馬文澤　李文成　丁爾勤

(天津港口醫(yī)院骨科,天津　300456)

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唑來膦酸對骨質(zhì)疏松性骨折局部骨痂力學(xué)強(qiáng)度的影響

馬文澤李文成丁爾勤

(天津港口醫(yī)院骨科,天津300456)

目的探討唑來膦酸對骨質(zhì)疏松性骨折局部骨痂力學(xué)強(qiáng)度的影響。方法雌性SD大鼠36只，隨機(jī)分為對照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2，通過卵巢摘除手術(shù)(OVX)構(gòu)建大鼠絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松模型，造模成功后手術(shù)造成大鼠股骨中段骨折，實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2分別于術(shù)后第1天和第1周給予唑來膦酸0.1 mg/kg腹腔注射，對照組在骨折術(shù)后第1天給予同等劑量的生理鹽水。用顯微CT、萬能材料試驗(yàn)機(jī)和骨質(zhì)微納米力學(xué)測試系統(tǒng)分析股骨結(jié)構(gòu)和宏觀及微觀強(qiáng)度。結(jié)果骨折術(shù)后6 w，實(shí)驗(yàn)組骨小梁數(shù)(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、連按密度(Conn.D)、骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)均顯著高于對照組，骨表面積體積比(BS/BV)水平顯著低于對照組(均P<0.05)；術(shù)后12周，實(shí)驗(yàn)組1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組2 TB.Sp顯著高于對照組和實(shí)驗(yàn)組1，實(shí)驗(yàn)組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實(shí)驗(yàn)組1，BS/BV水平顯著高于實(shí)驗(yàn)組1。實(shí)驗(yàn)6 w和12 w，實(shí)驗(yàn)組骨痂最大彎曲載荷和位移及骨痂的彈性模量和硬度均顯著高于對照組，實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2之間差異也有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論唑來膦酸能夠有效促進(jìn)骨質(zhì)疏松大鼠骨折早期愈合，增加骨痂強(qiáng)度，并且盡早給藥有助于斷端骨痂恢復(fù)至更高力學(xué)強(qiáng)度。

骨質(zhì)疏松；骨折；唑來膦酸

美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)將骨質(zhì)疏松(OP)定義為一種以骨強(qiáng)度受損、骨折危險增加的骨骼疾病，骨折是OP的主要并發(fā)癥〔1〕，臨床上以椎骨、腕骨和髖骨常見，女性絕經(jīng)和高齡是導(dǎo)致OP的重要原因〔2〕。研究資料顯示，60歲以上女性發(fā)生骨折的例數(shù)約占5%～7%〔3〕。OP患者發(fā)生骨折后愈合慢，易導(dǎo)致內(nèi)固定松動和再骨折，致殘率極高〔4〕。本研究擬分析唑來膦酸對骨折局部力學(xué)強(qiáng)度的影響。

1　材料與方法

1.1動物雌性SD大鼠36只，20周齡，體重230～250 g，購自上海史萊克實(shí)驗(yàn)動物有限公司，動物許可證號：SYXK(滬)2007-2002，SPF級，飼養(yǎng)于我院動物實(shí)驗(yàn)中心，適應(yīng)性飼喂1 w后隨機(jī)分為對照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2。所有動物自由飲水，控制飲食，調(diào)節(jié)12 h晝夜節(jié)律。

1.2試劑和儀器醫(yī)用慢速電鉆(美國史塞克醫(yī)療器械公司)，萬能材料試驗(yàn)機(jī)(Instron-8874，美國)，顯微CT(SCANCO microCT-μ80，瑞士)，納米壓痕儀(MTS Nano Indenter XP，美國)。唑來膦酸(瑞士諾華制藥有限公司)，10%水合氯醛(上海朝暉藥業(yè))。

1.3造模方法所有動物飼養(yǎng)1 w后，行卵巢摘除手術(shù)(OVX)構(gòu)建絕經(jīng)后OP模型，10%水合氯醛4 ml/kg腹腔注射麻醉，常規(guī)準(zhǔn)備中下腹部皮膚，橫向切開腹部皮膚，分離肌肉和組織，暴露腹腔，沿子宮和輸卵管尋找卵巢，大鼠卵巢呈桑葚狀、粉紅色，完整切除雙側(cè)卵巢，結(jié)扎子宮殘端。逐層縫合并關(guān)閉腹腔，術(shù)后給予大鼠肌注青霉素10萬單位/d，連續(xù)3 d。造模3個月后，對所有動物行骨折術(shù)，構(gòu)建大鼠OP骨折模型，10%水合氯醛腹腔麻醉后，沿大鼠左下肢髕骨內(nèi)側(cè)皮膚縱行切開，分離部分四頭肌肌腱組織，牽拉髕骨使之脫位，暴露股骨踝間凹。插入1 mm直徑的克氏針，從大轉(zhuǎn)子處穿出皮膚，遠(yuǎn)端固定于股骨踝間骨皮質(zhì)下，近端緊貼大轉(zhuǎn)子彎折，多余部分剪斷后閉合切口，用醫(yī)用慢速電轉(zhuǎn)鋸斷股骨中段，固定斷端，逐層縫合切口，完成骨折術(shù)。實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2分別于術(shù)后第1天和第1周給予唑來膦酸0.1 mg/kg腹腔注射對照組在術(shù)后第1天僅給予同等劑量的生理鹽水。在術(shù)后第6、12周分兩批處死各組動物，每批6只，取右側(cè)股骨待檢。

