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1、硕士学位论文大鼠骨质疏松生物力学实验方法的评估硕士研究生：鞠晓伟指导教师：李义凯摘要研究背景骨质疏松( o s t e o p o r o s i s ，o P ) 是以骨组织显微结构受损、骨矿成分和骨基质等比例地不断减少，骨质变薄，骨小梁数目减少，骨脆性增加和骨折危险度升高的一种全身骨代谢障碍的疾病。其最大的危害是骨折，常造成脊椎压缩性骨折、髋部骨折和桡骨远端骨折，骨质疏松药物防治的目标是维持骨量及提高骨质量，达到增强骨强度，超越骨阈值。因此，在骨质疏松药物研发的过程中，以测定骨质量为主要目的的生物力学实验就显得尤为重要，且不能简单地被骨密度测定、骨组织形态学等等实验方法所取代。目前，常用的
2、生物力学实验方法是三点弯曲试验和压缩试验，但许多文献报道三点弯曲试验在大鼠骨质疏松造模后一段时间内很难取得具有显著性差异的实验结果( 而其它实验方法已证明具有显著性差异) ：压缩试验受标本几何形状和标本制备工艺往往影响到实验数据的精确性。为克服以上缺点，近几年国内外的一些学者提出了凹入试验和侧摔试验。凹入试验是以松质骨为测试对象的一种生物力学实验方法，能够准确反映松质骨在用药前后骨质量的变化；侧摔试验是一种模拟人体股骨颈骨折损伤机制而设计的生物实验方法。为进一步证明以椎体为标本进行凹入试验的简便性、合理性和可靠性，及侧摔试验的可行性，并对比研究凹入试验操作过程中几个可能影响到实验结果的因素，我
3、们进行了如下的研究。中文摘要目的1 、比较大鼠骨质疏松模型中三点弯曲试验、压缩试验、凹入试验和侧摔试验的生物力学参数，探讨凹入试验、侧摔试验的精确性、可靠性和实用性：2 、观察凹入试验在测定大鼠松质骨生物力学特性中的作用，探讨以大鼠腰椎体进行凹入试验的合理性和简便性；3 、比较凹入试验中大鼠椎体包埋块不同打磨方式( 砂纸或砂轮打磨) 、不同处理方式( 打磨过程中不时向标本喷洒0 9 生理盐水与否给予相应处理) 及分别在椎体上、下部加载时，对凹入试验生物力学参数的影响。方法1 、2 0 只4 月大S p r a g u e - D a w l e y ( S D ) 雌性大鼠( 2 5 0 2
4、5 9 ) ，随机分为假手术组( S h a m 组) 、双侧卵巢切除组( O V X 组) ，去势3 个月后，水合氯醛麻醉，断颈处死，取大鼠双侧股骨、L 及L 5 分别进行三点弯曲试验、侧摔试验、压缩试验和凹入试验，记录各骨的生物力学指标，生物力学实验前分别对b 、L 5 及右侧股骨进行骨密度测定。采用组间两独立样本 检验；B M D 与各生物力学实验方法的力学参数及压缩试验与凹入试验的相关性分析，采用P e a r s o n 双变量相关分析；2 、1 0 只4 月龄S D 雌性大鼠( 2 5 0 2 5 9 ) ，水合氯醛麻醉后，断颈处死，取出L L 。，分别进行凹入试验，测定最大载荷和
5、刚度。采用o n e - w a yA N O V A 方法进行统计分析，L S D 多重检验；3 、2 0 只4 月龄雌性S D 大鼠( 2 5 0 2 5 9 ) ，随机分成两组：A 组1 0 只；B 组1 0 只。水合氯醛麻醉后，断颈处死，分别取出k 。牙托粉半包埋，A 组：砂纸打磨椎体上表面至暴露松质骨为限；B 组：砂纸打磨椎体下表面至暴露松质骨为限。分别进行凹入试验，测定最大载荷和刚度。采用组间两独立样本f 检验进行统计分析；4 、4 0 只4 月龄雌性s D 大鼠( 2 5 0 2 5 9 ) ，随机分成四组：A 、B 、C 、D 组，每组各1 0 只。水合氯醛麻醉后，断颈处死，分
6、别取出k ，牙托粉半包埋。A 、BI l硕士学位论文组：砂轮打磨至暴露松质骨为限；C 、D 组：砂纸打磨至暴露松质骨为限。A 、C组：实验过程中不时喷洒0 9 的生理盐水：B 、D 组：实验过程中不喷洒0 9 的生理盐水，分别进行凹入试验，测定最大载荷和刚度。采用两独立样本间t检验和2 2 析因分析进行统计分析。结果1 、骨密度观察：O V X 组与S h a m 组相比较，B M D 具有显著性差异( 尸 0 0 5 ) ：相关性分析：大鼠骨的B M D 与凹入试验、压缩试验及侧摔试验所测定的力学参数分别具有良好的正相关性( r = 0 5 1 4 0 7 3 9 ，P 0 0 5 ) ，其
7、余各组间比较最大载荷差别具有显著性意义( P 0 0 5 ) ；3 、A 组与B 组最大载荷和刚度分别进行比较都不具有显著性差异( 尸0 0 5 ) ：4 、四组间比较：砂轮打磨( A 、B 组) 的生物力学参数高与砂纸打磨( C 、D组) ，但差异无统计学意义( 尸 0 0 5 ) ，实验中喷洒生理盐水( A 、C 组) 生物力学参数高与未喷洒生理盐水( B 、D 组) ，差异具有统计学意义( P o 0 5 ) C o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tt h et w os e t so fm e c h a n i c
8、a lv a l u e sc o r r e l m e dw e l lf 仁O 5 3 6 ，O 9 0 2 ，P o 0 5 ) 4 A l t h o u g hm e c h a n i c a lp a r a m e t e r so fb o n es p e c i m e n sg r i n d e db yg r i n d i n gw h e e lw e r eh i g h e rt h a nt h o s eb ys a n dp a p e r s ( P 0 0 5 ) ，s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e
