成都华西华科研究所分析废用性骨质疏松局部骨丢失动物实验研究与QCT骨密度软件体模检测废用性骨质疏松：局部 骨丢失的动物实验研究 (Immobilization osteoporosis: animal studies of localized bone loss)

目前，对骨丢失的认识主要通过短期或长期的观察 局部制动的实验动物来获得。现在研究的重点主要集屮 在#丢失率、骨丢失程度、骨结构的改变、骨替代四个方 面。骨代谢的研究方法主要是通过固定实验动物的肢体 进行造模。在固定的悄况下，可以对实验动物的年龄、内 分泌状态和饮食因素对骨丢失的影响迸行综合评估^¹。 并且，在制动前后，采用了选定的化合物对局邢的骨丢失 进行了药物十预^12#:。

一、局部性骨质疏松的动物模型（The animal model of localized osteoporosis)

一般而言，动物模項为采用适用于人类疾病的分析 方法来评估骨丢失提供了一个动态的平台。主要的实验 方法始限制实验动物的一个肢体，而保留另一个肢体的 正常活动。这种类型的动物模遛在降低制动肢体的应力 负荷的同时，使得另一个肢体的正常应力负荷得以维持。 评估骨丢失除r可采用动物造模以外，化学分析技术也 很常用，比如确定骨的干重、湿東、灰烬重和骨钙含1。 还可以采用无破坏性的方法如应用单光子吸收测最术测 量骨矿密度和骨的特殊染色来做骨重违的组织形态计撖 学分析。另外，生化的方法如检测骨的降解产物在血淸 尿样中的含撬、分析骨胶元的含里、骨放射性核素分析和 骨蛋白基因表达的分析在评估骨丢失的过程中都非常重要【川。

大里的动物实验表明：通过限制实验动物后肢的活 动的方法迸行造棋，，骨代谢的改变在被制动的肢体出现 的速度较快，并a骨代谢的改变主要集中在骨松质K。 例如：不论是采用外力强制制动还是采用神经切除法制 动成长中和成熟后的实验大鼠，其骨丢失的症状都是在 制动后2〜3周出现。对于成长中的大鼠，制动引起的# 儀丢失主要是是由于骨矿的丢失造成的，这一观点通过 动物实验中湿重，灰里和钙量的改变可以推算出来_c通 过45ca标记实验动物〇了以证实骨矿的储备也N时减少。 松质骨的骨丢失最为明显，但是这一区域骨容馕并没有 明显的改变。对实验小鼠的胫毋和股骨分别进行制动， 三周后发现骨灰重降低了大约12%。制动1〜3周后再 恢复实验动物的肢体运动，可以观察到实验动物的骨矿 得到了部分恢复。

二、彩响樓型动物骨置丢失的因素（The in­fluencing factors of decrease in mineral deposi­tion)

(一）  年龄因素

骨矿储存M的降低程度也取决于实验动物的年龄。 对2.5个月的小鼠进行右下肢制动发现，两周后初级松质 骨出现快速的#质疏松，八周后次级松质骨也出现了快速 的骨质疏松。这种骨代谢的负平衡产生的主要原因可能 与骨吸收一过性的升高，骨形成降低，以及骨纵向生长减 慢有关。通过组织形态计最学分析发现，次级松质#的侵 蚀视野计一过性的升髙了 55%〜82%，示踪视野计降低了 大约20%。20周后，在低骨里水平出现了一个新的平衡， 在这个平衡点，骨的转化率正常（相关年龄对照）

局部制动也可以引起老年小鼠的骨量丢失。对9个 月的小鼠进行右下肢制动后发现，两周后肌肉密度降低， 网状骨#最减少。18周后骨甩的丢失维持在50%这一水 平，并且以付小梁数馕的减少和骨小梁间距增大为主要特 征。另-•项关于老年小M的研究对实验小鼠右后肢制 动6周后发现，网状骨骨M出现明显的丢失，临近胫#干 骺端的骨小梁数fl减少，在近端干骺端，骨形成减少的同 时，骨吸收增强。解除制动6周后可以观察到，骨最有所 回升，俱没有升到制动舫的水平。另外，降低的肌M也得 不到完全恢复，骨与肌肉的恢复可能黹要更长的时间。

(二）  药物因素与内分泌因素

局郎制动引起骨里丢失对内分泌的彩响也可以用动 物模型进行分析。制动小M的模型和子宫切除小鼠模型 为评估骨质疏松治疗药物的疗效提供了一个很好的系 统u比如，一项分析表明，一种丨，25 (OH)₂h类似物 可以维持骨密度，这种类似物的作用主要是通过降低骨 吸收来抑制升卨的骨转换率。而骨密度的评估指标主要 是干®、灰重和灰含最.对这些指标的检测必须进行动物 实验。类似的实验方法也被用来评估地诺前列酮对骨丢 失的药理作用。

