论文部分内容阅读
长期空间飞行后导致的骨质疏松已经成为航天员健康的主要威胁之一,由于骨密度下降,骨脆性增加,极易导致骨质疏松性骨折的发生,严重影响其在太空中工作开展和返回地面后的生活质量。人类骨骼的生长代谢依赖地球重力场的作用,当宇航员进入太空暴露于失重环境时,会导致骨骼系统(特别是脊柱、四肢、骨盆等承重部位)发生结构和功能改变,主要表现为骨量丢失,骨骼脱钙,骨力学性能下降,出现负钙平衡,严重威胁着宇航员的健康和空间飞行任务的顺利执行。“尾部悬吊后肢卸荷大鼠模型”(tailsuspended hindlimb-unloaded rat),简称“尾部悬吊(tail-suspended,TS)大鼠模型”,能较好模拟宇航员受到失重环境的影响,目前已经成为最为常用的大鼠模拟失重经典模型,得到国内外的广泛认可。显微CT(Micro-CT)技术作为一项空间结构测量新技术,可以从骨小梁水平上评价骨的结构和功能,在国外已开始有所应用,但国内该项技术关于尾部悬吊大鼠模型的应用尚未见报道,现有的数据条件不足以支持国内条件下该研究的进一步开展。本研究以国内常见的SD大鼠为实验对象,应用骨密度扫描、显微CT分析和组织学切片观察等方法,分别观测尾部悬吊大鼠骨密度(Bonemineraldensity,BMD)及骨小梁三维微观结构的变化发展,同时进行骨生化标记物测定和生物力学测试,综合相关数据结果,为预测失重条件下骨质疏松性骨折风险提供实验依据。目的:观察模拟失重尾部悬吊大鼠模型骨密度、骨小梁结构、血清骨生化标记物及力学性能变化。方法:3月龄雄性SD大鼠60只,随机分为5组,尾部悬吊7d组、14d组、21d组、28d组和空白对照组。到期处死动物,检测血清骨碱性磷酸酶(BALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)含量,观察L5椎体丽春红染色切片,测定L4椎体、股骨髁部骨密度,并进行Micro-CT及生物力学测试。结果:所有尾部悬吊组大鼠较对照组椎体、股骨髁部骨密度均显著下降,且尾部悬吊大鼠骨质疏松随时间加重,松质骨的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)较对照组显著降低(P<0.05),股骨髁部表面积体积比(BS/BV)、椎体骨小梁间隙(Tb.Sp)则较对照显著增高(P<0.05)。血清学测试结果显示悬吊组大鼠骨碱性磷酸酶(BALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)均较空白组增高(P<0.05)。生物力学测试表明,尾部悬吊组大鼠骨的生物力学强度较对照组下降,7d、14d、21d、28d组腰椎的最大压缩应力分别较空白对照组下降5.1%、14.3%、20.8%、27.6%,股骨抗弯曲载荷较空白对照组下降7.9%、13.9%、18.8%、24.8%。结论:尾部悬吊大鼠骨矿物丢失,14d即达到骨量减少诊断标准,28d时接近骨质疏松诊断标准,其骨小梁三维微结构破坏,椎体和股骨力学强度也显著下降,并随时间加重,且与血清骨生化标记物BALP、TRAP变化呈负相关,表明悬吊大鼠体内骨转换率增高,理论上骨折风险性增加。