维生素K和钙对去卵巢大鼠骨质疏松的影响
作者：赵新华 赵熙和 崔伟 任典旭
单位：赵新华(北京积水潭医院创伤骨科研究所，北京 100035)；赵熙和(中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所，北京 100050)；崔伟(北京航空与航天医学研究所)；任典旭(中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所，北京 100050)
关键词：维生素K；卵巢切除；骨质疏松；骨计量学；骨生物力学
卫生研究990612 摘要 切除雌鼠双侧卵巢以造成骨快速丢失作为模拟女性绝经后骨质疏松症的动物模型，从骨计量学、骨生物力学等方面综合观察单纯补充维生素K(90mg/kg)、钙(5g/kg)及两者联合作用6个月对骨丢失的影响。结果发现：与正常对照组(A)大鼠相比，模型对照组(B)大鼠骨量显著减少，骨脆性增加。与模型对照组相比，单纯补充维生素K组(D) 股骨中点骨密度值显著提高，股骨干骺端及腰椎骨密度、股骨近侧端矿物质含量都有增高趋势，表明补充维生素K可在一定程度上减少骨丢失；同时补充维生素K及钙组(E)股骨的最大挠度与最大应变值，与模型对照组相比也有增高趋势，表明补充维生素K可提高骨的柔韧性，改善股骨的力学性能。综合骨计量学与骨力学观察结果，发现各种实验措施对密质骨的效果皆优于松质骨，并且维生素K与钙的联合作用效果优于单纯补充维生素K或钙。本实验结果提示：绝经后妇女，作为骨质疏松危险人群，增加膳食维生素K与钙的摄入是有帮助的。
, 百拇医药
分类号 R591.1 R591.49 R68 Q568
Preventive effect of vitamin K1 and calcium on osteoporosis in ovariectomized rat
Zhao Xinhua, Zhao Xihe, Cui Wei, Ren Dianxu
(Institute of Nutrition and Food Hygiene, Chinese Acadmey of Preventiv e Medicine, Beijing 100050, China)
Ovariectomized female Wistar rats[(170±15)g]were treated with vitamin K1 or /and calcium for 6 months,in order to study the effect of vitamin K or/and calcium supplementation on the prevention of osteoporosis.Vitamin K1(90mg/kg)or/and calcium(5g/kg)were added to a semisynthetic basal diet (VK 50μg/kg,Ca5g/kg).The findings of the study were as follows:Vitamin K1 treatment led to a significant increase of bone mineral density of the femoral diaphysis and lumbar spine,and bone ash content of the proximal one third of the femur shaft.The results suggest ted that vitamin K1 could,to some extent,prevent the fast bone loss and the femoral frag ility induced by ovariectomy.Regarding the parameters of bone metrology and biomechanics,the effect of vitamin K1 combined with calcium on the prevention of osteoporosis is better than that of vitamin K1 or calcium alone,and the treatments with VK and Ca had beter effects on femur than lumba r spine.The present study indicates that for postmenopausal women,as a risk popul ation of osteoporosis,to increase their dietary intake of vitamin K and calciu m maight be helpful.
, 百拇医药
Key words:vitamin K, ovariectomy, osteoporosis, bone metrology, bone biomechanics
骨质疏松症(OP)是一种常见的老年退行性疾病。主要特征是单位体积骨量减少，骨组织微细结构改变，骨折危险性增加。动物研究发现给大鼠大剂量的维生素K可减慢其由于卵巢切除或暴露于皮质醇激素造成的快速骨丢失，改善骨力学性能[1～3]。人体干预实验发现给原发性骨质疏松患者每日补45mg维生素K可使掌骨骨密度增加1.28%[4]。
