脈沖電磁場對大鼠廢用性骨質(zhì)疏松的預(yù)防作用及其機制的初步探討.pdf

1、背景和目的：由于老齡人口的增多和交通事業(yè)的發(fā)展，廢用性骨質(zhì)疏松(disuseosteoporosis，DOP)已成為一重要的臨床醫(yī)學(xué)問題。有報道在6個月的微重力暴露后，航天員的骨密度(bone rruneral density，BMD)減少至25％。由脊髓損傷、偏癱等原因?qū)е碌腄OP患者發(fā)生骨折的風(fēng)險，在1年的住院期間內(nèi)增加了70％。由此可見DOP給家庭和社會造成極大的經(jīng)濟負擔(dān)。目前臨床上的許多治療藥物措施，例如補充鈣劑、維生素D和激素

2、替代治療等，在治療原發(fā)性骨質(zhì)疏松時被證明是有效的，但其對廢用性骨質(zhì)疏松的作用目前仍不清楚。同時這些治療藥物也存在一些副作用，如高鈣血癥、乳腺癌等。因此，迫切需要一種更加安全有效的預(yù)防治療藥物或措施。 脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields，PEMF)作為一種生物物理方法，在過去的幾十年里已被用于治療原發(fā)性骨質(zhì)疏松和某些繼發(fā)性骨質(zhì)疏松，如糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松。1957年Fukada等在骨組織上發(fā)

3、現(xiàn)與特定結(jié)晶中典型的壓電現(xiàn)象相似的電效應(yīng)。當對骨表面施加一壓力時，其能產(chǎn)生電信號。由此，電與骨生物過程的相互作用引起人們?nèi)找嬖龆嗟难芯颗d趣。1980年，美國FDA批準首個PEMF設(shè)備用于治療4個月不愈合的骨折這一有限的應(yīng)用領(lǐng)域。1989年，Bassett預(yù)言PEMF將在骨質(zhì)疏松中發(fā)揮重要的作用。目前PEMF對原發(fā)性骨質(zhì)疏松的作用已被很多研究者證實，但其對廢用性骨質(zhì)疏松的作用及其可能的機制并不清楚。 骨密度是目前診斷骨質(zhì)疏松、預(yù)測

4、脆性骨折風(fēng)險和評價藥物干預(yù)療效的最佳定量指標。骨密度和骨強度密切相關(guān)，骨密度的改變能影響骨強度。許多局部因子都能影響骨重建過程，包括成骨細胞介導(dǎo)的骨形成和破骨細胞介導(dǎo)的骨吸收兩方面。同時局部因子本身也是反映骨重建活躍程度的指標之一。白介素-6(interleukin-6，IL-6)通過刺激破骨細胞形成并增強其活性來促進骨吸收。IL-6最起始的作用是刺激成骨細胞下游區(qū)效應(yīng)因子的產(chǎn)生，后者通過核因子kB受體激活因子配體(receptor a

5、ctivator ofNF-kappa B ligand，RANKL)，即OPG-RAN KL-RANK通路激活破骨細胞。轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transfornung growth factor-beta1，TGF-β1)是骨形成的有效促進因素，它可以促進成骨細胞增殖、分化。 在本實驗研究中，我們觀察PEMF對廢用性骨質(zhì)疏松大鼠股骨近端骨密度和血清IL-6、TGF-β1濃度等指標的影響，探討PEMF對DOP有無預(yù)防性治療作用及可

6、能的作用機制，為脈沖電磁場的臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。 方法： 1.取80只4月齡雌性SD大鼠，按體質(zhì)量隨機區(qū)組分為四組：正常對照組(INT組)、單純模型組(DOP組)、降鈣素組(CT組)、脈沖電磁場組(PEMF組)。除INT組外，其余大鼠均通過脛骨-尾部固定法將右后肢制動。INT組和DOP組不予以任何干預(yù)，CT組大鼠予以鮭魚降鈣素治療，PEMF組大鼠予以PEMF照射2h/d治療。在治療后1、2、4、8周時進行所有實驗標本的