9、 sw e r en o tf o u n db e t w e e nt h e m N o tt a k i n ga c c o u n tt h ed i s p o s a lw a y s ，t h ev a r i a t i o nc o e f f i c i e n to fu l t i m a t el o a do fg r i n d i n gw h e e l ( Ag r o u p ) ( 1 9 8 8 ) w a sh i g h e rt h a ns a n dp a p e r ( Bg r o u p ) ( 7 8 2 ) ，a n dt h
10、ev a r i a t i o nc o e f f i c i e n to fs t i f f n e s so f 鲥n d i n gw h e e l ( Ag r o u p ) ( 1 6 4 9 ) w a sh i g h e rt h a nt h o s eb ys a n dp a p e r ( Bg r o u p ) ( 1 1 4 8 ) M e c h a n i c a lp a r a m e t e r so fb o n es p e c i m e n ss p r i n k l e dw i t hs a l i n es o l u t i
11、 o nw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h o s eo fn o ts p r i n k l e dw i t hs a l i n es o l u t i o n ( P o 0 5 ) ( 表卜2 3 ；图1 9 i 1 ) 。表I - - 2 不同生物力学实验方法的最大载荷( N ) ( x 4 - _ S D )T a b l e1 - 2 T h em a x i m u ml o a do f d i f f e r e n tb i o n w - , c h a n i c a le x p e r
12、i m e n t a lm e t h o d s表l 一3 不同生物力学实验方法的刚度( N m l m ) ( x + S D )T a b l e1 - 3 T h es t i f f n e s so f d i f f e r e n tb i o m e c h a n i c a le x p e r i m e n t a lm e t h o d s三、相关分析：大鼠L 4 和L 5 的B M D 分别为0 2 8 1g ，c m 2 、0 2 8 5g c m 2 ，与生物力学测试结果均有较好的正相关性，但股骨的B M D 与生物力学测试结果则不具有相关性( P 0 0
13、 5 ) ( 表l 一4 ；图1 1 2 1 5 ) 。同时，压缩试验与凹入试验的测试结果具有较好的正相关性( 表1 - - 5 ；图1 1 6 ，1 7 ) 。硕士学位论文表1 4 生物力学参数与B M D 的相关性分析T a b l e1 - 4 C o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e nt h eb o n ed e n s i t i e sa n dm e c h a n i c a lp a r a m e t e r s生物力学实验力学参数B M D压缩试验最大载荷刚度凹入试验三点弯曲试验最大载荷刚度最大载荷刚度0 7 3
14、9 0 6 6 7 ”0 5 1 4 +0 5 7 7 +0 2 4 6O 3 7 7注：P 0 0 5 ) ，其余各组间比较最大载荷具有显著性差异( F 0 0 5 ) ( 表2 一1 ) 。讨论骨的生物力学实验方法是全面评价骨质量的重要手段，是骨量、骨结构和骨强度的综合体现，并且单纯的骨密度测定和骨组织形态学观察还不可能全面反映骨质量，因此力学实验在评价骨质量中的作用是无法被其它测定方式取代的。一、本实验生物力学特点刘忠厚【3 1 1 等认为在儿童和年轻人中骨密度在每一节腰椎中是均匀分布的，从L l 到L 4 逐渐增加，同时整个腰椎中L l 的松质骨密度最低。刘崇静【3 引通过D X A测
15、定人腰椎骨密度，发现从L 。到L 4 骨密度逐渐，且与性别及年龄无关。由于骨密度明显与骨强度相关，所以，人类腰椎的力学性能有从上位椎体向下位椎体增加的趋势，欧阳钧l 等通过人腰椎压缩试验，发现下位椎体破坏载荷要大于上位椎体，两者间差别也具有统计学意义。我们的实验发现，大鼠腰椎最大载荷和刚度有从上位椎体向下位椎体增加的趋势。L 4 与I J 5 、L 4 与L 3 之间最大载荷差别不具有显著性意义( P O 0 5 ) ，其余各椎体间最大载荷差别具有显著性意义( P O 0 5 ) ，说明椎体上下部的生物力学参数无明显的差异( 表3 - I ，图3 1 ) 。表3 - - I 椎体上下部凹入试验
16、测试结果( x + S D )T a b l e3 - 1 M e c h a n i c a lp a r a m e t e r si nd i f f e r e n tp o s i t i o no fL 5b yi n d e n t a t i o nt e s t注：与实验组相比较+ P o 0 5 ) ，砂轮打磨( A组) 最大载荷的变异系数( 1 9 8 8 ) 大于砂纸打磨( C 组) ( 7 8 2 ) ，砂轮打磨( A 组) 刚度的变异系数( 1 6 4 9 ) 大于砂纸打磨( C 组) ( 1 1 4 8 ) ( 图2 4 ) 。处理因素间的交互作用：凹入试验中打磨方式( 砂轮打磨、砂纸打磨) 与处理方式( 喷洒生理盐水与否) 间交互效应不显著( P 0 0 5 ) ( 表3 - 2 3 ，图3 2 ) 。表3 2 不同打磨及处理方式凹入试验最大载荷(