对解除后肢制动的实验小鼠肌注PGE2(3〜6mg/d， 连续注射8周）可以完全恢复网状骨的骨密度并且重建 骨结构。肌注PGE2还将可以升高负重骨的骨密度并在 一个更髙的水平维持其骨密度和背结构。研究还发现， PGE2可以恢复制动雌鼠近端干骺端的骨密度并承建其 伢结构。这项研究的造模方法是在对小鼠的右后肢进行 制动的同时，解放左后肢，让其自由活动以做对照。4周 后，右后肢的网状骨骨密度降低，骨小梁的数fi、厚度、结 节密度降低直到出现一种新的平衡。

其他动物模型的研究已经深人到了另一个层次，即 研究治疗骨质疏松的药物，其药理作用机制到底是抑制 骨吸收还是增加了骨谩。一项实验研究对狗的单侧后肢 迸行制动4周后发现骨密度降低f将近50%，狗后肢固 定前后的骨密度采用单侧光子吸收法检测。

捆绑式制动或神经切除术制动小鼠后肢进行动物造 模，在评估激素对骨丢失的调节作用的动物试验中起重

要作用。研究发现，降钙索注射（15IU/kg 1次/d)试验 动物，可以减少试验动物骨灰重降低的程度，这种效应对 采用神经切除术制动小鼠的模型作用非常明显，但对于 采用捆绑式制动的小鼠并没有明显作用。

动物试验也用于评估小蚨解除制动后，在充分锻炼 的前提下，骨贵的恢复程度。研究发现，将试验动物后肢 固定6周后.让其在笼中自由活动，6周后，小鼠的#贵 和肌肉得到了很好的恢复，但是骨里并没冇恢复到固定 前的水平对于成长中的小鼠，后肢固定一段时间后 再让其锻炼但不允许其跑动，对照组的小鼠可以自由活 动，结果对照组的骨摄恢复要比实验组好。

应用局部制动诱导骨质疏松的动物模型，对于深人 认识骨关节内骨与软#的代谢起到了重要的作用。局部 制动的实验小鼠模型可用于分析骨质疏松和骨关节病的 发病过程。一项研究显示，制动肢体的胫股关节和髋关 节的关节表面软骨下血讶呈现显著的增生。并且在靑年 小鼠和成熟小鼠中，软骨下骨质增生和千骺端骨密度降 低同时出现的比例分别是27%和18%。在测得骨密度 降低的同时，测得干骺瑙的钙黄绿素发出的绿色荧光增 多。在骨重建的速度增快以后，软骨组织中的粘多糖和 羟基脯氨酸的含景并没有随着昧酸盐和胸腺嘧啶脱氧核 苷摄入的增多而升高。这样一来，在小鼠后肢制动以后， 会很快发生骨代谢改变和软丹的退形性改变。

通过控制症状出现的时间和疾病发生的条件来模拟 人体疾病的发生和发展过程。动物模型为人类认识并战 胜疾病积累了丰宮的经验并提供了坚实的理论基础。目 前，我们对骨质疏松的认识主要建立在对动物实验与人 类疾病的相似性的认识之上。大概可以归纳为以下两 点。第一，在截瘫、骨折、交感反射性拷养不良以及类风 湿性关节炎这些疾病状态下出现的骨母丢失，或多或少 与局部应力的减少有关。笫二，如果这些疾病好转，局部 性骨质疏松也会相应的出现好转。未来的研究将主要集 中在从分子水平和基因水平理解骨代谢的调控过程并且 揭示机械性剌激感受器在将应变能馕转化为生物事件的 过程中的作用机制。

1.  周部缺血性骨病（Ischemic bone disease):骨胳血 供的局部中断将导致骨与软骨在营养的获得方面产生严 重障碍。严重而持久的血供受阻，将引起成骨细胞和 软骨细胞的坏死。继发于修复过程中的坏死骨与软骨的 吸收，可以使骨强度降低并引发骨折^U31。骨密度的改变是缺血性骨病婊基本的放射学特征， 但其放射学改变往往要在发病几个月以后才能表现出 来。缺血性#病典型的放射学表现为：X-_ray上可见软 骨下骨出现的新月形透射区，硬化和透亮的斑片区.骨崩 解和背干区骨膜炎样改变。M然骨骺K出现了炎性改 变，但是病变早期关节间隙正常。

许多因索都可以引起缺血性骨病（表27-2)。许多 临床表现主要发生在病变的骨骼。因为股骨头骨软骨病 具有局部缺血性骨病的典甩表现，所以先详细的讨论本 病，然后再讨论其他的缺血性骨病。

