骨質(zhì)疏松綿羊模型的建立與纖維蛋白膠復(fù)合骨形態(tài)發(fā)生蛋白對(duì)提高骨質(zhì)疏松椎體強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、一研究背景: 隨著人口老齡化的發(fā)展，骨質(zhì)疏松的發(fā)病率越來越高，其中又以脊柱骨質(zhì)疏松最為多見。根據(jù)椎體是否出現(xiàn)骨折塌陷，其治療手段有所不同。對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)椎體塌陷的患者，臨床治療措施主要以藥物、佩戴支具為主；椎體成型術(shù)或球囊成型術(shù)也能迅速緩解疼痛、矯正脊柱畸形。而對(duì)于臨床上更為多見的骨密度下降嚴(yán)重、椎體尚未瀕臨骨折塌陷的“高?！惫琴|(zhì)疏松患者群體，卻并不適用手術(shù)治療，僅能采用藥物和支具治療。然而，藥物治療周期長(zhǎng)，見效慢，難以在短期內(nèi)迅

2、速提高骨強(qiáng)度，患者常會(huì)在治療期間發(fā)生椎體骨折塌陷。如何能在短期內(nèi)迅速改善椎體的骨質(zhì)量，避免“高危”椎體在治療期間出現(xiàn)骨折塌陷，就成為臨床上急待解決的問題。此外，對(duì)于因脊柱退行性改變而需要行內(nèi)固定手術(shù)治療的老年患者，術(shù)后臥床引起的骨量丟失速度大于藥物治療獲得的骨量提升速度，這會(huì)導(dǎo)致脊柱骨質(zhì)疏松進(jìn)一步加重，增加內(nèi)固定松動(dòng)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何在術(shù)中對(duì)“高?！弊刁w進(jìn)行處理，采用生理性的方法提高椎體骨質(zhì)強(qiáng)度，降低術(shù)后內(nèi)固定松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，已成為脊柱

3、外科的研究熱點(diǎn)。 二研究目的: 1. 摸索采用去勢(shì)法建立綿羊絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型的確切時(shí)間；評(píng)估去勢(shì)后松質(zhì)骨及皮質(zhì)骨的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性能的改變；從而建立一種適用于骨科領(lǐng)域研究的絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松大動(dòng)物模型。 2. 通過對(duì)骨礦密度、骨小梁空間結(jié)構(gòu)參數(shù)及生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，尋找評(píng)估骨生物力學(xué)特性的最佳預(yù)測(cè)指標(biāo)。 3. 在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松模型體內(nèi)，采用“二維組織形態(tài)—三維空間結(jié)構(gòu)— 生物力學(xué)

4、特性”的綜合手段，評(píng)估纖維蛋白膠復(fù)合bBMP 對(duì)提高骨質(zhì)疏松椎體骨密度、骨小梁微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)強(qiáng)度的作用。 三研究?jī)?nèi)容和方法: 第一部分建立并驗(yàn)證骨質(zhì)疏松的動(dòng)物模型 采用隨機(jī)對(duì)照研究方案，將20 只綿羊隨機(jī)分為3 組：去勢(shì)5 個(gè)月組（OVX-1 組，n＝4）、去勢(shì)12 個(gè)月組（OVX-2 組，n＝8）和對(duì)照組（Sham組，n=8）。所有動(dòng)物術(shù)前均采用DEXA 測(cè)定腰椎骨密度。分別于術(shù)后5 個(gè)月、12 個(gè)月①采用組

5、織病理學(xué)對(duì)骨小梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織病理學(xué)觀察；②采用DEXA測(cè)定所有動(dòng)物腰椎、股骨頸及股骨髁部的骨密度；③采用MicroCT 分析松質(zhì)骨骨小梁三維結(jié)構(gòu)改變；④采用生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，比較去勢(shì)組和對(duì)照組的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的力學(xué)強(qiáng)度。 第二部分纖維蛋白膠復(fù)合bBMP 對(duì)骨質(zhì)疏松椎體治療作用的研究 采用拉丁方設(shè)計(jì)方案，通過經(jīng)椎弓根注射途徑，分別在6 只骨質(zhì)疏松綿羊的L4、L5、L6 椎體上注射三種藥物：實(shí)驗(yàn)組（A）20mg bBMP/FS

