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葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松的防治作用
目的 探讨葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松模型的防治作用.方法 将30只2月龄Wistar雌性大鼠采用数字表法随机分为3组:对照组(Control组,n=10)、 尾吊组(HLS组,n=10)、 尾吊+葛根素组(HLS+Pur组,n=10).HLS+Pur组给予15.4 mg/(kg·d)葛根素配制成的混悬液灌胃,Control组和HLS组灌同等体积的蒸馏水,每周测1次体质量,根据体质量调整灌胃剂量.4周后腹主动脉采血处死,检测大鼠离体左侧股骨骨密度(bone mineral density,BMD)和椎骨BMD、 骨生物力学和骨形态计量学参数、 血清骨代谢生化指标改变.结果 与Control组相比,HLS组股骨(0.110±0.002)、 椎骨离体BMD(0.124±0.004),骨生物力学参数均下降,差异有统计学意义(P<0.01),骨形态计量学参数中,标记后荧光间距明显较小(32.790±6.698),VG(Van.Gieson法)色示骨小梁数目减少(2.873±0.353)、 骨小梁厚度变薄(70.604±4.012)、 骨小梁分离度变大(433.493±26.047),差异均有统计学意义(P<0.01).此外,血清骨形成指标1型前胶原氨基末端肽(procollagen 1 N-terminal peptide,P1NP)含量降低(166.259±66.065)(P<0.05),骨吸收指标1型胶原C端肽(collagn 1 C-terminal peptide,CTX-1)含量增加(61.805±19.930)(P<0.01);与HLS组相比,HLS+Pur组股骨BMD(0.117±0.004)、 椎骨BMD(0.131±0.003)、 骨生物力学、 骨形态计量学均有不同程度改善(P<0.01).结论 葛根素对尾吊大鼠发生废用性骨质疏松具有良好的防治作用,可为开发葛根类抗废用性骨质疏松药物奠定基础.
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间断性水平位站立对尾吊大鼠胫骨骨小梁结构影响的micro-CT评价
目的 应用micro-CT研究尾吊大鼠胫骨骨小梁微结构的变化,以此评价间断性水平位站立对抗模拟失重导致的骨微结构退化的效果.方法 24只SD雄性大鼠随机等分为3组:对照组(CON组)、尾吊组(SUS组)、水平位站立对抗组(ST组).尾吊组大鼠始终保持约30°头低位及后肢自由悬垂不负重状态,水平位站立对抗组在尾吊处理的基础上,大鼠每天固定时间水平站立1 h.实验3周后处死各组大鼠,取其右侧胫骨行micro CT扫描及三维重建,对其骨微结构进行定量分析.结果 选定感兴趣区(ROI)行定量分析及三维可视化后,与CON组相比,SUS组胫骨骨体积分数(BVF)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)均显著降低,而骨表面积/体积(BS/BV)、骨小梁间隙(Tb.Sp)及骨小梁模式因子(Trabecular Pattern Factor,TPF)均显著升高;ST组的变化介于SUS组和CON组之间;三维可视化图像结果与物理参数结果趋势一致.应用One-Way ANOVA分析及多重比较LSD-t检验,三组各参数之间统计学差异显著(P＜0.05).结论 间断性水平位站立可明显减弱尾吊大鼠胫骨的微结构退化和骨质丢失,而micro CT可以有效地辨别胫骨松质骨微结构的精细变化.