1.4檢查方法

1.4.1骨痂顯微形態(tài)分析采用顯微CT對股骨標(biāo)本進(jìn)行斷層掃描和三維重建，以骨折斷端為中心，掃描上下800斷層。利用系統(tǒng)自帶軟件分析骨痂顯微結(jié)構(gòu)，參數(shù)包括骨小梁數(shù)(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁分離度(TB.Sp)、連接密度(Conn.D)、骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)和骨表面積體積比(BS/BV)。

1.4.2骨痂宏觀力學(xué)測量完成顯微CT掃描后，采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對股骨標(biāo)本進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，以骨折處為受力點(diǎn)，測量股骨斷裂的最大彎曲載荷(N)和最大彎曲位移(mm)。

1.4.3骨質(zhì)微納米力學(xué)強(qiáng)度測量用甲基丙烯酸甲酯包埋股骨標(biāo)本，并切割成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm立方體，經(jīng)打磨、拋光和超聲清洗，使材料滿足納米力學(xué)測試要求，采用金剛石壓頭，應(yīng)用連續(xù)剛度測量法測量骨小梁在加載過程中的載荷和位移，由系統(tǒng)計算出硬度和彈性模量等微觀力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)。

1.5統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用SPSS17.0軟件，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK檢驗(yàn)。

2　結(jié)　果

2.1骨痂顯微形態(tài)分析骨折術(shù)后6 w，實(shí)驗(yàn)組Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實(shí)驗(yàn)組1，BS/BV水平顯著高于實(shí)驗(yàn)組1。術(shù)后12 w，實(shí)驗(yàn)組1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組(均P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組2 TB.Sp顯著高于對照組和實(shí)驗(yàn)組1。實(shí)驗(yàn)組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實(shí)驗(yàn)組1，BS/BV水平顯著高于實(shí)驗(yàn)組1。見表1。

2.2骨痂宏觀力學(xué)測量結(jié)果骨折術(shù)后6 w，實(shí)驗(yàn)組骨痂宏觀力學(xué)指標(biāo)載荷和最大位移都顯著高于對照組(均P<0.05)，實(shí)驗(yàn)組2的最大彎曲載荷和最大彎曲位移均顯著低于實(shí)驗(yàn)組1(均P<0.05)。術(shù)后第12周，對照組和實(shí)驗(yàn)組骨痂的宏觀力學(xué)指標(biāo)相比第6周水平顯著升高，實(shí)驗(yàn)組仍顯著高于對照組，實(shí)驗(yàn)組2顯著低于實(shí)驗(yàn)組1(均P<0.05)。見表2。

2.3骨質(zhì)微納米力學(xué)強(qiáng)度測量骨折術(shù)后第6周和第12周，實(shí)驗(yàn)組骨痂的彈性模量和硬度均顯著高于對照組(均P<0.05)，第6周兩實(shí)驗(yàn)組之間指標(biāo)未見統(tǒng)計學(xué)差異，第12周時實(shí)驗(yàn)組1的彈性模量和硬度顯著高于實(shí)驗(yàn)組2(均P<0.05)。見表2。

表1　骨痂顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)

與對照組比較:1)P<0.05;與實(shí)驗(yàn)組1比較:2)P<0.05

表2　骨痂宏觀力學(xué)指標(biāo)及骨質(zhì)微納米力學(xué)強(qiáng)度變化±s，n=6)

3　討　論

唑來膦酸是第三代含氮雙磷酸鹽，具有抑制破骨細(xì)胞增殖、降低血鈣的作用。臨床上用于治療惡性高鈣血癥和絕經(jīng)后OP，并能抑制腫瘤骨轉(zhuǎn)移，有效降低骨相關(guān)事件的發(fā)生率，改善骨痛癥狀，少有不良反應(yīng)發(fā)生〔5〕。唑來膦酸治療OP的機(jī)制主要表現(xiàn)為誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡：①誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡；②促進(jìn)細(xì)胞分泌作用于破骨細(xì)胞前體的抑制因子，阻礙破骨細(xì)胞成熟；③抑制成熟破骨細(xì)胞的功能，減少骨吸收；④抑制破骨細(xì)胞修復(fù)〔6～7〕。骨折愈合是連續(xù)而復(fù)雜的生物學(xué)過程，骨折愈合后期需要破骨細(xì)胞參與骨重建，因此雙膦酸鹽對骨折愈合的作用長期以來存在爭議，臨床上對于OP骨折患者是否使用雙膦酸鹽保持謹(jǐn)慎態(tài)度〔8〕。

