梁世桢

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仆馥房
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1 基础研究去势大鼠骨质疏松发病过程中股骨骨小梁的 * 微焦点 CT 研究 1 梁世桢 2,4 朱国雄金 3 岩摘要目的 : 应用微焦点计算机断层扫描 (Micro-CT) 研究大鼠去势后股骨松质骨骨微结构的改变及其改变规律方法 :24 只 10 周龄健康雌性 SD 大鼠随机分为两组 : 去势组与对照组, 每组 12 只, 去势组大鼠行去势即双侧卵巢切除术, 对照组不作任何处理去势后 3 月, 经 Micro-CT 扫描股骨后, 行三维重建, 并进行股骨骨松质骨微结构相关参数定量检测结果 : 与对照组相比, 去势组大鼠骨体积分数 (BV/TV) 骨小梁厚度 (Tb.Th) 及骨小梁数量 (Tb.N) 分别减小 72.6% 39.0% 和 56.4%(P<0.05); 骨表面积和骨体积比 (BS/BV) 骨小梁分离度 (Tb.Sp) 及骨小梁模式因子 (Tb.Pf) 分别增加 63.7% 354.2% 和 72.6%(P<0.05); 而骨小梁平均骨密度 (Tb.Mean) 分别为 (443.92±39.07)HU 和 (428.67±50.82)HU, 无明显变化 (P>0.05) 结论 : 大鼠去势后, 股骨骨松质骨质量明显降低 ; 去势大鼠发生骨质疏松后, 骨小梁数量减少, 骨小梁分离度增加, 骨小梁平均骨密度无明显改变, 提示大鼠去势后骨质疏松发病过程中, 股骨松质骨微结构的改变是以骨小梁的破坏为基本单位进行的关键词大鼠 ; 去势 ; 股骨 ; 骨小梁 ; 微焦点计算机断层扫描中图分类号 :R681.8 文献标识码 :A 文章编号 : (2011)--- Micro-CT study on the femoral bone trabeculae in the process of osteoporosis in ovariectomy rat/liang Shizhen, ZHU Guoxiong, Jin Yan//Chinese Journal of Rehabilitation Medicine, 2012,??( ): Abstract Objective: To investigate the change of bone microstructure in femoral cancellous bone and the possible change law by micro-computed tomography (Micro-CT) in ovariectomized rats. Method: Twenty-four healthy 10 week-old female Sprague Dawley (SD) rats randomly divided into two groups: ovariectomy group (ovx group) and control group (control group), each group of 12 rats. The ovx group rats were ovariectomized namely bilateral ovarian resection, and the control group rats were not made any processing. 3 months after ovariectomy, Micro-CT scanned femur then we carried out cancellous bone quantitative detection of bone microstructure related parameters after 3-D reconstruction. Result: Compared with the control group, the bone volume fraction (bone volume/total volume, BV/TV), trabecular thickness (Tb. Th) and trabeculae number (Tb.N) decreased in the ovx group rats, and decreased respectively by 72.6%, 39.0% and 56.4% (P<0.05); The ratio of bone surface area and bone volume (BS/BV), trabecular spacing (Tb.Sp) and trabeculae pattern factor (Tb.Pf) increased in the ovx group, and increased respectively by 63.7%, 354.2% and 72.6% (P<0.05); And there was no difference in the mean of trabeculae bone (Tb.Mean) between DOI: /j.issn 期数. 文章编号 ( 如 :001) * 基金项目 : 国家 973 项目干细胞在骨衰老与再生中的作用及关键信号分子调控 (2011CB964700) 资助 1 辽宁医学院中国人民解放军济南军区总医院研究生培养基地, 济南,250031;2 中国人民解放军济南军区总医院 ;3 中国人民解放军第四军医大学 ;4 通讯作者作者简介 : 梁世桢, 男, 硕士研究生 ; 收稿日期 :

组相比, 去势组大鼠骨体积分数 (BV/TV) 骨小梁厚度 (Tb.Th) 及骨小梁数量 (Tb.N) 分别减小 72.6% 39.0% 和 56.4%(P<0.05); 骨表面积和骨体积比 (BS/BV) 骨小梁分离度 (Tb.Sp) 及骨小梁模式因子 (Tb.Pf) 分别增加 63.7% 354.