本实验通过切除雌鼠双侧卵巢造成快速骨丢失，作为模拟女性绝经后骨质疏松的动物模型，同时添加不同水平的维生素K和钙，从骨计量学、骨生物力学等方面综合观察并比较两者单独作用及联合应用对去卵巢大鼠骨质疏松的预防效果。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 动物模型及分组
选用雌性Wistar大鼠60只，体重(170±15)g，由中国预防医学科学院动物所提供。按体重随机分为5组，每组12只，除假手术组外，其它组均切除双侧卵巢。分组情况：假手术组(A)、模型对照组(B)、单纯补钙组(C)、单纯补VK组(D)及VK与钙联合补充组(E)。
1.2 饲料配制(见表1、2)
表1 基础饲料配方 成分
每百克含量(g)
成分
每百克含量(g)
酪蛋白
11
, 百拇医药
纤维素
3.0
富强粉
55
DL-蛋氨酸
0.2
玉米粉
15
混合维生素[5]
1.0(不含维生素K)
淀粉
6
混合无机盐[5]
, 百拇医药
1.75(不含钙)
花生油
5
氯化胆碱
0.10
Ca(H2PO4)2.2H2O
2.04
表2 各组饲料VK和钙含量 组别
C(VK)/mg.kg-1
C(Ca)/g.kg -1
, 百拇医药
A(假手术组)
0.05
4.95
B(模型对照组)
0.05
4.95
C(单纯补钙组)
0.05
9.57
D(单纯补VK组)
90.05
4.95
E(补充钙及VK组)
, 百拇医药
90.05
9.57
1.3 动物喂养及样品处理
单笼饲养，饮用去离子水，动物房温度保持在20～25℃，湿度50%左右，记录进食量，每周称体重1次，实验期6个月。实验结束前夜禁食，次日晨在乙醚麻醉下由腹主动脉取血，剥离出左侧胫骨、双侧股骨和第3腰椎。
左侧股骨测定指标流程：湿重→骨密度→干重→骨灰份测定
右侧股骨测定指标流程：三点弯曲实验
第3腰椎测定指标流程：湿重→骨密度→压缩实验→干重
1.4 测定指标及方法
1.4.1 骨干重 105℃烤干至恒重后称重。骨相对干重：骨干重/体重；骨比重(表观骨密度)：骨湿重/骨体积(g/cm3)。
, 百拇医药
1.4.2 骨密度(BMD)测定 单光子骨密度法，SD-1000型单光子骨矿物测定仪，放射源为镅Am241，由核工业部北京地质研究所生产，误差≤3%。
股骨骨密度：中点、近侧1/5点、远侧1/5点扫描(g/cm2)。
腰椎骨密度：剥离大鼠第3腰椎(L3)，去除周围的棘突和关节突起，制备成具有两个平行面的圆柱体，从中点扫描。
1.4.3 骨灰份测定 左侧股骨去除两端干
端(以便去除松质骨)，用牙科锯将股骨干3等分，105℃烤干至恒重后，600℃灰化24小时，称重并计算矿物质含量(%干重)。
1.4.4 股骨生物力学性能测定 三点弯曲实验。实验仪器为日本岛津DSS-25T电子万能材料实验机。测试条件及方法：将骨标本置于该实验机上，记录载荷变形曲线。加载速度：6mm/min。跨距：22.3mm。股骨测量前用浸透生理盐水的湿纱布包裹，实验结束后，测量断面几何参数计算骨截面惯性矩，进而结合骨结构力学参数计算骨材料力学参数[6]。各参数计算如下：
, 百拇医药
结构力学性能参数由载荷变形曲线直接获得：
最大载荷(N)：骨断裂前所承受的最大力；最大挠度(mm)：骨断裂前所发生的最大变形长度；变形位能(N.mm)：弹性区的面积。
材料力学性能参数由应力-应变曲线获得：
最大应力(MPa)：股骨断裂前单位骨面积所承受的载荷；最大应变：股骨断裂前单位骨长度发生的变形，即骨内在硬度。
1.4.5 腰椎生物力学性能测定 L3压缩实验：采用日本岛津AG500 A电子万能材料实验机。剥离L3，去除周围的棘突和关节突起，制备成具有两个平行面的圆柱体，仪器测量前用浸透生理盐水的湿纱布包裹，于-30℃冷藏保存。测试时将标本垂直置于试验机上，记录载荷变形曲线。加载速度10mm/min。各参数计算如下：
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最大载荷(N)：同上；杨氏模量(Gpa):弹性范围内曲线斜率，表示骨内在硬度；断裂载荷(N)：骨断裂前所承受的最大力。
1.5 数据处理
用Stata统计软件进行方差分析，相关性分析。
2 实验结果
2.1 股骨与腰椎骨重量及骨比重
模型对照组与假手术组相比，股骨相对干重(骨干重/体重)及骨比重(骨湿重/骨体积)、腰 椎相对干重及骨比重均显著降低，补VK组大鼠股骨骨比重显著高于模型对照组。补VK+Ca组大鼠股骨骨比重及腰椎相对干重显著高于模型对照组(见表3)。
表3 股骨和腰椎相对干重及骨比重(
±s)(1) 组别
, 百拇医药
股 骨
腰 椎
相对干重(%)
骨比重(g/cm3)
相对干重(%)
比重(g/cm3)
A
0.183±0.01a
1.60±0.02a
0.420±0.003a
1.66±0.08a
, 百拇医药
B
0.152±0.02b
1.54±0.04b
0.305±0.05b
1.49±0.05b
C
0.153±0.01b
1.55±0.04bc
0.320±0.02bc
1.50±0.04b
, 百拇医药
D
0.151±0.01b
1.58±0.03ac
