股骨頭壞死動物造模研究進展

陳俊名 岳辰 范亞楠

[摘要] 股骨頭壞死是骨科中一種常見疾病。在實驗動物造模方面，各類動物都有優(yōu)缺點。本文通過對國內(nèi)外最新股骨頭壞死不同造模方法進行總結(jié)與分析，將股骨頭壞死動物模型分為四足動物模型和兩足動物模型。分別收錄了大鼠、兔、犬、羊、豬等四足動物模型，以及雞、鴕鳥、鴯鹋等兩足動物模型，以期討論建立動物模型時需要去考慮的關(guān)鍵問題以及改進的方向。希望通過本綜述發(fā)現(xiàn)更科學的造模方法和更先進的測評手段，為選擇及建立動物模型提供一些參考。

[關(guān)鍵詞] 股骨頭壞死;動物模型;研究進展;兩足動物;四足動物

[中圖分類號] R68? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）03（c）-0025-04

[Abstract] Necrosis of the femoral head is a common disease in orthopedics. All kinds of animals have their own advantages and disadvantages in loboratory animal modeling. This article summarizes and analyzes the different modeling methods of necrosis of femoral head that has recently appeared at home and abroad. The necrosis of femoral head animal models are divided into a quadruped animal model and a biped animal model， which include rat， rabbit， dog， sheep， pig， and other quadruped animal models， as well as chicken， ostrich， and other biped animal models. In order to discuss the key issues and the direction of improvement to be considered when building animal models. It is hoped that through this review， more scientific modeling methods and more advanced assessment methods will be found， which will provide some references for the selection and establishment of animal models.

[Key words] Necrosis of femoral head; Animal model; Research progress; Biped; Quadruped

股骨頭壞死（ONFH）是臨床上常見的一種由多因素造成的疾病。近年來統(tǒng)計顯示[1]，發(fā)病率高，對人類生存質(zhì)量危害較大，造成社會負擔重。ONFH致病因素多樣，自我痊愈比較困難，伴有較高的致殘率。ONFH研究進展緩慢，學者們找不到很好的動物造模方法模擬人類ONFH全過程是現(xiàn)在公認的困境。隨著國內(nèi)外學者對ONFH研究的不斷深入，各種動物模型也有所發(fā)展，新動物模型的使用及動物造模方法的改進，推動著ONFH深入研究。本文通過對新成果進行總結(jié)，進一步歸納各種動物類型的優(yōu)缺點，以期發(fā)現(xiàn)更好的模型和造模方法。

1 四足動物ONFH模型的研究進展

1.1 大鼠模型研究

鼠模型在ONFH動物造模領(lǐng)域使用率高，大鼠有易于飼養(yǎng)、價格低廉的優(yōu)點，且大鼠與人基因圖譜相似度非常高[2]，因此大鼠被廣泛運用于該領(lǐng)域。

1.1.1 大鼠酒精性O(shè)NFH模型? 很早以前就有國外學者研究發(fā)現(xiàn)大鼠沒有嘔吐反射[3]，在使用大鼠造模時常使用灌胃法。該操作十分方便及安全，易于操作。Guo等[4]為探討麝香酮對乙醇所致ONFH的作用，采用Lieber-Decarli含乙醇液體飼料建立大鼠ONFH模型，最終成功地利用該模型來探討酒精誘導ONFH的機制。Chen等[5]以多組大鼠進行試驗，實驗結(jié)果顯示，實驗組大鼠ONFH數(shù)量及程度遠大于空白組大鼠ONFH數(shù)量及程度。

1.1.2 大鼠激素性O(shè)NFH模型? 在激素性大鼠模型的制備中，一般采用多種處理方式并行的方法進行造模。Zhou等[6]將三組SD大鼠使用激素干預(yù)，在實驗組中給甲基強的松龍（MP）激素肌肉注射，MP+VPA組大鼠腹腔注射，從而成功獲得了大鼠激素性O(shè)NFH模型。Huang等[7]在激素成功誘導了ONFH大鼠的股骨頭樣品中鑒定了差異表達基因，與安慰劑處理的大鼠樣品比較顯示，有5個上調(diào)基因與大鼠股骨壞死相關(guān)。

1.1.3 大鼠創(chuàng)傷性O(shè)NFH模型? 吳曦[8]采用手術(shù)加液氮法成功制作了大鼠創(chuàng)傷性O(shè)NFH模型，通過分層切開關(guān)節(jié)囊使股骨頭脫位并暴露，后將股骨頭韌帶切斷，將自制冷凍桿置入進行冷凍股骨頭處理。該方法看似簡單易行，但缺點也相對明顯。由于大鼠的股骨頭比較小，制作過程較復雜，在制作創(chuàng)傷性O(shè)NFH模型時難度較大，不易操作。