2 Chinese Journal of Rehabilitation Medicine the two group, and were (443.92±39.07) HU, (428.67±50.82) HU (P>0.05). Conclusion: There was a significant reduction of bone quality in the femoral cancellous bone in ovariectomized rats; the decreased trabeculae number (Tb.N) and the no change of the mean of trabeculae bone (Tb.Mean) in ovariectomized rats indicate that it is the destruction of bone trabeculae for basic unit of the change of femoral cancellous bone microstructure in the process of osteoporosis disease in the rats after ovariectomy. Author s address Dept. of Stomatology, the Chinese People's Liberation Army Jinan General Hospital, Jinan, Key word rats; ovaricetomy; femur; trabecular; micro-computed tomography 绝经后骨质疏松主要由雌激素缺乏所致, 是以骨量丢失和骨组织微细结构破坏为主要特征的全身性骨代谢疾病 [1] 其骨量丢失和微结构的退变以富含松质骨的股骨最为明显 [2] 微焦点计算机断层扫描 (Micro-CT) 是空间分辨率在 100μm 以下的 CT, 是一种可以全面立体的测量骨微结构评价骨质量 [3 4] [5] [6] 的新技术 Martin-Badosa 等和 David 等发现, 应用 Micro-CT 对小鼠骨骼进行研究, 可以通过三维立体重建, 分析测量骨小梁厚度骨小梁体积及骨小梁分离度等, 进而全面立体实时的检测骨质量的变化本研究采用 Micro-CT 技术, 研究大鼠去势后股骨骨松质骨微结构的变化, 同时探讨雌激素缺乏所致骨微结构改变的可能规律 1 材料与方法 1.1 动物分组 24 只 10 周龄健康雌性 SD 大鼠 ( 第四军医大学实验动物中心提供 ), 体重 (210±20)g, 随机分为去势 (ovx) 组与对照 (control) 组, 每组 12 只去势组切除大鼠双侧卵巢, 对照组不作任何处理两组大鼠均在 24 28, 通风良好的相同条件下饲养, 自由摄水食 1.2 去势术去势组大鼠在 1% 戊巴比妥钠全麻条件下切除双侧卵巢,0.35ml/100g 大鼠体重, 腹腔注射, 行双侧背部切口, 切除卵巢后, 分层缝合肌肉层与皮肤 1.3 组织获取去势 3 月后, 脱颈处死大鼠, 去除软组织, 剥离右侧股骨,4% 多聚甲固定 6h,Micro-CT 扫描 1.4 Micro-CT 扫描本实验采用德国西门子公司 Siemens Inveon Micro 型显微 CT, 扫描层厚度可达 10μm 将处理好的股骨沿长轴平行于扫描床长轴放置, 以透明胶布固定, 行 Micro-CT 扫描扫描参数 : 电压 80kV, 电流 500μA, 扫描方式 360 旋转, 曝光时间 3000ms, 图像平面分辨率 , 像素点尺寸 10μm 10μm, 层间距 10μm 扫描完成后, 进行组织重建重建完成后, 在重建图像内股骨最大投影面选择兴趣区 (region of interest, ROI),ROI 局限于距股骨干彀端侧 1mm, 宽 2mm, 厚 1mm 范围内在兴趣区进行 3D(three-dimensional) 模式构建, 以计算机自动生成阈值, 提取图像信息, 完成图像二值化以 Micro-CT 自带 Inveon Reserch Workplace V2.0(SIE- MENS) 软件进行定量分析, 获得大鼠股骨松质骨骨微结构参数 : 骨体积分数 (bone volume/total volume, BV/TV,%) 骨表面积和骨体积比 (bone surface area and bone volume,bs/bv,mm -1 ) 骨小梁厚度 (trabecular thickness,tb.th,μm) 骨小梁数量 (trabeculae number,tb.n,mm -1 ) 骨小梁分离度 (trabecular spacing,tb.sp,μm) 骨小梁模式因子 (trabeculae pattern factor,tb.pf,mm -1 ) 及骨小梁平均骨密度 (mean of trabeculae bone,tb.mean,hu) 1.5 统计学分析所有实验均重复 3 次以上, 所有数据均采用 SPSS 13.0 软件进行分析, 结果均以均数 ± 标准差表示, 两组间比较采用独立样本 t 检验 2 结果根据前述方法, 得到清晰的去势大鼠与正常大鼠股骨 Micro-CT 骨扫描的二维切片图和 3D 结构模式图 ( 图 1 4), 去势后, 小梁间隔减少, 大鼠骨质量降低 ; 去势后, 大鼠 Tb.N 减少,Tb.Sp 增加,Tb.Th 降低, 骨小梁形态结构杆状化正常大鼠与去势大鼠股骨松质骨骨微结构 3D

N) and the no change of the mean of trabeculae bone (Tb.