0.312±0.03b
1.47±0.03b
E
0.163±0.02b
1.60±0.04a
0.359±0.06c
1.51±0.06b
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注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.2 骨密度与骨矿物质含量
模型对照组股骨中点、干端及腰椎骨密度皆显著低于假手术组。与模型对照组相比，单纯补充VK或Ca能显著提高股骨中点骨密度，两者联合作用能显著提高各测量点的骨密度。矿物质相对含量股骨近1/3段模型对照组显著低于假手术组(P<0.05)。
表4 骨密度与矿物质含量(±s) 组别
骨密度(g/cm2)
矿物质含量
, 百拇医药
(股骨 近1/3)
(骨干重的%)
股骨中点
股骨干端
腰椎
A
0.260±0.006a
0.293±0.014a
0.270±0.010a
69.5±1.3a
, 百拇医药
B
0.251±0.009b
0.265±0.008b
0.247±0.009b
66.7±2.0b
C
0.263±0.007a
0.271±0.011bc
0.258±0.104ab
67.6±1.5ab
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D
0.259±0.005a
0.268±0.013bc
0.251±0.009b
6 7.5±1.8ab
E
0.264±0.010a
0.279±0.011c
0.264±0.011a
68.0±1.6ab
, 百拇医药
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.3 股骨生物力学性能
股骨三点弯曲实验：最大载荷、最大应力各组间无显著性差异。模型对照组最大挠度、最大应变及变形位能显著低于假手术组，补VK、补Ca及补VK+Ca组股骨最大挠度、最大应变有增高趋势(见表5)。
表5 股骨三点弯曲实验(±s)(1) 组别
结 构 力 学
材料力学
最大载荷
(N)
, 百拇医药
最大桡度
(mm)
变形位能
(N.mm)
最大应力
(MPa)
最大应变
(%)
A
89.4±3.0
0.65±0.11a
17.0±4.7a
, 百拇医药
251.5±30.8
2.13±0 .39a
B
89.1±9.7
0.54±0.07b
11.8±1.7b
239.7±18.8
1.72±0.25b
C
94.8±7.9
0.61±0.05ab
, http://www.100md.com
14.5±7.5ab
229.7±31.3
2.06±0.21ab
D
89.6±8.5
0.61±0.08ab
13.0±3.1b
253.8±42.8
2.00±0.33ab
E
92.6±6.4
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0.57±0.07ab
13.5±2.0ab
240.7±38.2
1.82±0.22ab
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.4 腰椎压缩实验
假手术组最大应力，杨氏模量，断裂能量皆显著高于各实验组，其中各实验组间，补VK+Ca组杨氏模量值显著高于模型对照组与单纯补VK组(P<0.05)(见表6)。
表6 腰椎压缩实验结果(±s)(1) 组别
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最大应力
(MPa)
杨氏模量
(Gpa)
断裂能量
(N.mm)
A
21.6±1.9a
24.5±3.2a
43.7±12.3a
B
17.6±4.0b
, 百拇医药
14.3±4.0b
34.9±8.7b
C
17.1±1.6b
16.9±3.6ac
35.3±8.2b
D
15.9±2.7b
14.7±2.5b
35.1±7.3b
, 百拇医药
E
17.9±1.6b
19.3±2.6c
36.6±7.6b
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
3 讨论
骨质疏松症的主要特征之一是单位体积骨量减少。本实验观察到模型对照组大鼠股骨与腰椎相对干重、骨比重、骨密度、骨矿物质含量等皆显著低于假手术组，说明去卵巢骨质疏松模型复制成功。
单纯补钙组，与模型对照组相比，骨重、骨密度、骨矿物质含量均有增加趋势，其中股骨中点(密质骨)骨密度显著增高，但股骨干端(松质骨含量较多)骨密度仍显著低于假手术组，腰椎(松质骨)骨密度也较假手术组下降4.5%，说明补钙在一定程度上可减少大鼠由于卵巢切除造成的快速骨丢失，对密质骨的效果优于松质骨。在人体绝经后妇女进行的钙干预实验也有类似报道[7，8]。
, 百拇医药
单纯补充维生素K组，股骨中点骨密度显著增高，股骨干端和腰椎骨密度虽略有升 高，但仍显著低于A组，说明维生素K同样对密质骨的效果优于松质骨。Orimo对骨质疏松患者进行维生素K干预实验，同样发现掌骨(密质骨)骨密度显著增高而腰椎骨密度几乎没有改变[4]。
