模拟失重状态下雌性大鼠骨质疏松模型骨结构及性能变化研究

张恒; 任宁涛; 李洁; 雷伟; 刘宁; 张永刚; 张然; 杨彦玲; 崔赓

doi:10.3969/j.issn.2095-252X.2015.01.015

摘要：目的：研究模拟失重尾部悬吊雌性大鼠模型松质骨骨密度(bonemineraldensity，BMD)、骨小梁结构、骨组织形态、骨代谢生化指标及力学性能的改变，为女性航天员飞行后骨量变化及航天医学提供一定的理论支持。方法3个月龄雌性SD大鼠20只，随机数表法分为两组，尾部悬吊4周组和空白对照组，每组10只。连续饲养4周，定期记录大鼠活动、饮食、排便、体重、有无脱毛、有无死亡或尾部脱落等一般情况。到期处死大鼠，双能X线吸收法( dual-energy X-ray absorption，DEXA )测定L4椎体、股骨踝部骨密度，Micro-CT 进行骨小梁分析，改良丽春红染色法观察骨组织形态，ELISA法检测血清骨代谢生化标志物，并行生物力学检测。结果建模4周后，2组大鼠活动、饮食、排便均正常，体重增加量两组差异无统计学意义( P＞0.05)，2组均无脱毛、死亡或尾部脱落现象。悬吊组大鼠L4椎体、股骨髁部BMD均较对照组小，分别较对照组下降29%、30%( P＜0.05)。悬吊组L4椎体、股骨髁部的骨体积分数( bone volume/total volume， BV/TV )、表面积体积比( bone surface/bone volume，BS/BV )、骨小梁厚度( trabecular thickness，Tb.Th )、骨小梁数目( trabecular number，Tb.N )分别较对照组小，L4椎体各指标较对照组分别下降40%、15%、30%、33%( P＜0.05)，股骨髁部各指标较对照组分别下降21%、25%、50%、19%( P＜0.05)；骨小梁间隙( trabecular separation，Tb.Sp )悬吊组较对照组大，且L4椎体、股骨髁部较对照组分别增加92%、33%( P＜0.05)。腰椎松质骨ROI骨小梁三维重建发现，悬吊组大鼠腰椎椎体内骨小梁密集程度、骨小梁实质的体积、粗细程度及连续性均低于空白对照组，呈明显的“蜂窝样”改变，出现明显的骨质疏松和骨小梁三维结构破坏。50X 显微镜下也观察到悬吊组大鼠椎体骨质疏松样改变明显，骨小梁不连续、变细、间隙增大明显。悬吊组大鼠血清骨碱性磷酸酶( human bone alkaline phosphatase，BALP )、抗酒石酸酸性磷酸酶( tartrate resistant acid phosphatase，TRAP )含量均较空白对照组高，为空白对照组的4.5和3.1倍( P＜0.05)。悬吊组大鼠的腰椎最大压缩载荷、最大压缩应力、股骨的最大抗弯曲载荷均较对照组小，且较对照组分别下降了36%、33%、34%(P＜0.05)。结论尾部悬吊雌性大鼠4周后出现严重的骨密度下降、骨小梁三维结构破坏、骨组织形态破坏、骨代谢失平衡、椎体及股骨生物力学显著下降，形成了明显的骨质疏松，理论上增加了骨折的风险。对女性航天员骨量丢失及骨折的风险应得到充分地认识。