模拟失重状态下雌性大鼠骨质疏松模型骨结构及性能变化研究

目的研究模拟失重尾部悬吊雌性大鼠模型松质骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨小梁结构、骨组织形态、骨代谢生化指标及力学性能的改变,为女性航天员飞行后骨量变化及航天医学提供一定的理论支持。方法 3个月龄雌性SD大鼠20只,随机数表法分为两组,尾部悬吊4周组和空白对照组,每组10只。连续饲养4周,定期记录大鼠活动、饮食、排便、体重、有无脱毛、有无死亡或尾部脱落等一般情况。到期处死大鼠,双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorption,DEXA)测定L4椎体、股骨踝部骨密度,Micro-CT进行骨小梁分析,改良丽春红染色法观察骨组织形态,ELISA法检测血清骨代谢生化标志物,并行生物力学检测。结果建模4周后,2组大鼠活动、饮食、排便均正常,体重增加量两组差异无统计学意义(P>0.05),2组均无脱毛、死亡或尾部脱落现象。悬吊组大鼠L4椎体、股骨髁部BMD均较对照组小,分别较对照组下降29%、30%(P<0.05)。悬吊组L4椎体、股骨髁部的骨体积分数(bone volume/total volume,BV/TV)、表面积体积比(bone surface/bone volume,BS/BV)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁数目(trabecular number,Tb.N)分别较对照组小,L4椎体各指标较对照组分别下降40%、15%、30%、33%(P<0.05),股骨髁部各指标较对照组分别下降21%、25%、50%、19%(P<0.05);骨小梁间隙(trabecular separation,Tb.Sp)悬吊组较对照组大,且L4椎体、股骨髁部较对照组分别增加92%、33%(P<0.05)。腰椎松质骨ROI骨小梁三维重建发现,悬吊组大鼠腰椎椎体内骨小梁密集程度、骨小梁实质的体积、粗细程度及连续性均低于空白对照组,呈明显的"蜂窝样"改变,出现明显的骨质疏松和骨小梁三维结构破坏。50X显微镜下也观察到悬吊组大鼠椎体骨质疏松样改变明显,骨小梁不连续、变细、间隙增大明显。悬吊组大鼠血清骨碱性磷酸酶(human bone alkaline phosphatase,BALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)含量均较空白对照组高,为空白对照组的4.5和3.1倍(P<0.05)。悬吊组大鼠的腰椎最大压缩载荷、最大压缩应力、股骨的最大抗弯曲载荷均较对照组小,且较对照组分别下降了36%、33%、34%(P<0.05)。结论尾部悬吊雌性大鼠4周后出现严重的骨密度下降、骨小梁三维结构破坏、骨组织形态破坏、骨代谢失平衡、椎体及股骨生物力学显著下降,形成了明显的骨质疏松,理论上增加了骨折的风险。对女性航天员骨量丢失及骨折的风险应得到充分地认识。