维生素K与钙联合作用组，骨计量学各项指标优于其它实验组，并且股骨干骺端骨密度，显 著高于单纯补钙或单纯补维生素K组，腰椎骨密度也显著高于单纯补维生素K组，说明维生素 K与钙联合作用优于两者的单一效果。我国陶天遵报道维生素K与雌激素联合作用优于单一用药[3]。
骨质疏松患者在骨量减少的同时，骨力学性能发生改变，骨柔韧性降低，脆性增加，从而骨折发生率较正常人增高。在骨力学实验中，最大挠度与最大应变系指骨断裂前发生的最大变形。分别反映整个骨结构与骨材料的弹性性能。本实验在股骨三点弯曲实验观察到B组大鼠最大载荷与最大应力虽无显著性变化，但最大挠度与最大应变显著下降，说明整个股骨结构与骨材料的可塑性降低，骨脆性增加是骨老化的表现。变形位能系指骨在发生变形之前所吸收的能量，B组大鼠变形位能显著降低，同样说明骨柔韧性下降。
, http://www.100md.com
单纯补钙、单纯补充维生素K或两者联合作用，与B组相比，效果类似，皆能增加股骨的最大挠度与最大应变值，从而改善股骨的力学性能，使股骨的抗变形能力与柔韧性增加，降低骨折危险性。
上述股骨三点弯曲实验主要是反映股骨干即密质骨的力学性能，腰椎压缩实验反映松质骨的力学性能。本实验发现，各实验组腰椎单位面积的最大载荷(最大应力)及断裂前吸收的能量值(断裂能量)与A组相比，均下降20%左右(P<0.05)，说明骨强度显著下降。杨氏模量系指骨材料的硬度，与骨矿物质含量及矿物质质量有关。各实验组杨氏模量皆显著低于A组，下降幅度20%～50%，远远大于骨密度的差别(10%)。说明实验各组矿物质含量下降的同时 ，骨的微细结构也遭到破坏，两者共同引起骨力学性能的显著下降。维生素K与钙联合作用，杨氏模量显著高于B组与单纯补充维生素K组，与骨密度结果趋势一致。
关于VK对骨力学性能的影响，目前仅发现3项实验报道，结果尚不一致。2项表明维生素K对股骨力学无显著影响[2，9]。1项发现VK可提高股骨的最大载荷[1]。这些结果的不一致与实验选用大鼠的种类、年龄、实验期、剂量范围不同皆有关。维生素K对腰椎力学性能的影响尚有待进一步研究。
, http://www.100md.com
对骨计量学与骨生物力学各项指标的测定结果的综合评价，表明维生素K和钙对骨质疏松均有一定的防治作用，并且联合作用效果优于两者的单一效果。维生素K1富含于绿叶蔬菜中，同时绿叶蔬菜钙含量也很高，因此多摄入绿叶蔬菜有可能促进骨健康，尤其是绝经后妇女 ，作为骨质疏松的危险人群，更应该注意维生素K与钙的摄入与补充。
赵新华，女，硕士
4 参考文献
1，Akiyama J,Hara K,Ohkawa I,et al.Effects of menatrenone on bone loss induced by ovariectomy in rats.Jpn J Pharma,1993,62:145-163
2，Hara K,Akiyama Y,Ohkawa I,et al.Effects of menatrenone on prednisolone induced bone loss in rats.Bone,1993,14:813-818
, http://www.100md.com
3，陶天遵，陶树青.维生素K3对去卵巢大鼠骨质疏松预防作用的实验研究.中国骨质疏松杂志，1996，2：27-29
4，Orimo H,Shiraki M,Fujita T,et al.Clinical evaluation of menatrenone in the treatment of involutional osteroporosis-a double blind multicenter comparative study with 1α-hydroxy VD3. J Bone Miner Res,1992,7(suppl):S122
5，Report of the American Institute of Nutrition Ad Hoc COmmittee on standards for nutritional studies.J Nutr,1977,107:1340-1348
, 百拇医药
6，Ferretfi J C,Capozza R F,et al.Interrelationships between densitometric,geometric and mechnical properties of bone modeling.J Bone Miner Res, 1993,8:1389-139 6
7，刘忠厚主编.骨质疏松研究与防治.北京：化学工业出版社，1994：154-1 57
8，Rober GC.Calcium intake and bone mass:A quantitative review of the evidence.Calcif Tissue Int,1990,47:194-201
9，Yahia LH.Cherrefills C,et al.Preliminary study of different dietary vitamin K intake effect on rat bone properties.Cal Tissue Int,1996,59:352(M860)
(1999-05-14收稿), 百拇医药