6、，對(duì)照組（B）20mg bBMP，對(duì)照組（C）單純FS。術(shù)后3 個(gè)月時(shí)，①采用組織病理學(xué)對(duì)骨小梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織病理學(xué)觀察；②采用DEXA 對(duì)腰椎椎體骨質(zhì)的整體骨密度進(jìn)行測(cè)量；③采用MicroCT 對(duì)骨小梁微觀三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；④采用生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)估椎體骨質(zhì)的結(jié)構(gòu)力學(xué)強(qiáng)度。⑤對(duì)獲得的骨密度值、骨小梁空間結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。通過?°微觀結(jié)構(gòu)－宏觀密度－功能強(qiáng)度?±的方法，全面衡量bBMP/FS 對(duì)脊柱骨質(zhì)疏松的治療作用。

7、 四研究結(jié)果: 第一部分：手術(shù)前，Sham組、OVX-1 組和OVX-2 組的腰椎BMD分別為（1.15?à0.09）g/cm2、（1.26?à0.08）g/cm2和（1.11?à0.10）g/cm2；5 個(gè)月后，OVX-1 組的BMD為（1.28?à0.06）g/cm2；12 個(gè)月后，Sham組和OVX-2 組的BMD分別為（1.22?à0.07）g/cm2、（0.86?à0.09）g/cm2。OVX-2 組的BMD較S

8、ham組平均下降為29.5％。組織學(xué)切片觀察發(fā)現(xiàn)，去勢(shì)12 個(gè)月后，綿羊椎體松質(zhì)骨骨小梁明顯稀疏，局部存在骨小梁骨折及骨缺損，而對(duì)照組骨小梁結(jié)構(gòu)完整，呈圓形或橢圓形拱形結(jié)構(gòu)。MicroCT分析表明，OVX-2 組的骨小梁三維構(gòu)筑較Sham組顯著改變（骨小梁厚度明顯變細(xì)、連接率明顯下降），而OVX-1 組骨小梁結(jié)構(gòu)與Sham組無顯著性差別。生物力學(xué)研究顯示，OVX-2組椎體抗壓縮強(qiáng)度（531?à200 N/cm2）較Sham組（969?à

9、207 N/cm2）有顯著性降低，而OVX-1 組（987?à59 N/cm2）則無顯著性差異。 第二部分：組織形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，bBMP/FS組骨小梁連接性明顯優(yōu)于對(duì)照組，形態(tài)較為規(guī)則，小梁間連接程度優(yōu)于對(duì)照組。骨小梁微骨折、微骨缺損處明顯減少。骨密度檢測(cè)顯示，bBMP/FS組骨密度(1.334g/cm2)明顯高于對(duì)照組(1.139 g/cm2和1.163 g/cm2)，bBMP/FS可在3 個(gè)月內(nèi)明顯提高椎體骨質(zhì)密度。Mic

10、roCT三維重建顯示，bBMP/FS組的骨小梁三維結(jié)構(gòu)（骨小梁厚度、連接率、骨體積分?jǐn)?shù)等）明顯優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)，而骨小梁分隔率及骨表面積體積比則明顯低于對(duì)照組(P<0.05)。生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，bBMP/FS組椎體的最大壓縮應(yīng)力、最大壓縮應(yīng)變、能量吸收值及骨質(zhì)彈性模量也明顯高于對(duì)照組?；贛icro-CT的骨小梁微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與骨力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)之間的相關(guān)性又優(yōu)于DEXA獲得BMD（r>0.5）。 五結(jié)論: 1

11、. 通過去勢(shì)的方法可以建立綿羊的脊柱骨質(zhì)疏松模型，但去勢(shì)時(shí)間應(yīng)在12 月以上，以保證模型的成功建立；去勢(shì)12 個(gè)月時(shí)皮質(zhì)骨骨質(zhì)疏松的模型尚未完成。 2. 綿羊脊柱出現(xiàn)骨質(zhì)疏松后，椎體內(nèi)骨小梁稀疏、變細(xì)、斷裂，微觀三維構(gòu)筑受到破壞，并且局部形成骨小梁微骨折及微骨缺損，最終導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。 3. 基于Micro-CT 的骨小梁微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與骨力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)之間的相關(guān)性優(yōu)于DEXA 所獲得BMD，因此可以作為預(yù)測(cè)骨力學(xué)強(qiáng)