唑來(lái)膦酸對(duì)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)

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唑來(lái)膦酸對(duì)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(lái)膦酸對(duì)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(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2，通過(guò)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(lái)膦酸0.1 mg/kg腹腔注射，對(duì)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(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和骨質(zhì)微納米力學(xué)測(cè)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(duì)照組，骨表面積體積比(BS/BV)水平顯著低于對(duì)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(duì)照組，BS/BV水平顯著低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組2 TB.Sp顯著高于對(duì)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(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2之間差異也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論唑來(lái)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(lái)膦酸

美國(guó)國(guó)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(xiǎn)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(jiàn)，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(dòng)和再骨折，致殘率極高〔4〕。本研究擬分析唑來(lái)膦酸對(duì)骨折局部力學(xué)強(qiáng)度的影響。

1　材料與方法

1.1動(dòng)物雌性SD大鼠36只，20周齡，體重230～250 g，購(gòu)自上海史萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，動(dòng)物許可證號(hào)：SYXK(滬)2007-2002，SPF級(jí)，飼養(yǎng)于我院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，適應(yīng)性飼喂1 w后隨機(jī)分為對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2。所有動(dòng)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(guó)史塞克醫(yī)療器械公司)，萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(Instron-8874，美國(guó))，顯微CT(SCANCO microCT-μ80，瑞士)，納米壓痕儀(MTS Nano Indenter XP，美國(guó))。唑來(lái)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(dòng)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(kāi)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(wàn)單位/d，連續(xù)3 d。造模3個(gè)月后，對(duì)所有動(dòng)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(kāi)，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(lái)膦酸0.1 mg/kg腹腔注射對(duì)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(dòng)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(duì)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(cè)量完成顯微CT掃描后，采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)試要求，采用金剛石壓頭，應(yīng)用連續(xù)剛度測(cè)量法測(cè)量骨小梁在加載過(guò)程中的載荷和位移，由系統(tǒng)計(jì)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(jì)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(duì)照組，BS/BV水平顯著低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)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(duì)照組，BS/BV水平顯著低于對(duì)照組(均P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組2 TB.Sp顯著高于對(duì)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(jiàn)表1。

2.2骨痂宏觀力學(xué)測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組2顯著低于實(shí)驗(yàn)組1(均P<0.05)。見(jiàn)表2。

2.3骨質(zhì)微納米力學(xué)強(qiáng)度測(cè)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(duì)照組(均P<0.05)，第6周兩實(shí)驗(yàn)組之間指標(biāo)未見(jiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，第12周時(shí)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(jiàn)表2。

表1　骨痂顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)

與對(duì)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(lái)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(lái)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(guò)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(duì)骨折愈合的作用長(zhǎng)期以來(lái)存在爭(zhēng)議，臨床上對(duì)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(dòng)物骨折模型的研究結(jié)果顯示，雙膦酸鹽對(duì)于骨折愈合的影響分兩類(lèi)，一是認(rèn)為該類(lèi)藥物會(huì)延遲骨折愈合，但對(duì)骨痂強(qiáng)度無(wú)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(zhǎng)，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(lái)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(shí)，骨痂的材料力學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示唑來(lái)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(shí)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的差異保持不變。由此可認(rèn)為對(duì)于OP大鼠，在骨折愈合早期，唑來(lái)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(lái)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(lái)膦酸局部治療對(duì)去勢(shì)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(lái)膦酸對(duì)骨質(zhì)疏松性大鼠骨缺損修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究〔J〕.中國(guó)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(lái)膦酸鈉應(yīng)用近期安全性觀察〔J〕.中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志，2012；18(10)：921-4.

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

5 范俊,郭洪佩,徐瑛,等.老年女性類(lèi)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(lái)膦酸對(duì)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(lái)膦酸聯(lián)合治療對(duì)骨質(zhì)疏松大鼠骨折愈合的影響〔J〕.中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志,2014；(4):431-5.

9李劍平,高學(xué)舸,李可來(lái),等.系統(tǒng)應(yīng)用唑來(lái)膦酸對(duì)骨質(zhì)疏松時(shí)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(bào),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(lái)膦酸的影響〔J〕.中國(guó)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