单位：赵新华(北京积水潭医院创伤骨科研究所，北京 100035)；赵熙和(中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所，北京 100050)；崔伟(北京航空与航天医学研究所)；任典旭(中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所，北京 100050)
关键词：维生素K；卵巢切除；骨质疏松；骨计量学；骨生物力学
卫生研究990612 摘要 切除雌鼠双侧卵巢以造成骨快速丢失作为模拟女性绝经后骨质疏松症的动物模型，从骨计量学、骨生物力学等方面综合观察单纯补充维生素K(90mg/kg)、钙(5g/kg)及两者联合作用6个月对骨丢失的影响。结果发现：与正常对照组(A)大鼠相比，模型对照组(B)大鼠骨量显著减少，骨脆性增加。与模型对照组相比，单纯补充维生素K组(D) 股骨中点骨密度值显著提高，股骨干骺端及腰椎骨密度、股骨近侧端矿物质含量都有增高趋势，表明补充维生素K可在一定程度上减少骨丢失；同时补充维生素K及钙组(E)股骨的最大挠度与最大应变值，与模型对照组相比也有增高趋势，表明补充维生素K可提高骨的柔韧性，改善股骨的力学性能。综合骨计量学与骨力学观察结果，发现各种实验措施对密质骨的效果皆优于松质骨，并且维生素K与钙的联合作用效果优于单纯补充维生素K或钙。本实验结果提示：绝经后妇女，作为骨质疏松危险人群，增加膳食维生素K与钙的摄入是有帮助的。
, 百拇医药
分类号 R591.1 R591.49 R68 Q568
Preventive effect of vitamin K1 and calcium on osteoporosis in ovariectomized rat
Zhao Xinhua, Zhao Xihe, Cui Wei, Ren Dianxu
(Institute of Nutrition and Food Hygiene, Chinese Acadmey of Preventiv e Medicine, Beijing 100050, China)
Ovariectomized female Wistar rats[(170±15)g]were treated with vitamin K1 or /and calcium for 6 months,in order to study the effect of vitamin K or/and calcium supplementation on the prevention of osteoporosis.Vitamin K1(90mg/kg)or/and calcium(5g/kg)were added to a semisynthetic basal diet (VK 50μg/kg,Ca5g/kg).The findings of the study were as follows:Vitamin K1 treatment led to a significant increase of bone mineral density of the femoral diaphysis and lumbar spine,and bone ash content of the proximal one third of the femur shaft.The results suggest ted that vitamin K1 could,to some extent,prevent the fast bone loss and the femoral frag ility induced by ovariectomy.Regarding the parameters of bone metrology and biomechanics,the effect of vitamin K1 combined with calcium on the prevention of osteoporosis is better than that of vitamin K1 or calcium alone,and the treatments with VK and Ca had beter effects on femur than lumba r spine.The present study indicates that for postmenopausal women,as a risk popul ation of osteoporosis,to increase their dietary intake of vitamin K and calciu m maight be helpful.
, 百拇医药
Key words:vitamin K, ovariectomy, osteoporosis, bone metrology, bone biomechanics
骨质疏松症(OP)是一种常见的老年退行性疾病。主要特征是单位体积骨量减少，骨组织微细结构改变，骨折危险性增加。动物研究发现给大鼠大剂量的维生素K可减慢其由于卵巢切除或暴露于皮质醇激素造成的快速骨丢失，改善骨力学性能[1～3]。人体干预实验发现给原发性骨质疏松患者每日补45mg维生素K可使掌骨骨密度增加1.28%[4]。