3 结构参数 ( 表 1) 研究结果表明, 与正常大鼠相比, 去势大鼠的 BV/TV Tb.Th 及 Tb.N 分别减小 72.6% 39.0% 和 56.4%(P<0.05);BS/BV Tb.Sp 及 Tb.Pf 分别增加 63.7% 354.2% 和 72.6%(P<0.05); 而两组大图 1 control 组股骨 2D 切片图图 2 ovx 组股骨 2D 切片图图 3 control 组骨小梁 3D 结构示意图图 4 ovx 组骨小梁 3D 结构示意图表 1 ovx 组大鼠去势后 3 月与 control 组大鼠股骨骨松质骨小梁参数比较 (x±s) 组别 ovx 组 control 组 P 鼠数 BV/TV(%) 0.15± ± BS/BV(mm -1 ) 30.43± ± Tb.Th(μm) 0.07± ± Tb.N(mm -1 ) 2.11± ± Tb.Sp(μm) 0.44± ± Tb.Pf(mm -1 ) 8.64± ± Tb.Mean(HU) ± ± 鼠 Tb.Mean 分别为 ( ± 39.07)HU 和 (428.67±50.82)HU, 无明显变化 (P>0.05) 3 讨论随着人口老龄化社会的到来, 骨质疏松越来越成为世界性的公共卫生问题, 加重了社会卫生资源压力在骨质疏松的防治中, 除外骨密度骨质量, 如骨有机基质矿物成分及骨微结构等, 与骨强度亦具有密切的关系小梁骨骨微结构参数, 已经被应用在年老个体的骨质量评估中, 用来进一步研究年 [7 8] 龄对骨质量的影响作用研究发现, 在绝经后早 [9] 期, 只有骨小梁最先发生明显的骨量丢失 Micro-CT 即 μct, 又称显微 CT, 已经广泛用于皮质骨及小梁骨的病理生理研究方面, 用于形成高 [10] 分辨率图像和骨微结构参数, 通过 Micro-CT 获得的骨小梁结构参数与传统组织学方法具有良好相关 [11 12] 性本实验所用 Micro-CT 扫描厚度达 10μm, 甚至可精确观察骨小梁, 在操作时, 可精确定位所观察区域, 并进行局部自动放大分析, 在扫描同时, 可进行图像重建, 几分钟即可完成本实验采用去势大鼠作为绝经所致骨质疏松的动物模型实验结果显示, 去势后大鼠股骨松质骨骨小梁 BV/TV Tb.N 明显减少,Tb.Sp Tb.Pf 明显增 [13 15] 加, 与文献报道一致, 表明去势后骨质量有明显降低但有研究显示, 大鼠去势后,Tb.N 减少, 由于受力增加, 残余骨小梁发生代偿性肥厚,Tb.Th 较去 [16 17] 势前有明显增加, 与本实验 Tb.Th 明显减少的结果不同有学者发现, 扫描仪器分辨率较低时, 存在部分容积效应, 可致实验值 Tb.Th 与实际值相比有 [18 19] 明显偏高 ; 也有学者发现, 老年人股骨 Tb.Th 随年龄增加而明显降低, 但在受压应力区,Tb.Th 有相 [20] 对升高表现本研究中 Tb.Mean 未有明显变化, 我们考虑可能是由于去势后, 骨小梁骨量和骨小梁体积成等比例丢失和降低, 使 Tb.Mean 未发生明显变化有关 ; 也有文献报道, 去势后大鼠 Tb.Mean 较去势 [14] 前增加, 我们分析造成差异的原因在于扫描时间, 扫描部位或者是扫描仪器分辨率的不同骨质疏松病理特点除外骨量丢失, 也包括骨质量的改变, 骨微体系的研究已经成为骨质量研究的 [3 4,21] 最大组成部分微结构体系参数已作为一些抗 [22 24] 骨质疏松研究疗效评价的直接生物指标 Micro-CT 作为研究小梁骨形态学特征的重要工具, [25] 在对骨微结构特征的研究方面, 已经独立于传统的骨密度的检测, 在骨强度的预测方面发挥着重要作用 Micro-CT 不仅可以对特定骨组织区域内的病 [26] 理刺激和疗效反应提供独特的高分辨率信息, 也可无创性的, 对皮质骨和小梁骨的微创伤进行 3D 检 [12,27] 测, 相比组织学方法, 同时降低了检测时间和工

ovx 组 control 组 P 鼠数 12 12 BV/TV(%) 0.15±0.07 0.54±0.13 0.0038 BS/BV(mm -1 ) 30.43±5.21 18.59±3.26 0.0055 Tb.Th(μm) 0.07±0.01 0.11±0.02 0.0081 Tb.N(mm -1 ) 2.11±0.64 4.84±0.22 0.0039 Tb.Sp(μm) 0.

