雌性山羊去卵巢后不同时间骨生物力学参数变化*
作者：何成明 陈槐卿 李 良 陈孟诗 陈云爽 吴文超
单位：何成明 陈槐卿 李 良 陈云爽 文超(华西医科大学 生物医学工程研究室，成都610041)；陈孟诗(四川大学 生物力学研究所，成都 610065)
关键词：山羊；生物力学；骨质疏松；动物模型
生物医学工程学杂志990308 摘要 研究了雌性山羊切除双侧卵巢后不同时间骨生物力学性能的变化。2岁左右雌性成都山羊14只，体重28±3kg，随机分为双侧卵巢切除(OVX)半年组4只、OVX 1年组5只、OVX 1年半组5只。术后半年、1年、1年半处死动物，取出右侧股骨、胫骨、跖骨。用三点弯曲法测定股骨整体骨弯曲结构力学参数的变化；用跖骨测定整体骨压缩结构力学参数的变化；分别取股骨和胫骨断端密质骨试件测定弯曲、压缩、拉伸的材料力学参数的变化。结果显示：OVX 1年组与OVX半年组相比，骨的几何参数均减小；股骨整体骨三点弯曲弹性模量减小23.27%，而破坏荷载和极限强度则无明显变化(P>0.05)；股骨和胫骨骨试件的弯曲、压缩和拉伸实验中，除胫骨弯曲、压缩和拉伸的极限强度明显降低(P<0.05)外，其余参数降低不明显(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，股骨的骨厚度和胫骨的矢状径、冠状径和骨厚度增加明显(P<0.05)；股骨整体骨三点弯曲的破坏荷载增高明显(P<0.05)，这可能与OVX 1年半组体重增加相关；股骨和胫骨骨试件的压缩极限强度和弹性模量及胫骨骨试件弯曲的弹性模量明显减小(P<0.05)，其余参数变化均不明显(P>0.05)。本文结果提示：雌性山羊切除双侧卵巢后随着实验时间从半年、至1年、至1年半，其骨质疏松的程度是逐步加深的。从而表明切除双侧卵巢的雌性山羊是一种经济而有效的研究绝经后骨质疏松的大动物模型。
, 百拇医药
Changes of Biomechanical Properties in Goats at
Different Times after Ovariectomy
He Chengming1 Chen Huaiqing1 Li Liang1 Chen Mengshi2
Chen Yunshuang1 Wu Wengchao1
1 (Institue of Biomedical Engineering, West China University of Medical Sciences, Chengdu 610041)
, 百拇医药 2 (Biomechanical Center,Sichuan University,Chengdu 610065)
Abstract This paper presents the changes of biomechanical properties in goats at different times after ovariectomy. 14 goats were randomly divided into three groups. These goats were ovariectomized and sacrificed at 180 days(n=4),360 days(n=5) and 540 days(n=5) after the operation.The right femur, tibia and metatarsus were taken out. The structure mechanical properties of femora were measured with the three-point bending method and those of metatarsus were measured with the compressing method. The material mechanical properties of flexure, compress and tensile strength in the compact bone specimens of femora and tibiae taken from broken ends were also measured. The results showed that the one-year group, compared with the half-year group, had all the bone geometric parameters decreased, but not statistically significant (P>0.05); the elastic modulus of three-point bending of femora decreased by 23.27% and the others had no significant difference(P>0.05); all the material parameters of flexurel, compress and tensile strength in compact bone specimens decreased, but only the ultimate strength of tibiae of flexure, compress and tensile strength decreased obviously (P<0.05). The one and a half year group, compared with the one year group, had the bone density of femora and tibiae decreased, but not statistically significant (P>0.05). All the bone geometric parameters of tibiae and the thickness of bone of femora increased (P<0.05).The break load of three-point bending of femora increased (P<0.05). Probably,it was related to the increase of the body weight in the one and a half year group. The elastic modulus and the ultimate strength decreased, but not statistically significant (P>0.05). When compact bone specimens were used, the ultimate strength and elastic modulus of femora and tibiae in compress and the elastic module of tibiae in flexure decreased obviously (P<0.05);and the others had no significant changes (P>0.05). This study indicated that the degree of osteoporosis in ovariectomized goats increased at half a year, one year, and one and a half year postoperation, and hence suggested that the ovariectomized goat be a pretty useful big animal model of osteoporosis.
