早期骨量减少的核医学诊疗实验研究

叶智卫 蔡瑾 梅小刚 朱吕佶 高克加

上海市黄浦区中心医院核医学科，上海 200002

在人们对自身健康、保健的意识不断增强的现状下，中、老人群中常见的疾病骨质疏松症也逐步出现增多趋势[1-2]。不能够早期诊断和及时干预治疗，可发生各种严重的并发症，并影响患者的生活质量[3-5]。因此，关键在于早期的诊断方法和早期干预治疗。

1 资料与方法

1.1 资料

制作骨质疏松动物模型的实验兔由上海生旺实验动物养殖有限公司提供；动物饲养和实验场所在上海交通大学附属第六人民医院动物实验室；核素骨骼显像剂“99mTc-MDP”(锝-99m-亚甲基二膦酸钠)由上海欣科药业有限公司提供；治疗药物“99Tc-MDP”(锝-99-亚甲基二膦酸钠)由成都云克药业责任有限公司提供：其中A瓶为99Tc液(5.5 ug/5ml)，B瓶为MDP 5mg/瓶(用于治疗类风湿性关节炎和骨性疾病)；地塞米松磷酸钠针剂(DX)5mg/1ml，上海信谊药厂生产。仪器设备：骨密度测定仪(双能X线骨密度仪LUNAR. DXP-L.USA)。骨生物力学测定(骨力学测试仪INSTRON-5543.USA)。核素骨骼显像(SPECT Sopha DSX 法国产)，使用低能通用平行孔准直器。CT为飞利浦CT-SECURA，X线摄片、病理、骨形态计量检测及生化仪均为常规设备。放射性标准源：Isotope Products Laboratories Radioactive Material(美国)Gd-153 100uCi(3.7MBq)取3枚(300 uCi)作为放射性对照标准源(radioactive standard source，RSF)。

1.2 方法

1.2.1制作兔模型的方法与分组：取健康新西兰实验兔64只，平均体重(2.5±0.23)kg，采用肌肉注射DX诱导制作兔骨质疏松动物模型[6-7]。按随机数字表形式安置实验兔并分为2个阶段。(1)第1阶段制作模型阶段：将实验兔分为正常组(A组，16只)，肌肉注射0.9%注射用生理盐水，用量为1 ml/kg；早期骨量减少模型组(B组，24只)，肌肉注射DX量为2 mg/kg，每周2次，时间为2 w，第3周开始肌肉注射DX 量为2 mg/kg，每周1次，以作维持；骨质疏松模型组(C组，24只)，肌肉注射DX量为2 mg/kg，每周2次，模型制作时间为6 w。第7周处死A、B、C组各8只，进行病理骨组织学、骨密度等各指标比较，显示正常组与早期骨量减少模型组、骨质疏松模型组之间的差别，以证实模型成立。(2)第2阶段将原A组余下的8只实验兔设为治疗阶段正常对照组(D组)，将B组余下的16只实验兔设为早期骨量减少模型对照组(E组)和早期骨量减少模型治疗组(F组)，将C组余下的16只实验兔设为骨质疏松模型对照组(G组)和骨质疏松治疗组(H组)。所有模型组实验兔注射DX量改为2 mg/kg，每周1次，维持模型至实验结束，总观察疗程为14w。在治疗结束时进行核素“99mTc-MDP”骨骼显像以及相关检测。骨骼显像条件采用低能高分辨平行孔准直器，矩阵128×128，取静态俯卧位，采集时间10min。F组、H组治疗方法：采用非放射性核素药物99Tc-MDP治疗，用量参考临床成人用量。将A瓶中99Tc液5ml注入B瓶内，摇匀1min后，稀释于0.9%注射用生理盐水中，以0.2mg/(5ml·kg)的稀释浓度对F组、H组实验兔进行耳静脉推注治疗，每周一次。

1.2.2动物实验观察检测指标：核素骨骼扫描感兴趣区(region of interest，ROI)值半定量测定、病理骨组织学、骨形态计量、骨密度、生物力学试验、X线、CT摄片以及血清BALP、BGP等指标，分析各组之间的差异和“99mTc-MDP”骨骼显像的特点。