本实验通过切除雌鼠双侧卵巢造成快速骨丢失，作为模拟女性绝经后骨质疏松的动物模型，同时添加不同水平的维生素K和钙，从骨计量学、骨生物力学等方面综合观察并比较两者单独作用及联合应用对去卵巢大鼠骨质疏松的预防效果。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 动物模型及分组
选用雌性Wistar大鼠60只，体重(170±15)g，由中国预防医学科学院动物所提供。按体重随机分为5组，每组12只，除假手术组外，其它组均切除双侧卵巢。分组情况：假手术组(A)、模型对照组(B)、单纯补钙组(C)、单纯补VK组(D)及VK与钙联合补充组(E)。
1.2 饲料配制(见表1、2)
表1 基础饲料配方 成分
每百克含量(g)
成分
每百克含量(g)
酪蛋白
11
, 百拇医药
纤维素
3.0
富强粉
55
DL-蛋氨酸
0.2
玉米粉
15
混合维生素[5]
1.0(不含维生素K)
淀粉
6
混合无机盐[5]
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1.75(不含钙)
花生油
5
氯化胆碱
0.10
Ca(H2PO4)2.2H2O
2.04
表2 各组饲料VK和钙含量 组别
C(VK)/mg.kg-1
C(Ca)/g.kg -1
, 百拇医药
A(假手术组)
0.05
4.95
B(模型对照组)
0.05
4.95
C(单纯补钙组)
0.05
9.57
D(单纯补VK组)
90.05
4.95
E(补充钙及VK组)
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90.05
9.57
1.3 动物喂养及样品处理
单笼饲养，饮用去离子水，动物房温度保持在20～25℃，湿度50%左右，记录进食量，每周称体重1次，实验期6个月。实验结束前夜禁食，次日晨在乙醚麻醉下由腹主动脉取血，剥离出左侧胫骨、双侧股骨和第3腰椎。
左侧股骨测定指标流程：湿重→骨密度→干重→骨灰份测定
右侧股骨测定指标流程：三点弯曲实验
第3腰椎测定指标流程：湿重→骨密度→压缩实验→干重
1.4 测定指标及方法
1.4.1 骨干重 105℃烤干至恒重后称重。骨相对干重：骨干重/体重；骨比重(表观骨密度)：骨湿重/骨体积(g/cm3)。
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1.4.2 骨密度(BMD)测定 单光子骨密度法，SD-1000型单光子骨矿物测定仪，放射源为镅Am241，由核工业部北京地质研究所生产，误差≤3%。
股骨骨密度：中点、近侧1/5点、远侧1/5点扫描(g/cm2)。
腰椎骨密度：剥离大鼠第3腰椎(L3)，去除周围的棘突和关节突起，制备成具有两个平行面的圆柱体，从中点扫描。
1.4.3 骨灰份测定 左侧股骨去除两端干
端(以便去除松质骨)，用牙科锯将股骨干3等分，105℃烤干至恒重后，600℃灰化24小时，称重并计算矿物质含量(%干重)。1.4.4 股骨生物力学性能测定 三点弯曲实验。实验仪器为日本岛津DSS-25T电子万能材料实验机。测试条件及方法：将骨标本置于该实验机上，记录载荷变形曲线。加载速度：6mm/min。跨距：22.3mm。股骨测量前用浸透生理盐水的湿纱布包裹，实验结束后，测量断面几何参数计算骨截面惯性矩，进而结合骨结构力学参数计算骨材料力学参数[6]。各参数计算如下：
, 百拇医药
结构力学性能参数由载荷变形曲线直接获得：
最大载荷(N)：骨断裂前所承受的最大力；最大挠度(mm)：骨断裂前所发生的最大变形长度；变形位能(N.mm)：弹性区的面积。
材料力学性能参数由应力-应变曲线获得：
最大应力(MPa)：股骨断裂前单位骨面积所承受的载荷；最大应变：股骨断裂前单位骨长度发生的变形，即骨内在硬度。
1.4.5 腰椎生物力学性能测定 L3压缩实验：采用日本岛津AG500 A电子万能材料实验机。剥离L3，去除周围的棘突和关节突起，制备成具有两个平行面的圆柱体，仪器测量前用浸透生理盐水的湿纱布包裹，于-30℃冷藏保存。测试时将标本垂直置于试验机上，记录载荷变形曲线。加载速度10mm/min。各参数计算如下：
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最大载荷(N)：同上；杨氏模量(Gpa):弹性范围内曲线斜率，表示骨内在硬度；断裂载荷(N)：骨断裂前所承受的最大力。
1.5 数据处理
用Stata统计软件进行方差分析，相关性分析。
2 实验结果
2.1 股骨与腰椎骨重量及骨比重
模型对照组与假手术组相比，股骨相对干重(骨干重/体重)及骨比重(骨湿重/骨体积)、腰 椎相对干重及骨比重均显著降低，补VK组大鼠股骨骨比重显著高于模型对照组。补VK+Ca组大鼠股骨骨比重及腰椎相对干重显著高于模型对照组(见表3)。
表3 股骨和腰椎相对干重及骨比重(
±s)(1) 组别, 百拇医药
股 骨
腰 椎
相对干重(%)
骨比重(g/cm3)
相对干重(%)
比重(g/cm3)
A
0.183±0.01a
1.60±0.02a
0.420±0.003a
1.66±0.08a
, 百拇医药
B
0.152±0.02b
1.54±0.04b
0.305±0.05b
1.49±0.05b
C
0.153±0.01b
1.55±0.04bc
0.320±0.02bc
1.50±0.04b