4 Chinese Journal of Rehabilitation Medicine [28] 作量 Micro-CT 以其无创性连续性全面立体及高效性的特点, 通过对骨质量的检测及骨强度预测, 在骨质疏松病理学诊断方面发挥着越来越重要的作用但是, 由于其检测空间的限制,Micro-CT 目前仅能检测小型动物及小块组织, 在活体检测时, 过多或过频繁的暴露在其 X 线辐射剂量条件下, 可能会导致骨骼系统生长停滞骨量丢失骨骼畸形及血液 [26,29 30] 异常等的不良反应尽管解决这些问题的难度很大, 但是我们相信, 随着医学的发展,Micro-CT 在骨质疏松的早期防治中的优势会越来越突出, 并且发挥出其应有的作用综上所述, 去势后大鼠骨松质骨微结构发生明显变化, 尤其 Tb.N 明显降低及 Tb.Sp 明显增加的结果, 表明在去势后骨质疏松发病过程中, 骨小梁在骨微结构改变过程中发挥着重要作用 ; 同时 Tb.Mean 无明显变化, 提示在去势后骨微结构的破坏是以单个骨小梁的整体丧失为基本单位进行的参考文献 [1] Sekhon K, Kazakia GJ, Burghardt AJ, et al. Accuracy of volumetric bone mineral density measurement in high-resolution peripheral quantitative computed tomography[j]. Bone, 2009, 45 (3): [2] Cheung KM, Kaluarachi K, Andrew G, et al. An externally fixed femoral fracture model for mice[j]. J Orthop Res, 2003, 21(4): [3] Dalzell N, Kaptoge S, Morris N, et al. Bone micro-architecture and determinants of strength in the radius and tibia: age-related changes in a population-based study of normal adults measured with high-resolution pqct[j]. Osteoporos Int, 2009, 20(10): [4] Kazakia GJ, Hyun B, Burghardt AJ, et al. In vivo determination of bone structure in postmenopausal women: a comparison of HR-pQCT and high-field MR imaging[j]. J Bone Miner Res, 2008, 23(4): [5] Bolotin HH, Sievänen H, Grashuis JL, et al. Inaccuracies inherent in patient-specific dual-energy X-ray absorptiometry bone mineral density measurements: comprehensive phantom-based evaluation[j]. J Bone Miner Res, 2001, 16(2): [6] Bolotin HH, Sievänen H. Inaccuracies inherent in dual-energy X-ray absorptiometry in vivo bone mineral density can seriously mislead diagnostic/prognostic interpretations of patient-specific bone fragility[j]. J Bone Miner Res, 2001, 16(5): [7] Lochmüller EM, Matsuura M, Bauer J, et al. Site-specific deterioration of trabecular bone architecture in men and women with advancing age[j]. J Bone Miner Res, 2008, 23(12): [8] Chen H, Zhou X, Shoumura S, et al. Age- and gender-dependent changes in three-dimensional microstructure of cortical and trabecular bone at the human femoral neck[j]. Osteoporos Int, 2010, 21(4): [9] Rico H, Hernández Díaz ER, Seco Duran C, et al. Quantitative peripheral computed tomodensitometric study of cortical and trabecular bone mass in relation with menopause[j]. Maturitas, 1994, 18(3): [10] Entezari V, Vartanians V, Zurakowski D, et al. Further improvements on the factors affecting bone mineral density measured by quantitative micro-computed tomography[j]. Bone, 2011, 25(4):8. [11] Müller R, Van Campenhout H, Van Damme B, et al. Morphometric analysis of human bone biopsies: a quantitative structural comparison of histological sections and micro-computed tomography[j]. Bone, 1998, 23(1): [12] Landrigan MD, Li J, Turnbull TL, et al. Contrast-enhanced micro-computed tomography of fatigue microdamage accumulation in human cortical bone[j]. Bone, 2011, 48(3): [13] Yang J, Pham SM, Crabbe DL. High-resolution Micro-CT evaluation of mid- to long-term effects of estrogen deficiency on rat trabecular bone[j]. Acad Radiol, 2003, 10(10): [14] Erben RG. Trabecular and endocortical bone surfaces in the rat: modeling or remodeling?[j]. Anat Rec, 1996, 246(1): [15] Frost HM. From Wolff's law to the Utah paradigm: insights about bone physiology and its clinical applications[j]. Anat Rec, 2001, 262(4): [16] Frost HM. A 2003 update of bone physiology and Wolff's Law for clinicians[j]. Angle Orthod, 2004, 74(1):3 15. [17] Jiang Y, Zhao J, Liao EY, et al. Application of micro-ct assessment of 3-D bone microstructure in preclinical and clinical studies[j]. J Bone Miner Metab, 2005, 23 Suppl: [18] Majumdar S, Newitt D, Mathur A, et al. Magnetic resonance imaging of trabecular bone structure in the distal radius: relationship with X-ray tomographic microscopy and biomechanics[j]. Osteoporos Int, 1996, 6(5): [19] Kazakia GJ, Hyun B, Burghardt AJ, et al. In vivo determination of bone structure in postmenopausal women: a compari-