实验兔的第1阶段和第2阶段结束后均取其腰椎、股骨头及股骨行病理细胞学、骨形态计量(骨小梁体积%)、骨密度(分别采用整体股骨、单个椎体进行检测骨密度，g/cm2)、生物力学试验(分别以股骨三点弯曲、腰椎压缩方法、最大压缩载荷试验，单位为N)检测。处死前进行X线摄片、CT摄片、核素骨骼显像ROI值[8](骨骼显像取骨代谢功能变化明显、摄取放射性相对最高的区域为高摄取ROI：第3腰椎、股骨头、膝关节、股骨中段与摄取放射性与体外固定RSF进行比值对照)。处死时取血清行BALP、BGP骨代谢指标检测。

1.3 动物实验结果进行相对模型评判设想和疗效评价

1.3.1模型评判：(1)正常组：病理骨细胞学骨小梁排列规则、均匀，无断裂、无形态破坏，骨形态计量、骨密度、生物力学试验、X线、CT摄片、核素骨骼扫描以及血清BALP、BGP所取得的结果为相对正常对照标准；(2)早期骨量减少组：病理骨细胞学骨小梁轻度变细，排列较均匀，但无破坏形态，骨形态计量、骨密度、骨力学、X线、CT摄片与正常对照组比较应变化不明显，但核素骨骼显像ROI比值和血清BALP、BGP升高；(3)骨质疏松组：病理骨细胞学骨小梁排列不规则、明显稀疏，存在骨小梁断裂现象，骨形态计量、骨密度、生物力学降低明显，核素骨骼显像ROI比值与正常组比较明显增高，血清BALP、BGP升高，X线、CT摄片隐见骨小梁存在稀疏现象。

1.3.2相对疗效的评判：根据骨细胞学、骨密度、骨形态计量上升或下降，结合对早期骨量减少敏感指标核素“99mTc-MDP”骨骼显像ROI比值结果的增高或降低，同时观察X线、CT摄片的骨小梁密度增加或稀疏以及血清BALP、BGP的变化相对区分为治疗显效、有效和无效。(1)显效：F组在E组模型的基础上，病理骨细胞学接近正常对照组，核素骨骼显像ROI比值降低、血清BALP、BGP在原来的基础上有所降低；H组在G组模型的基础上，病理骨细胞学在骨小梁断裂、破坏状态有所修复，骨小梁增多、增粗，骨密度、骨形态计量增加>5%，生物力学升高、核素骨骼显像ROI比值降低>5%，血清BALP、BGP在原来的基础上降低>15%，X线、CT摄片骨质密度有所改善；(2)有效：F组在E组的基础上略有改善，而H组在对应模型的基础上，主要指标中有一项改善，病理骨细胞学骨小梁增粗，排列及密度有所升高，断裂、破坏形态得到修复，骨密度、骨形态计量、生物力学升高<5%，>0%，核素骨骼显像ROI比值降低<5%，>0%，血清BALP、BGP在原来的基础上降低<15%，>0%，X线、CT摄片基本无改变；(3)无效：F组和H组在病理骨细胞学无改变，H组骨小梁断裂明显，呈骨破坏形态。骨密度、骨形态计量、生物力学、核素骨骼显像ROI比值、血清BALP、BGP、X线、CT摄片在原来的基础上没有改变或加重。

1.4 统计学处理

2 结果

在第1阶段制作模型结束，病理检查结果显示：A组股骨头或腰椎的骨小梁排列规则，分布均匀，骨组织和关节表面未见骨质破坏；而C组则表现为软骨破坏，骨小梁稀疏、断裂，骨母细胞消失等明显骨破坏现象；早期骨量减少模型组(B组)则表现为骨小梁存在略有变细，也无断裂现象。3组实验兔“99mTc-MDP”骨骼显像结果均存在差异，与外界固定RSF的比值更能显示差异(见表1)。

表13组实验兔的相关指标检测结果
Table1Results of the test index in the three groups of experimental rabbits