1.1.4 其他方法ONFH模型? 在20世紀90年代就有國外學者研究強迫大鼠長時間站立位取食的動物模型，并發(fā)現(xiàn)強迫站立體位的大鼠群有40%會發(fā)生ONFH，發(fā)生骨化障礙占10%左右，同時多數(shù)大鼠伴有雙側(cè)或單側(cè)股骨頭軟組織損傷。然而，上述現(xiàn)象很少出現(xiàn)在沒有給予長時間站立體位大鼠身上[9]。另外還有學者制備了鏈脲佐菌素-糖尿病的模型，通過檢測大鼠不同指標發(fā)現(xiàn)，患糖尿病大鼠會因胰島素不足發(fā)生骨質(zhì)流失，影響股骨頭的骨質(zhì)，繼而發(fā)展成為ONFH[10]。

1.2 兔模型研究

兔也是實驗室常用的實驗動物之一，因體型比大鼠稍大，股骨頭大小更理想，往往更易造模成功。因此，在股骨頭壞死的動物造模中常常被用到。

1.2.1 兔激素性O(shè)NFH模型? 最開始使用兔作為實驗對象時，大多數(shù)沒有得到組織學壞死結(jié)果，往往出現(xiàn)造模不佳、無法繼續(xù)研究的情況。隨著研究不斷嘗試與改進，現(xiàn)可以成功地制作兔ONFH模型。張波等[11]向新西蘭大白兔靜脈注射大腸埃希菌內(nèi)毒素，經(jīng)過2次注射后再臀肌注射甲基強的松龍，并最終得到了兔激素性O(shè)NFH模型。許多兔激素性股骨頭壞死的研究中也用到了類似的造模方法。

1.2.2 兔酒精性O(shè)NFH模型? 莫堅等[12]在制作兔模型時，通過持續(xù)多次的給兔灌胃酒精的方式，在給兔連續(xù)灌胃6周后終于成功地制作出兔酒精性O(shè)NFH模型。章友財?shù)萚13]制備兔酒精性O(shè)NFH模型不僅使用酒精灌胃，還聯(lián)合使用馬血清。與以往單純酒精灌胃比較，加入馬血清后兔酒精性O(shè)NFH模型制備成功率更高，病理改變也更明顯。

1.2.3 兔創(chuàng)傷性O(shè)NFH模型? 早在90年代就有采用手術(shù)截斷股骨頭后移位斷端的方法，斷端移位后一段時間后會發(fā)生創(chuàng)傷性股骨頭壞死[14]。國內(nèi)有學者使用創(chuàng)傷后液氮法構(gòu)建兔ONFH模型，術(shù)后2周隨機抽取實驗兔行X線、Micro-CT、HE染色等檢測證實了該造模方法的成功[15]。此外，可以采用過微波滅活法[16]、酸堿中和法聯(lián)合創(chuàng)傷法[17]、液氮冷凍法[18]等制備兔ONFH模型。以上方法都可以出現(xiàn)比較典型的ONFH改變，技術(shù)要求及具體操作不難。然而，這些方法與人創(chuàng)傷性O(shè)NFH在發(fā)病機制上存在一定差異，具體發(fā)病機制還需進一步研究。

1.3 犬模型研究

在選擇ONFH動物造模時，往往要考慮到該動物股骨頭的大小及形狀，股骨頭較大通常會與人股骨頭大小及其力學情況更相近，而且也更容易使用各種方法去制作ONFH模型。王海洋等[19]通過誘導麻醉使用擺鋸于犬股骨頸中部垂直股骨頸長軸方向截斷并臨時固定，制作出不是特別典型的犬ONFH模型。阮康明[20]在建立ONFH模型時，使用了液氮冷凍結(jié)合激素甲基強的松龍法，成功制作犬ONFH模型。該方法在液氮的使用上更加可控，而且成功率也較高。鞏建寶[21]通過磁共振的引導條件下使用氬氦刀對實驗犬的股骨頭進行冷凍處理，不但可以精準了解ONFH情況，而且建立ONFH模型成功率更高、時間更短，值得推廣和借鑒。

1.4 羊模型研究

在ONFH動物模型的選擇上，羊作為實驗動物的情況并不多見。有學者曾采用液氮冷凍法，取正常成年雌性羊，使用液氮冷凍治療儀和自制的液氮冷凍探頭實施冷凍[22]，分別于術(shù)后不同時間行影像學及組織學檢查。將術(shù)側(cè)和正常側(cè)進行比較，統(tǒng)計學分析得出結(jié)果顯示造模較為成功。