表27-2引起胥与软骨缺血性坏死的原因

内分泌亲乱/代谢紊乱 库欣综合征 糖皮质激索治疗 期酒 痛风

背软化症

贮疾病，如ffi歜氏病

血红蛋白病，如镰状红细胞病

外伤，比如骨折、脱位

气压病

胶原血管病

描射

胰臃炎

肾移植

家族性肾上腺脑白质营养不良

2.  股背头骨软骨病（Legg - Calve - Perthes Disease): 本病为股骨头骨骺的缺血性坏死，又名为Legg-Calve- Perthes病、扁平髋等。股骨头骨骺的骨化中心在丨岁以 后出现，18〜19岁骨化融合。在这年龄阶段中均可能发 病。本病好发于3〜10岁儿童男女之比约为6:丨。单 侧发病较多。

本病最基本的病理改变是股骨头骨骺的血运障碍。 由于先天或后天发育不正常，间断性滑膜炎，静脉血栓和 血黏度升高，导致关节腔内压力的升离，从而引起儿章骨 骺血运障碍。多数的股骨头骨骺容易发生局部缺血，引 起#髓细胞、成骨细胞和骨细胞的凋亡。同时，含生长线 的软骨细胞血供受阻导致软#成骨暂时停止。但是关节 软骨依靠滑液的滋养仍保持完整。随后，在股骨头骨骺 端由外至内审新血竹化，新生骨覆盖在死骨、软骨下骨和 骨小梁的表面。随着死骨吸收速度超过成骨速度，死骨 开始被慢慢淸除，软骨下出现骨质疏松。

若修复过程中骨吸收区没有出现骨折，患儿无须对 症治疗，一旦出现骨折，而且伴有症状就说明骨小梁破坏 严重，会引起第二次短暂的局部缺血。同时，由于股骨生 长线和干骺端的血供受阻，股骨纵向生长迟缓，生长线闭 合提前，股骨头由于干骺端的骨化影响了股骨头局部的 机械应力作用而重新塑形。

患儿典型的临床表现有：《部疼痛，膝与大腿前侧疼 痛，跛行、髋关节活动（内收内旋）受限，Thomas征阳性， 若治疗无效，会出现髋内收和屈曲收缩加重，大腿肌肉 萎缩。

实验宰检杳示血沉轻度升离，正位和蛙式位放射线 检杏常见骨龄延迟丨〜3年。连续临床观察可见股骨头 骨骺生长终止，死骨吸收，软骨下骨骨折和骨化。核磁共 振是很有效的诊断方法，通过高强度图像信号的改变可 以辨淸#与软组织，股骨头的骨M也可以得到评估^[〜。

早期治疗的m后决定于股骨头变形的严重程度，后 期治疗的預后取决于继发的退行性骨关节炎的严重程 度。总的来说，股骨头骨骺端病变波及范围越广，预后越

不好。女孩性成熟期早，波及范围广，发病率较高。件成 熟早意味着股骨头骨骺线闭合前重塑的时间就少，从2〜 6岁开始的股骨头变形程度轻，10岁以后预后较差。

本病原则上首先考虑外科手术治疗，以防止股骨头 变形作为主要目标，以免严$的变形导致骨关节炎。另 外似乎髋臼对股骨头失去约束的患儿史易导致骨关节 炎。大槪由于髋关节半脱位，周围肌肉挛缩促使关节活 动受限，导致不均衡外力作用于股骨头的局部，引起髋关 节骨关节炎。治疗的B的是增加髋臼对股骨头的覆盖 面，通过修补骨化形成新的关节。治疗股骨头半脱位主 要以减少周围组织的应激性和维持髋关节的活动度为 主。主要包括病悄跟踪观察、定期卧床、对症治疗、伸展 锻炼《关节，必要时通过手术预防和纠正变形。髋关节 周围压力的适当分布有利于骨骼重建^:251。但卧床休息 似乎不能減少这些压力。约束关节主要运用管型石裔， 支架和拐杖。手术方法主要是关节成行术，但在系列治 疗的晚期才考虑手术纠正关节变形。另外，定期的放射 线检査，关节造影术，骨闪烁法，尤其是核磁共振对诊疗 十分有帮助可是由于预后存在差异，这些长期治疗方法冇很多 争议。诸如固定的作用是否存在，哪种固定方法有效都 是临床研究的热门^usl。

3.  其他缺血性骨病的临床表现儿東和成年人的 局部缺血性骨病有很多其他的临床表现，而骨质吸收是 产生这些症状的主要原因。临床诊断主要依据患者年 龄、病变部位和病变骨骼缺血的面积来确定具体是哪一 种缺血性骨病。例如，股骨头骨软骨病（LPCD)的病理改 变主要是骨和软骨下骨由于微血管血运障碍而坏死。所 以，所有造成微血管血运障碍的机制均可导致本病，诸如 外伤性骨折，血管内部阻塞，外部压力阻塞血流，动静脉 和窦状血管的病理因索。本病常定义为无血管性， 无繭性或先天性坏死。所以多种厣因可导致本病（表 27-3)₀