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不同类型低频电磁场抵抗失重引起的骨流失
目的 研究和比较50 Hz0.6 mT低频脉冲电磁场(PEMFs)和50 Hz 1.8 mT正弦交变电磁场(SEMFs)防止尾吊大鼠骨量下降的效果,为失重引起的骨流失防治提供理论参考和科学依据.方法 采用尾吊模型大鼠在地面模拟微重力,将40只SD大鼠随机分为对照组、后肢悬吊(HLS)组、HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组4组,每组10只.HLS+PEMFs组和HLS+ SEMFs组分别采用50 Hz 0.6mT的PEMFs和50 Hz 1.8 mT的SEMFs两种电磁场进行治疗,每天干预90 min,4周后处死大鼠.采用双能X射线吸收测定法检测大鼠股骨和椎骨骨密度(BMD),AG-IS型生物力学仪检测生物力学强度,ELISA法检测血清骨钙素(OC)、抗酒石酸酸性磷酸酶5b (Tracp 5b)浓度、甲状旁腺激素(PTH)和环磷酸腺苷(cAMP)的含量,Micro-CT和HE染色观察骨组织微结构.结果 HLS组股骨(P =0.000)和椎骨(P=0.001)的BMD显著低于对照组;HLS+ PEMFs组股骨(P=0.001)和椎骨(P=0.039)的BMD显著高于HLS组;HLS+ SEMFs组股骨的BMD明显高于HLS组(P=0.003),但椎骨的BMD与HLS组差异无统计学意义(P=0.130);HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组股骨(P=0.818)和椎骨(P =0.614)的BMD差异均无统计学意义.HLS组股骨和椎骨的大载荷(P=0.000,P=0.009)和弹性模量(P=0.015,P=0.009)显著低于对照组;HLS+ PEMFs组股骨(P=0.038)和椎骨(P=0.087)的大载荷显著高于HLS组,但弹性模量与HLS组相比差异无统计学意义(P=0.324,P=0.091);HLS+ SEMFs组股骨和椎骨的大值载荷(P=0.190,P=0.222)和弹性模量(P=0.512,P=0.437)与HLS组相比差异均无统计学意义.HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组股骨(P=0.585,P=0.948)和椎骨(P=0.668,P=0.349)的大载荷和弹性模量差异均无统计学意义.HLS组的血清OC水平显著低于对照组(P =0.000),HLS+ PEMFs组(P=0.000)和HLS+SEMFs组(P =0.006)的OC水平显著高于HLS组.HLS组的血清Tracp 5b浓度显著高于对照组(P=0.011),HLS+PEMFs组(P =0.459)和HLS+ SEMFs组(P=0.469)与对照组相比差异无统计学意义;HLS+ PEMFs组(P =0.056)和HLS+ SEMFs组(P =0.054)的血清Tracp 5b浓度与HLS组相比差异无统计学意义.HLS组的PTH (P =0.000)和cAMP浓度(P =0.000)显著低于对照组;HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组的PTH (P =0.000,P=0.000)和cAMP浓度(P=0.000,P=0.000)显著高于HLS组.HLS组股骨松质骨与对照组相比非常稀疏,且体积较小.而对照组、HLS+PEMFs组和HLS+ SEMFs组的松质骨密度和体积很接近.与对照组相比,HLS组大鼠的BMD (P =0.000)、骨体积(BV)/组织体积(TV)(P=0.000)、骨小梁数量(Tb.N)(P =0.000)和骨小梁厚度(Tb.Th) (P =0.000)低,骨小梁离散程度(Tb.Sp) (P =0.000)和骨表面积(BS) /BV (P=0.000)大;与HLS组相比,HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组的Tb.Sp (P =0.000,P=0.000)和BS/BV (P=0.000,P=0.000)显著降低,BMD (P =0.000,P=0.000)、BV/TV(P=0.001,P=0.004)、Tb.Th (P =0.000,P=0.001)和Tb.N (P =0.000,P=0.001)显著升高.HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组的骨小梁厚度差异有统计学意义(P=0.024).HLS组(P=0.000)、HLS+ PEMFs组(P=0.000)和HLS+SEMFs组(P=0.000)骨小梁表面成骨细胞密度明显低于对照组,HLS+ PEMFs组(P=0.000)和HLS+ SEMFs组(P=0.000)明显高于HLS组.HLS组骨内膜成骨细胞密度显著低于对照组(P=0.000),HLS+ PEMFs组(P=0.000)和HLS+ SEMFs组(P=0.000)显著高于HLS组,HLS+ PEMFs组又显著高于HLS+ SEMFs组(P=0.041).HLS组相比对照组骨髓腔中产生大量脂肪空洞,但治疗组中脂肪球明显减少,几乎与对照组没有差别.HLS组每mm2骨髓中的脂肪细胞数目是对照组的4倍(P=0.000),HLS+ PEMFs组(P=0.000)和HLS+ SEMFs组(P=0.000)显著低于HLS组,HLS+ PEMFs组和HLS+ SEMFs组间差异无统计学意义(P =0.086).结论 50 Hz0.6 mT的PEMFs和50 Hz 1.8 mT的SEMFs治疗可以有效提高尾吊大鼠的BMD和生物力学值,促进大鼠血液中骨形成标记物的浓度,可能通过影响PTH含量激活cAMP通路,进一步提高成骨细胞含量,防止骨微结构的恶化,是良好的电磁场治疗方法.其中PEMFs治疗更显著,可防止约50％的BMD和大载荷值的降低,通过促进骨形成更好地提高尾吊大鼠骨量.