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Key words Goat Biomechanics Osteoporosis Animal model
1 前 言
绝经后骨质疏松是威胁中老年妇女的一种常见病，以骨量减少骨组织结构改变以致不能维持骨结构的完整性而导致骨折危险度增高为特征。目前很多实验多从骨量减少与骨结构改变角度观察评价骨质疏松及其并发症[1，2]。而骨量减少骨组织结构改变都直接地影响骨的生物力学性能，使骨的生物力学强度降低。因此目前有学者认为测定骨生物力学性能的变化是评价骨质疏松的一个重要而特殊的指标[3，4]。山羊切除卵巢后由于雌激素水平的降低或缺乏，使骨形成与骨吸收之间的相对平衡被打破，骨吸收大于骨形成，骨量丢失，骨密度降低造成骨质疏松，从而使骨的生物力学强度降低[6，7]。为了研究雌性山羊去卵巢后不同时间骨质疏松的情况，我们采用生物力学方法，从结构力学和材料力学方面，研究了双侧卵巢切除后半年、1年和1年半山羊长骨整体骨力学参数和骨试件力学参数的变化。
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2 材料和方法
2.1 实验动物与分组
选用2岁左右健康成年雌性成都山羊14只，平均体重(28±3) kg，切除双侧卵巢(OVX)，随机分为半年组4只，1年组5只和1年半组5只。
2.2 实验方法
(1)在无菌条件下，用动物专用麻醉药846肌注麻醉(中国人民解放军农牧大学军事兽医研究所研制)，经腹腔切除双侧卵巢，术后半年、1年、1年半处死动物，分别取出右侧股骨，胫骨，跖骨，在骨组织保持新鲜湿润的条件下，作生物力学测定。
(2)所有动物均在相同条件下饲养，自由摄水摄食，由华西医科大学基础医学院动物房提供配制饲料。
2.3 生物力学参数测定
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2.3.1 股骨整体骨弯曲力学性能测定 取出完整的右侧股骨，在国产小型万能试验机(Y361-30,常州第二纺织机械厂)上进行股骨整体骨三点弯曲力学性能试验。使用函数记录仪记录荷载-跨中桡度曲线，并根据应力-应变公式，计算相应的力学参数，计算公式见李良等[6，7]。
2.3.2 密质骨骨试件力学性能测定 实验方法及记录仪器与计算方法见李良等[6，7]。
2.3.3 跖骨整体骨压缩实验 取跖骨中段20 mm长，在国产万能试验机(WD-10A型，广州实验机厂)上进行跖骨整体骨压缩力学实验，记录仪器与计算方法见(2.3.1)。
2.3.4 骨几何参数与骨密度测定 见李良等[6，7]。
2.3.5 数据处理 各项测定指标均采用均数±标准差(
±s)表示。组间差异进行多样本均数比较及两两比较分析，选用P<0.05作为统计显著性差异界值。
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3 结 果
3.1 长骨几何参数的变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，除股骨骨皮质厚度增大不显著外，骨的几何参数均减小。OVX 1年半组与OVX 1年组相比较，除股骨和胫骨的骨密度降低不明显(P>0.05)外，其余的骨几何参数均增长，其中骨厚度和胫骨冠状径、矢状径增加明显(P<0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，骨密度改变不明显(P>0.05)，骨几何参数除股骨皮质骨厚度、胫骨冠状径明显高于OVX半年组(P<0.05)外，其余参数在1年半组有增高趋势，但无显著性差异(P>0.05)(见表1)。
表1 OVX 山羊长骨几何参数(±s)
Table 1 Geometric parameters of long bone in OVX goat (±s) Location
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of bone
OVX Group
(year)
n
Sagital diameter
(mm)
Coronal diameter
(mm)
Thickness of bone
(mm)
Density of bone
(g/cm3)
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Femur
0.5
4
16.4500±2.3216
18.0750±1.9277
2.0450±0.3255
2.0102±0.0087
1.0
5
16.1400±0.8380
17.4160±0.7067
2.1050±0.3621
, 百拇医药
2.0030±0.0263
1.5
5
18.5840±0.9883
19.9200±1.2598
2.6080±0.1464#&
1.9933±0.0062
Tibiae
0.5
4
12.8500±1.2715
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15.6500±1.8046
2.8650±0.2275
2.0203±0.0062
1.0
5
12.4800±0.4765
14.9200±0.6723
2.6740±0.3840
1.9921±0.0092
1.5
5
13.9960±0.7919#
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17.5600±1.2096#&
3.3130±0.2309#
1.9921±0.0094
# P<0.05 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group； & P<0.05 OVX 1.5 year groupo Vs. OVX 0.5 year group3.2 股骨整体骨三点弯曲力学参数变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，破坏荷载和极限强度上升，而弹性模量下降，但均无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，破载荷载明显上升(P<0.05)而极限强度和弹性模量则下降，但无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，破坏荷载升高，极限强度和弹性模量则下降，但都无显著性差异(P>0.05)(见表2)。
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表2 OVX 山羊股骨整体骨三点弯曲力学参数(±s)