组别左股骨头骨密度(g/cm2)第4腰椎骨密度(g/cm2)左股骨头骨力学(N)第4腰椎骨力学(N)骨形态计量(%)血清BALP(30～120IU/L)血清BGP(0 5～5 0ng/ml)第3腰椎放射性/标准源股骨头放射性/标准源膝关节放射性/标准源股骨中段放射性/标准源A组(n=8)0 294±0 016⊕0 302±0 021⊕405 341±51 300﹡⊕750 875±82 733﹡⊕131 501±27 225⊕12 375±4 391﹡⊕115 296±16 595﹡⊕2 976±0 403﹡⊕2 949±0 393﹡⊕2 863±0 457﹡⊕1 346±0 172B组(n=8)0 287±0 277﹟0 290±0 036﹟338 200±51 623﹡﹟493 729±72 541﹡﹟126 786±18 629﹟18 571±6 872﹡﹟138 080±17 823﹡﹟4 165±0 585﹡﹟4 208±0 329﹡﹟4 115±0 286﹡﹟1 047±0 121C组(n=8)0 238±0 150﹟⊕0 236±0 152﹟⊕265 914±48 859﹟⊕369 671±57 658﹟⊕66 230±10 043﹟⊕45 000±6 771﹟⊕168 080±16 139﹟⊕4 845±0 475﹟⊕5 445±0 942﹟⊕5 189±1 083﹟⊕1 740±0 333

注：t检验显示：﹡、﹟、⨁为组与组之间差异有统计学意义(P<0.05)。

B、C组与A组之间“99mTc-MDP”骨骼显像ROI比值差异有统计学意义(P<0.05)。但A组与B组间在骨密度、骨形态计量指标差异无统计学意义(P>0.05)，但骨力学和血清BALP、BGP之间差异有统计学意义(P<0.05)。A组与C组间骨密度、骨形态计量、骨生物力学、血清BALP、BGP检测结果差异有统计学意义(P<0.05)。因此实验兔轻度骨质疏松模型和骨质疏松模型成立。

第2阶段，经14 w治疗和观察，可见D、E、G组3组骨组织病理切片、骨密度等指标检测结果分别与制模6w时的A、B、C组的结果基本相似。经过干预治疗后，F组在E组的基础上骨病理学显示：股骨头的骨小梁排列基本规则，骨小梁有所增粗；而H组在G组的基础上，骨病理则表现为骨小梁略有增粗，骨小梁粗细不均匀，但无断裂现象(见图1)。

图1 各阶段实验兔股骨头组织病理学骨小梁的变化(HE染色，10×40)。A：正常组；B：早期骨量减少组；C：骨质疏松组；D：早期骨量减少治疗组；E：骨质疏松治疗组Fig.1 The change of the trabecular bone of the femoral head in different stages (HE staining, 10×40). A：Normal group；B：Early bone reduction group；C：Osteoporosis group；D：Early bone reduce treatment group；E：Osteoporosis treatment group

经治疗后，“99mTc-MDP”骨骼显像ROI比值也出现降低(见图2)，骨密度、骨形态计量、骨生物力学、血清ALP、BGP检测结果显示，F组、H组分别在E、G组的基础上得到了改善，F组各项指标接近于D组，而H组尚不能达到D组的水平。以骨生物力学升高明显(见表2)。

图2 各阶段实验兔核素骨显像的变化。显示各组实验兔骨骼对放射性骨显像剂“99mTc-MDP”摄取量程度不一样，E、F组的股骨头、膝关节摄取99mTc-MDP明显增高(P<0.05)。A：正常组；B：早期骨量减少组；C：骨质疏松组；D：早期骨量减少治疗组；E：骨质疏松治疗组Fig.2 Changes in radionuclide bone imaging in rabbits at different stages. The experimental results show that the intake of radioactive bone imaging agent “99mTc-MDP” is not the same in each group. The intake of 99mTc-MDP significantly increased the femoral head and knee joint in E and F group (P<0.05). A：Normal group；B：Early bone reduction group；C：Osteoporosis group；D：Early bone reduce treatment group；E：Osteoporosis treatment group