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间断性人工重力作用对模拟失重大鼠股骨的防护效应
目的:比较三种间断性人工重力对抗措施对模拟失重大鼠的影响.方法:SD雄性大鼠30只,按体重配对后随机等分为5组:对照组(C),悬吊组(S),站立组(G1),1.5 G(G2)和 2.6 G人工重力组(G3).对抗组大鼠每日分别给予1 h的站立、1.5和 2.6 G人工重力作用.利用物理测量和三点弯曲等实验,观察了3 周间断性人工重力对大鼠股骨生长、生物力学特性的影响.结果:与S组大鼠比较:G1组弹性载荷、大载荷和刚性系数显著恢复(P＜0.05);G2组直径(P＜0.01)和干重、密度(P＜0.05),弹性载荷和大载荷显著提高(P<0.05);G3组弹性载荷和大载荷显著恢复(P＜0.01).结论:三种对抗措施均显著改善了尾吊大鼠承重骨的生长力学特性,而1.5 G的1 h/d人工重力作用是较理想的对抗方法.
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基于大鼠尾部悬吊实验的三维有限元模型建立与分析
针对微重力环境模拟中广泛采用的大鼠尾部悬吊实验,采用三维有限元方法,研究尾部关节在有限元建模中的必要性.应用CT扫描与计算机软件手段,采用Abaqus有限元软件建立模拟失重的大鼠尾部悬吊三维有限元模型,并在此三维有限元模型基础上计算了尾部悬吊大鼠尾部、腰椎、骨盆、股骨等部位在考虑关节软骨与未考虑关节软骨两种情况下的应力分布和位移变化情况.结果显示,考虑软骨与不考虑软骨的两种情况下,尾部悬吊大鼠各部位应力与位移分布数值差异较大,这将影响到模型的计算准确性.故在建立尾部悬吊大鼠三维有限元模型时,关节软骨的考虑是很有必要的.同时,盆骨应力分布的不对称性,提示尾吊大鼠的左右平衡水平会对大鼠应力分布造成影响.
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间断性头高位45°对抗措施对模拟失重大鼠股骨生物力学特性的影响
目的研究间断性45°头高位对抗措施(intermittent +45° head-up-tilt, IHUT)对尾吊大鼠承重骨的影响. 方法 SD雄性大鼠20只,按体质量配对后随机分为:对照组(C,7只),悬吊组(S,6只),头高位组(H,7只). 在尾吊大鼠模型模拟失重的基础上,H组大鼠每日给予6 h IHUT. 利用物理测量和三点弯曲等实验,观察了4 wk IHUT对尾吊大鼠股骨生长、生物力学特性的影响. 结果 S,H组大鼠股骨质量、灰分、直径和密度均较C组大鼠显著下降(P<0.01或P<0.05);与 S组比较, H组大鼠的直径(P<0.05)和密度(P<0.01)显著改善,质量和灰分有增加趋势. 与C组相比,S组大鼠股骨的强度和刚度显著降低(P<0.01);H组大载荷和刚性系数显著降低(P<0.05),韧性系数显著升高(P<0.01). 与S组大鼠相比,H组大鼠弹性载荷显著提高(P<0.05),大载荷、刚性系数和挠度载荷比值有提高趋势. 结论 IHUT对尾吊大鼠的承重骨的生长及力学特性有一定改善作用.