是我们相信, 随着医学的发展,Micro-CT 在骨质疏松的早期防治中的优势会越来越突出, 并且发挥出其应有的作用综上所述, 去势后大鼠骨松质骨微结构发生明显变化, 尤其 Tb.N 明显降低及 Tb.

5 son of HR-pQCT and high-field MR imaging[j]. J Bone Miner Res, 2008, 23(4): [20] Cui WQ, Won YY, Baek MH, et al. Age- and region-dependent changes in three-dimensional microstructural properties of proximal femoral trabeculae[j]. Osteoporos Int, 2008, 19(11): [21] Chappard C,Marchadier A,Benhamou CL, et al. Side-to-side and within-side variability of 3D bone microarchitecture by conventional micro-computed tomography of paired iliac crest biopsies[j]. Bone, 2008, 43(1): [22] Seeman E, Delmas PD, Hanley DA, et al. Microarchitectural deterioration of cortical and trabecular bone: differing effects of denosumab and alendronate[j]. J Bone Miner Res, 2010, 25(8): [23] Burghardt AJ, Kazakia GJ, Sode M, et al. A longitudinal HR-pQCT study of alendronate treatment in postmenopausal women with low bone density: Relations among density, cortical and trabecular microarchitecture, biomechanics, and bone turnover[j]. J Bone Miner Res, 2010, 25(12): [24] Rizzoli R, Laroche M, Krieg MA, et al. Strontium ranelate and alendronate have differing effects on distal tibia bone microstructure in women with osteoporosis[j]. Rheumatol Int, 2010, 30(10): [25] Burghardt AJ, Kazakia GJ, Laib A, et al. Quantitative assessment of bone tissue mineralization with polychromatic micro-computed tomography[j]. Calcif Tissue Int, 2008, 83(2): [26] Laperre K, Depypere M, van Gastel N, et al. Development of micro-ct protocols for in vivo follow-up of mouse bone architecture without major radiation side effects[j]. Bone, 2011, 49(4): [27] Leng H, Wang X, Ross RD, et al. Micro-computed tomography of fatigue microdamage in cortical bone using a barium sulfate contrast agent[j]. J Mech Behav Biomed Mater, 2008, 1(1): [28] Turnbull TL, Gargac JA, Niebur GL, et al. Detection of fatigue microdamage in whole rat femora using contrast-enhanced micro-computed tomography[j]. J Biomech, 2011, 44 (13): [29] Williams HJ, Davies AM. The effect of X-rays on bone: a pictorial review[j]. Eur Radiol, 2006, 16(3): [30] Mitchell MJ, Logan PM. Radiation-induced changes in bone [J]. Radiographics, 1998, 18(5):

[21] Chappard C,Marchadier A,Benhamou CL, et al. Side-to-side and within-side variability of 3D bone microarchitecture by conventional micro-computed tomography of paired iliac crest biopsies[j].

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864 现代药物与临床 Drugs & Clinic 第 31 卷第 6 期 2016 年 6 月 of apoptosis related factors, decrease the incidence of adverse reactions, which is of great 现代药物与临床 Drugs & Clinic 第 31 卷第 6 期 2016 年 6 月 863 曲妥珠单抗联合多西紫杉醇治疗 Her-2 阳性乳腺癌的临床研究 * 周永安, 刘训碧黄石市中心医院 ( 普爱院区 ) 乳腺肿瘤外科, 湖北黄石 435000 摘要 : 目的探析注射用曲