表2 治疗14 w后F组、H组与其他各组的实验室检测比较Table 2 Comparison of laboratory indexes between F, H groups and other groups after 14-week treatment

注：经抗骨质疏松治疗的F、H组分别与相应对照组E、G组相比较，疗效明显(P<0.05)。

表2显示，F、H组分别在E、G组的基础上各项检测指标得到不同程度的改善，而与D组比较，F、H组分别在股骨头骨密度差异为1.33%(P>0.05)和9.27%(P<0.05)；椎体骨密度差异为0.33%(P>0.05)和9.45%(P<0.05)；股骨头生物力学差异为2.47%(P<0.05)和15.91%(P<0.05)；椎体生物力学差异为1.44%(P<0.05)和10.03%(P<0.05)；骨形态计量差异为1.64%(P>0.05)和25.27%(P<0.05)；核素骨骼显像ROI比值差异为21.94%(P<0.05)和55.76%(P<0.05)；血清BALP差异为25%(P<0.05)和147.62%(P<0.05)，BGP降低4.54%(P<0.05)和16.99%(P<0.05)。F组与H组比较各指标差异有统计学意义(P<0.05)。相对疗效的评判均为显效，以F组更明显。但X线、CT摄片改变不明显，可能与动物模型较小有关。

3 讨论

骨质疏松症的诊断目前主要是依靠骨密度仪检测。但是，骨密度的检测范围值是在一定数量人群的统计均值，也仅是一个参考值[9-11]，对于不同种族、不同地区、不同的生活习惯、从事不同工种以及个体差异等的因素与骨密度的参考值存在差异，如何克服各种因素及个体差异，能够早期评估骨质疏松(早期骨量减少)将是有益于临床早期判断个体的骨吸收已经开始和防治的关键。

核素骨骼显像是一种利用与骨组织存在特异亲合力的显像剂，在短时间内到达全身骨组织参与骨代谢并能够显示骨组织成骨功能的变化，提示异常骨钙流失的功能诊断技术。骨骼显像剂“99mTc-MDP”属一种双膦酸盐类的化合物，进入人体后能够马上吸附在骨组织的羟基磷灰石表面[12]，当骨钙流失加快、成骨功能相对增强时，该部位骨组织摄取“99mTc-MDP”即增加，能较直观、及时地反映骨组织功能代谢的现状[13-14]，因此，不论种族、生活习惯、职业等，在早期骨量减少时，尚未发现骨形态结构(骨密度)明显改变或只要出现骨钙流失加快、成骨功能相对增强时，“99mTc-MDP”骨显像即能够表现为骨组织代谢增强，动物模型可见早期骨量减少组和骨质疏松组骨显像结果即如此。当早期骨量减少，骨密度改变不明显时，“99mTc-MDP”骨显像即能发现骨组织代谢异常，是早期骨量减少的诊断提供依据。

治疗药物“99Tc-MDP”与核素骨骼显像剂“99mTc-MDP”的化学结构相似，但其物理性质不同，仅在化学结构上少一个“m”，没有“m”即不含放射性，是一种治疗骨质疏松的双膦酸盐药物，但二者在聚集到骨质损伤或破坏部位的羟基磷灰石表面的生理作用相同，也是一种靶向性治疗药物。当骨质疏松部位骨组织摄取骨骼显像剂“99mTc-MDP”增加时，同样摄取治疗性药物“99Tc-MDP”也增加，起到抑制骨吸收作用外，同时还存在调节免疫功能，保护过氧化歧酶(SOD)的活力，防止自由基对组织的破坏，并对炎性介质和免疫调节因子白介素Ⅰ(IL-1)的产生有抑制作用[15-16]。在动物实验中，早期骨量减少的F组经治疗性药物“99Tc-MDP”治疗后，疗效明显优于骨质疏松的H组。由此可见，核素99mTc-MDP骨骼显像对早期成骨性骨代谢异常敏感性强。另显示在早期骨量减少期给予早期干预治疗将得到更满意的疗效。