, 百拇医药
D
0.151±0.01b
1.58±0.03ac
0.312±0.03b
1.47±0.03b
E
0.163±0.02b
1.60±0.04a
0.359±0.06c
1.51±0.06b
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注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.2 骨密度与骨矿物质含量
模型对照组股骨中点、干
端及腰椎骨密度皆显著低于假手术组。与模型对照组相比，单纯补充VK或Ca能显著提高股骨中点骨密度，两者联合作用能显著提高各测量点的骨密度。矿物质相对含量股骨近1/3段模型对照组显著低于假手术组(P<0.05)。表4 骨密度与矿物质含量(
±s) 组别骨密度(g/cm2)
矿物质含量
, 百拇医药
(股骨 近1/3)
(骨干重的%)
股骨中点
股骨干
端腰椎
A
0.260±0.006a
0.293±0.014a
0.270±0.010a
69.5±1.3a
, 百拇医药
B
0.251±0.009b
0.265±0.008b
0.247±0.009b
66.7±2.0b
C
0.263±0.007a
0.271±0.011bc
0.258±0.104ab
67.6±1.5ab
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D
0.259±0.005a
0.268±0.013bc
0.251±0.009b
6 7.5±1.8ab
E
0.264±0.010a
0.279±0.011c
0.264±0.011a
68.0±1.6ab
, 百拇医药
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.3 股骨生物力学性能
股骨三点弯曲实验：最大载荷、最大应力各组间无显著性差异。模型对照组最大挠度、最大应变及变形位能显著低于假手术组，补VK、补Ca及补VK+Ca组股骨最大挠度、最大应变有增高趋势(见表5)。
表5 股骨三点弯曲实验(
±s)(1) 组别结 构 力 学
材料力学
最大载荷
(N)
, 百拇医药
最大桡度
(mm)
变形位能
(N.mm)
最大应力
(MPa)
最大应变
(%)
A
89.4±3.0
0.65±0.11a
17.0±4.7a
, 百拇医药
251.5±30.8
2.13±0 .39a
B
89.1±9.7
0.54±0.07b
11.8±1.7b
239.7±18.8
1.72±0.25b
C
94.8±7.9
0.61±0.05ab
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14.5±7.5ab
229.7±31.3
2.06±0.21ab
D
89.6±8.5
0.61±0.08ab
13.0±3.1b
253.8±42.8
2.00±0.33ab
E
92.6±6.4
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0.57±0.07ab
13.5±2.0ab
240.7±38.2
1.82±0.22ab
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
2.4 腰椎压缩实验
假手术组最大应力，杨氏模量，断裂能量皆显著高于各实验组，其中各实验组间，补VK+Ca组杨氏模量值显著高于模型对照组与单纯补VK组(P<0.05)(见表6)。
表6 腰椎压缩实验结果(
±s)(1) 组别, http://www.100md.com
最大应力
(MPa)
杨氏模量
(Gpa)
断裂能量
(N.mm)
A
21.6±1.9a
24.5±3.2a
43.7±12.3a
B
17.6±4.0b
, 百拇医药
14.3±4.0b
34.9±8.7b
C
17.1±1.6b
16.9±3.6ac
35.3±8.2b
D
15.9±2.7b
14.7±2.5b
35.1±7.3b
, 百拇医药
E
17.9±1.6b
19.3±2.6c
36.6±7.6b
注：(1)每列右上角字母不同者P<0.05
3 讨论
骨质疏松症的主要特征之一是单位体积骨量减少。本实验观察到模型对照组大鼠股骨与腰椎相对干重、骨比重、骨密度、骨矿物质含量等皆显著低于假手术组，说明去卵巢骨质疏松模型复制成功。
单纯补钙组，与模型对照组相比，骨重、骨密度、骨矿物质含量均有增加趋势，其中股骨中点(密质骨)骨密度显著增高，但股骨干
端(松质骨含量较多)骨密度仍显著低于假手术组，腰椎(松质骨)骨密度也较假手术组下降4.5%，说明补钙在一定程度上可减少大鼠由于卵巢切除造成的快速骨丢失，对密质骨的效果优于松质骨。在人体绝经后妇女进行的钙干预实验也有类似报道[7，8]。, 百拇医药
单纯补充维生素K组，股骨中点骨密度显著增高，股骨干
端和腰椎骨密度虽略有升 高，但仍显著低于A组，说明维生素K同样对密质骨的效果优于松质骨。Orimo对骨质疏松患者进行维生素K干预实验，同样发现掌骨(密质骨)骨密度显著增高而腰椎骨密度几乎没有改变[4]。维生素K与钙联合作用组，骨计量学各项指标优于其它实验组，并且股骨干骺端骨密度，显 著高于单纯补钙或单纯补维生素K组，腰椎骨密度也显著高于单纯补维生素K组，说明维生素 K与钙联合作用优于两者的单一效果。我国陶天遵报道维生素K与雌激素联合作用优于单一用药[3]。