正常動物骨折模型的研究結(jié)果顯示，雙膦酸鹽對于骨折愈合的影響分兩類，一是認(rèn)為該類藥物會延遲骨折愈合，但對骨痂強(qiáng)度無影響〔9〕；二是認(rèn)為雙膦酸鹽抑制骨吸收，促進(jìn)斷端骨痂生長，增強(qiáng)骨折強(qiáng)度〔10〕。然而OP不同于正常生理狀態(tài)，OP骨折也不同于外力所致的骨質(zhì)，OP癥患者骨密度低，骨微結(jié)構(gòu)如骨小梁缺損、骨皮質(zhì)變薄、骨髓腔面積增大，骨折后難以恢復(fù)〔11〕。本研究顯示，給予唑來膦酸后大鼠骨骼內(nèi)形成了更多的骨小梁，骨連接也顯著增加；與此同時，骨痂的材料力學(xué)檢測結(jié)果顯示唑來膦酸顯著促進(jìn)了OP模型大鼠骨折愈合和骨質(zhì)鈣化。而在12周時，實(shí)驗(yàn)組與對照組的差異保持不變。由此可認(rèn)為對于OP大鼠，在骨折愈合早期，唑來膦酸并不影響骨折斷端軟骨痂轉(zhuǎn)化為編織骨，即抑制OP狀態(tài)下的異常骨吸收，因此凈作用表現(xiàn)為促進(jìn)成骨作用〔12〕，而非直接促進(jìn)成骨作用。

延遲給藥雖也能改善OP大鼠骨折愈合的程度，但是愈合程度和骨痂強(qiáng)度不如立刻給藥效果。綜上所述，唑來膦酸能夠有效促進(jìn)OP大鼠骨折早期愈合，增加骨痂強(qiáng)度，并且盡早給藥有助于斷端骨痂恢復(fù)至更高力學(xué)強(qiáng)度。

1 趙鵬飛.以聚乳酸膜為藥物載體研究唑來膦酸局部治療對去勢大鼠骨質(zhì)疏松骨折愈合的影響〔D〕.太原：山西醫(yī)科大學(xué),2012.

2 柳維,陶周善,賀行文,等.唑來膦酸對骨質(zhì)疏松性大鼠骨缺損修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究〔J〕.中國骨與關(guān)節(jié)損傷雜志,2015；30(7):736-9.

3袁元杏，李青，張非，等.唑來膦酸鈉應(yīng)用近期安全性觀察〔J〕.中國骨質(zhì)疏松雜志，2012；18(10)：921-4.

4 宋延云,辛健.注射型唑來膦酸鹽治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥臨床觀察〔J〕.中國醫(yī)藥導(dǎo)報,2012；9(3):73-4.

5 范俊,郭洪佩,徐瑛,等.老年女性類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎合并骨質(zhì)疏松癥的代謝特點(diǎn)分析〔J〕.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2014；14(18):3493-6.

6 Hao Y,Wang X,Wang L,etal.Zoledronic acid suppresses callus remodeling but enhances callus strength in an osteoporotic rat model of fracture healing〔J〕.Bone,2015；81:702-11.

7陳越.唑來膦酸對鼠骨質(zhì)疏松性骨折愈合及TGF-β表達(dá)影響的實(shí)驗(yàn)研究〔D〕.太原：山西醫(yī)科大學(xué),2013.

8楊璐銘,胡靜,肖迪,等.甲狀旁腺激素(1-34)與唑來膦酸聯(lián)合治療對骨質(zhì)疏松大鼠骨折愈合的影響〔J〕.中國骨質(zhì)疏松雜志,2014；(4):431-5.

9李劍平,高學(xué)舸,李可來,等.系統(tǒng)應(yīng)用唑來膦酸對骨質(zhì)疏松時自體髂骨移植內(nèi)種植體骨結(jié)合影響的影像學(xué)及生物力學(xué)研究〔J〕.河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2014；35(4):457-9,封3.

10Huang S,Lin H,Zhu X,etal.Zoledronic acid increases bone mineral density and improves health-related quality of life over two years of treatment in Chinese women with postmenopausal osteoporosis〔J〕.Endokrynol Pol,2014;65(2):96-104.

11Brance ML,Brun LR,Di Loreto VE,etal.Sequential treatment with monofluorophosphate and zoledronic acid in osteoporotic rats〔J〕.Climacteric,2014；17(4):478-85.

12曹魯寧,崔敏,于靈芝,等.1型糖尿病模型大鼠股骨骨代謝紊亂及唑來膦酸的影響〔J〕.中國組織工程研究,2015；29(40):6402-7.

〔2015-07-15修回〕

(編輯袁左鳴)

馬文澤(1977-)，男，副主任醫(yī)師，主要從事骨科方面的研究。

R68

A

1005-9202(2016)16-3921-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.16.023