1.5 豬模型研究

豬作為ONFH模型的情況同樣比較少見。從幼豬髖關(guān)節(jié)囊內(nèi)加入硅膠從而增大關(guān)節(jié)囊的壓力去造成豬ONFH[25]，從結(jié)果來看該法較為成功。國內(nèi)通過給豬進行手術(shù)的方式，制作股骨頸骨折模型，術(shù)右側(cè)用空心釘固定并術(shù)左側(cè)普通釘固定進行兩側(cè)比較，并運用統(tǒng)計學分析得到結(jié)論：應(yīng)用空心釘去治療實驗豬股骨頸骨折可以提高實驗豬骨折愈合率以及降低ONFH率[26]。

2 兩足動物ONFH模型研究進展

四足動物雖然與人類基因更相似，遺傳關(guān)系更密切。而四足動物是四腿承重，當患腿出現(xiàn)病態(tài)時會引發(fā)保護患腿的情況，無法很好地模擬人類在雙腿承重情況下ONFH發(fā)生、發(fā)展的完整過程。然而，可以利用兩足動物來建立ONFH模型，這些模型可以更好地模擬人類ONFH發(fā)生、發(fā)展時因承受身體重量而出現(xiàn)軟骨面的塌陷的情況。

2.1 雞模型研究

雞作為生活中常見的家禽，體型適中、性情溫順、易于飼養(yǎng)，在ONFH兩足動物模型研究中最為常用，且雞在生長過程中也常發(fā)生近端股骨頭軟骨與生長板分離而造成ONFH情況[27]。Zhang等[28]研究雞ONFH具體機制，將實驗組肉雞每天注射甲基強的松龍，成功建造了雞激素性O(shè)NFH模型。實驗結(jié)果顯示，激素會影響雞軟骨細胞增殖分化和骨生長，進而誘導ONFH。為進一步探討內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導細胞凋亡在雞ONFH中的作用，Zhang等[29]通過對實驗組雞注射甲潑尼龍，成功建造了雞激素性O(shè)NFH模型進行實驗。

2.2 鴕鳥模型研究

自從雞ONFH模型制作成功后，一些學者開始嘗試鴕鳥ONFH模型。鴕鳥的股骨頭在影像學、生物力學等方面與人類股骨頭有很高相似度，且研究發(fā)現(xiàn)具備多種優(yōu)勢[30]。王鵬飛等[30-31]研究用鴕鳥作為實驗對象，應(yīng)用股骨頭液氮冷凍法在鴕鳥身上成功建立ONFH模型。實驗結(jié)果顯示，鴕鳥ONFH病理過程與人類病理過程更相似，提示鴕鳥不失為一個較優(yōu)的動物模型。

2.3 鴯鹋模型研究

鴯鹋也是兩足承重的動物，體型上稍次于鴕鳥，性格比較溫順，便于飼養(yǎng)。范猛等[33]使用進行液氮冷凍并射頻加熱交替損傷成功建造了鴯鹋ONFH模型，并嘗試使用探針向鴯鹋的股骨頭注射無水乙醇。術(shù)后用動物磁共振檢查出其股骨頭出現(xiàn)水腫現(xiàn)象，組織學檢查有骨壞死及骨修復，但是沒有出現(xiàn)股骨頭塌陷的改變[34]。相關(guān)研究[35]在儀器導航下對鴯鹋的股骨頭受重部分鉆孔后行液氮冷凍及射頻加熱反復處理，實際上以此方法構(gòu)建ONFH模型成功率較高。隨著時間加長，實驗深入，部分鴯鹋開始出現(xiàn)股骨頭塌陷的現(xiàn)象，整個病理過程與人類相似。

3 展望

通過對ONFH動物模型的選擇進行總結(jié)歸納、拓寬思考：①模型動物ONFH病變位置是否與人類病變區(qū)域相同，在整個疾病過程中患肢是否有在承擔身體重量;②造模方法是否簡單方便、可操作性強、時間短等有點;③選擇動物在生理、解剖、生物力學等方面是否與人類高度相似;④選擇動物是否價格低廉、飼養(yǎng)條件簡便。

綜上所述，要發(fā)現(xiàn)更理想的ONFH動物模型，可以從以下方面進行思考：①造模動物。四足哺乳動物方便易得、價格便宜。但四足動物和人類負重模式存在很大的差異，不能完全模擬人類雙足承重情況，而兩足動物卻能彌補這方面缺點。②操作方法。在建立動物ONFH模型過程中，過于追求快速方便建立模型，可能與人類ONFH的發(fā)病原因差異較大。此外，一些造模方法會引起動物股骨頭骨折等問題。③結(jié)果評估。以往對動物模型的評價主要以組織學及病理學為主，需把動物處死獲取相應(yīng)材料，對后續(xù)研究會造成影響。如果可以選擇無創(chuàng)的評價方法，便會是更好的方式。

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（收稿日期：2019-10-25? 本文編輯：王曉曄）