骨质疏松患者在骨量减少的同时，骨力学性能发生改变，骨柔韧性降低，脆性增加，从而骨折发生率较正常人增高。在骨力学实验中，最大挠度与最大应变系指骨断裂前发生的最大变形。分别反映整个骨结构与骨材料的弹性性能。本实验在股骨三点弯曲实验观察到B组大鼠最大载荷与最大应力虽无显著性变化，但最大挠度与最大应变显著下降，说明整个股骨结构与骨材料的可塑性降低，骨脆性增加是骨老化的表现。变形位能系指骨在发生变形之前所吸收的能量，B组大鼠变形位能显著降低，同样说明骨柔韧性下降。
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单纯补钙、单纯补充维生素K或两者联合作用，与B组相比，效果类似，皆能增加股骨的最大挠度与最大应变值，从而改善股骨的力学性能，使股骨的抗变形能力与柔韧性增加，降低骨折危险性。
上述股骨三点弯曲实验主要是反映股骨干即密质骨的力学性能，腰椎压缩实验反映松质骨的力学性能。本实验发现，各实验组腰椎单位面积的最大载荷(最大应力)及断裂前吸收的能量值(断裂能量)与A组相比，均下降20%左右(P<0.05)，说明骨强度显著下降。杨氏模量系指骨材料的硬度，与骨矿物质含量及矿物质质量有关。各实验组杨氏模量皆显著低于A组，下降幅度20%～50%，远远大于骨密度的差别(10%)。说明实验各组矿物质含量下降的同时 ，骨的微细结构也遭到破坏，两者共同引起骨力学性能的显著下降。维生素K与钙联合作用，杨氏模量显著高于B组与单纯补充维生素K组，与骨密度结果趋势一致。
关于VK对骨力学性能的影响，目前仅发现3项实验报道，结果尚不一致。2项表明维生素K对股骨力学无显著影响[2，9]。1项发现VK可提高股骨的最大载荷[1]。这些结果的不一致与实验选用大鼠的种类、年龄、实验期、剂量范围不同皆有关。维生素K对腰椎力学性能的影响尚有待进一步研究。
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对骨计量学与骨生物力学各项指标的测定结果的综合评价，表明维生素K和钙对骨质疏松均有一定的防治作用，并且联合作用效果优于两者的单一效果。维生素K1富含于绿叶蔬菜中，同时绿叶蔬菜钙含量也很高，因此多摄入绿叶蔬菜有可能促进骨健康，尤其是绝经后妇女 ，作为骨质疏松的危险人群，更应该注意维生素K与钙的摄入与补充。
赵新华，女，硕士
4 参考文献
1，Akiyama J,Hara K,Ohkawa I,et al.Effects of menatrenone on bone loss induced by ovariectomy in rats.Jpn J Pharma,1993,62:145-163
2，Hara K,Akiyama Y,Ohkawa I,et al.Effects of menatrenone on prednisolone induced bone loss in rats.Bone,1993,14:813-818
, http://www.100md.com
3，陶天遵，陶树青.维生素K3对去卵巢大鼠骨质疏松预防作用的实验研究.中国骨质疏松杂志，1996，2：27-29
4，Orimo H,Shiraki M,Fujita T,et al.Clinical evaluation of menatrenone in the treatment of involutional osteroporosis-a double blind multicenter comparative study with 1α-hydroxy VD3. J Bone Miner Res,1992,7(suppl):S122
5，Report of the American Institute of Nutrition Ad Hoc COmmittee on standards for nutritional studies.J Nutr,1977,107:1340-1348
, 百拇医药
6，Ferretfi J C,Capozza R F,et al.Interrelationships between densitometric,geometric and mechnical properties of bone modeling.J Bone Miner Res, 1993,8:1389-139 6
7，刘忠厚主编.骨质疏松研究与防治.北京：化学工业出版社，1994：154-1 57
8，Rober GC.Calcium intake and bone mass:A quantitative review of the evidence.Calcif Tissue Int,1990,47:194-201
9，Yahia LH.Cherrefills C,et al.Preliminary study of different dietary vitamin K intake effect on rat bone properties.Cal Tissue Int,1996,59:352(M860)
(1999-05-14收稿), 百拇医药