表27-3 »软骨痛发病的常见部位和脅缺血性坏死成人缺血性骨病 分萬性骨软骨炎 新月型的骨软骨病 股骨头骨折 腕舟状骨无菌件坏死 肽骨头骨折 距骨骨折原发性股骨头缺血性坏死 儿童缺血性骨病 股骨头骨软骨病 股骨骨骺滑脱 原龙性椎体骨炻骨软#焫 次发性椎体骨骺骨软骨病 胫骨结节骨软骨病 R骨内t锞骨软骨病 跟骨骨软骨病 肱背小头骨软骨病

缺血件骨病血运障碍的病理学机制尚不太淸楚◊对 于许多非创伤性局部缺血性坏死患者，他们的骨组织常 随者年龄的增长而反复出现红骨髄向黄骨《的转换，常 由中心向周围骨组织发展，骨髄中血流减少。这些关键 部位髄腔内的黄骨髄细胞将伴随着病变的发展而扩敗和 增多，最后压缩至窦状血管和死骨内。同样，大最病变累 及引起骨内的脂肪栓寒，另外，出血块和异物也是许多创 伤和非创伤性局部缺血性骨病的病理因素。

缺血性骨病放射学特征的病理学基础是病变骨血管 重新增生、贲化和坏死骨的吸收。骨血管里新增生在骨 组织局部缺血6〜8周后出现，增生的血管可引起局部骨 小梁的吸收以及死钟表面的新骨形成，数月或数年后，若 出现新骨包裹死骨或死骨骨块脱落，骨硬化就会出现。

组织病理学研究与放射学a示的病理特征保持一 致，这说明骨坏死和骨修复的不同阶段可以同时发生于 许多骨组织局部。

骨发生坏死以后，坏死骨至少窬要10天才开始出现 密度的改变，尽管时常出现假阳性，核磁共振（MR丨）仍是 检测局部缺血坏死骨的敏感的方法，尤其适用于早期诊 断。在影像学出现明显的改变之前，运用非特异性的 锝-99m二磷酸也可以检测到死毋，在血秆重新增生以 前，死骨区先呈现放射性同位索减少，再出现示踪物质增 多。计箅机断层扫描（CT)也是检测股骨头周部缺血性 坏死的方法，由于成骨作用，可在骨中央解剖部位出现星 形图象。

木病根据不同的临床表现可分为两类：长骨干骺端 缺血性骨病和骨骺干骺端缺血性骨病。

长骨干骺端缺血性骨病的局部缺血常由气压病，血 红蛋白病，蛋白血管病，血栓病，痛风，代谢疾病，急慢性 胰腺炎，嗜咯细胞瘤和其他疾病引起，常累及大块骨的干 骺端，并引起放射学改变。常表现为对称性，累及的范围 有所不同。也可发生于小骨，例如，病变可累及患有镰状 细胞性贫血的婴儿的手与脚骨。死骨可以借鉴沉积的新 生骨进行放射学研究。

骨骺干骺蹦缺血性骨病的局部缺常由气压病，镰状 细胞性贫血，库兴氏综合征，痛风，创伤，以及其他疾病引 起。本病多发于儿童和年轻人，而且没有外伤史。动脉 嗜的病变，血栓症和出现在高歇氏病与组织细胞增多症 临近骨组织中的异物均SJ产生这种缺血性骨病。

骨软骨炎是影响骨生长和背化中心的典铟创伤性局 部缺血性坏死。骨软骨炎解剖显示为骨骺干骺端血管梗 塞，这种梗塞可导致临近关节腔出现骨折。X-ray可见一 面积小、密度高的纽扣样#化区，有透亮带与正常骨组织 闲开。小块坏死脱落的骨碎片质地疏松，很容场进人关 节，但也容易治疗。大块的梗死往往是原发性的，常见于 成年，常累及髋关节和股骨髁。大面积的局部缺血骨容易 脱落导致关节表面肿胀，破坏关节软骨。最终，这些并发 症将导致伢关节炎。更加广泛的骨骺干骺端梗塞归于创 伤和系统性疾病，常累及股骨头，例如股骨头骨软骨病。

股骨头骨软骨病和骨M部缺血坏死的特定临床表型相当多，并且分类方法广泛。然而根据受累及的解削位置的分类方法吏加容妨接受。表27-3对受累及骨的衣咽进行了比较，阐明了患者年龄是发病的重要决定因素。本病的治疗方法依据患者的年龄，发病的部位和面积进行选择。保守和手术方法也应惧重选择^[261。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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