7、收集。 2.大鼠右脛骨近段作為骨組織標本，石蠟包埋、切片，蘇木素.伊紅(HE)染色，顯微鏡下觀察。 3.右下肢股骨近端骨密度采用Norland-XR36雙能X線骨密度儀(小動物軟件)進行檢測。 4.大鼠右心室穿刺取血，3000 rm離心后收集血清，采用ELISA方法檢測血清IL-6、TGF-β1濃度。 結(jié)果： 1.所有實驗大鼠存活良好，無意外死亡和感染。實驗結(jié)束時INT組大鼠體質(zhì)量增加雖大于制動組

8、，但差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。 2.建模后1周時，各組大鼠脛骨近段切片鏡下觀察無明顯差異，骨小梁粗細均勻，排列密集有序，髓腔大小一致；2周時DOP組即可見骨小梁稀少、中斷，區(qū)域性消失，CT組骨小梁排列較DOP組明顯緊密、有序，PEMF組骨小梁與DOP組無明顯差異；建模后4周，CT組、PEMF組骨小梁排列均較DOP組緊密、有序，而CT組與PEMF組間骨小梁無明顯差異；8周時DOP組骨小梁排列明顯稀疏，大片區(qū)域消失，CT

9、組、PEMF組骨小梁排列較密集，PEMF組骨小梁排列較CT組致密。 3.建模后1周時各組間制動側(cè)股骨近端骨密度差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；2周時DOP組股骨近端骨密度較INT組明顯降低(T=-2.54，P<0.01)，而CT組骨密度明顯高于DOP組(P<0.05)，PEMF組與DOP組差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；4周時DOP組骨密度較INT組顯著降低(T=-2.61，P<0.01)，CT組和PEMF組骨密度均

10、較DOP組明顯增高(P<0.05)，CT組與PEMF組差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；8周時DOP組骨密度較INT組明顯降低(T=-2.73，P<0.01)，CT組和PEMF組骨密度均較DOP組明顯增高(P<0.05)，且PEMF組骨密度明顯高于CT組(P<0.05)。 4.DOP組大鼠右后肢制動后1周血清IL-6濃度明顯高于正常對照組(P<0.05)，2周時IL-6濃度又較1周時明顯增高(P<0.05)，其后IL-6濃度

11、保持在一較高水平，各時相點間差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；1周時CT組IL-6濃度較DOP組、PEMF組明顯降低(p<0.05)，PEMF組與DOP組差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)：2、4、8周時CT組與PEMF組大鼠IL-6濃度均明顯低于DOP組(P<0.05)，8周時CT組IL-6濃度低于PEMF組和INT組，且與PEMF組有顯著性差異(P<0.05)。 5.DOP組大鼠血清TGF-β1濃度在建模后呈雙相變化，

12、1周時明顯高于INT組(P<0.05)，而后逐漸下降，從建模后4周起明顯低于正常水平(P<0.05)，且8周時TGF-β1水平與4周時差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；1、2、4周時DOP組、CT組和PEMF組三組間差異均不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；8周時PEMF組TGF-β1濃度明顯高于CT組、DOP組(P<0.01)。 結(jié)論： 1.通過改良的大鼠右后肢制動方法，可以有效建立廢用性骨質(zhì)疏松大鼠模型，制動2周后

13、股骨近端骨密度降低程度即大于2.5個標準差。 2.大鼠右后肢制動后血清IL-6表達呈持續(xù)高水平狀態(tài)，血清TGF-β1濃度呈雙相變化(初期增高，而后逐漸降低至正常水平之下)，提示廢用所致的骨丟失主要是由于骨吸收持續(xù)增強所致，而骨形成僅在制動初期(1周內(nèi))增高，隨后逐漸下降至低水平。 3.PEMF及降鈣素對廢用性骨質(zhì)疏松均有預(yù)防作用，降鈣素起效快，但PEMF在后期較降鈣素效果更明顯。 4.PEMF不僅可通過減少血清I