Table 2 Mechanical parameters of bending for femur in OVX goat(±s) OVX
group
(year)
n
Break
load
(KN)
, 百拇医药
Ultimate
strength
(MPa)
Elastic
module
(Gpa)
0.5
4
1.45050±0.2290
127.9428±31.6011
14.3737±3.2809
1.0
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5
1.5320±0.1967
140.7743±13.3930
11.0286±2.5682
1.5
5
1.9582±0.3978#
121.6328±22.2931
10.2024±2.430
# P<0.05 OVX 1.5year group Vs. OVX 1 year group3.3 跖骨整体骨压缩力学参数的变化
, 百拇医药
OVX 1年组与OVX 半年组相比，破坏荷载和极限强度降低(P<0.05)，弹性模量增高但不显著(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，破坏荷载明显增高(P<0.01)。其余参数有增高趋势，但无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，破坏荷载和弹性模量增高但不明显(P>0.05)，极限强度明显低于OVX半年组(P<0.05)(见表3)。
表3 OVX山羊跖骨整体骨压缩力学性能参数(±s)
Talbe 3 Mechanical parameters of compressing for metat-
arsus in OVX goat (±s) OVX
, 百拇医药
Group
(year)
n
Break
load
(KN)
Ultimate
strength
(MPa)
Elastic
modulus
(GPa)
0.5
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4
14.2500±0.9354
200.2300±49.0367
11.9147±3.1780
1.0
5
10.4144±0.5612
136.2260±9.4336*
13.0902±1.1391
1.5
5
, 百拇医药 15.2133±2.244##
144.3005±8.7158 &
14.4583±1.9338
* P<0.05 OVX 1 year group Vs. OVX 0.5 year group;## P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group； & P<0.05 OVX 1.5 year group Vs. OVX 0.5 year group
3.4 股骨、胫骨密质骨骨试件三点弯曲实验，压缩实验和拉伸实验力学参数变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，除胫骨弯曲、压缩、拉伸的极限强度降低明显(P<0.05)外，股骨、胫骨的其余参数降低均不明显(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，股骨弯曲的极限强度和弹性模量、胫骨弯曲压缩、拉伸的极限强度上升不显著，股骨拉伸的极限强度下降不显著其余参数均有明显降低(P<0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，除股骨弯曲的极限强度增高不明显，其余参数均下降，其中股骨压缩和胫骨弯曲的极限强度和弹性模量、胫骨压缩的弹性模量明显减小(P<0.05)(见表4)。
, 百拇医药
表4 OVX山羊股骨、胫骨密质骨骨试件三点弯曲，压缩和拉伸力学参数变化(±s)
Table 4 Mechanical parameters of flexure, compress and tensile strength
in compact bone specimens in OVX goat(±s) Location
of bone
OVX group
(year)
n
, 百拇医药
Flexure
Compress
Tensile strength
σmax(MPa)
σmax(MPa)
E(GPa)
E(GPa)
σmax(MPa)
Femora
0.5
4
, 百拇医药
200.4430±30.0002
20.7432±3.3219
126.8892±3.9225
6.0990±0.8960
110.7043±12.9113
1.0
5
184.8206±33.1180
18.7530±3.1128
114.5844±2.8244
5.3335±0.4451
, 百拇医药
102.8400±17.8946
1.5
5
203.4893±34.3395
18.7709±1.8645
94.7080±15.7144#&&
4.0945±0.6045#&&
92.1590±22.5915
Tibiae
0.5
, http://www.100md.com
4
265.7862±17.8637
21.7821±2.8027
126.7083±15.5028
7.0038±1.4134
162.1650±31.8117
1.0
5
220.9610±22.6544**
20.0722±2.6221
99.2664±15.7846**
, 百拇医药
5.9573±1.1599
124.6820±11.9339*
1.5
5
227.2151±32.9405&&
17.5528±3.2491#&
107.2833±19.9853#
4.2555±0.8860##&&
143.4920±23.6999
, 百拇医药
* P<0.05, ** P<0.01 OVX 1 year group Vs. OVX 0.5 year group；
# P<0.05, ## P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group；
& P<0.05, && P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 0.5 year group
4 讨 论
骨胳是人体活动的杠杆，起着承重的作用，力作用其上时会引起它的变形。变形的性质、大小与骨的几何形状、骨组织的材料特性有关。在力和力矩的作用下，骨结构发生改变，在骨结构上任何一点的强度变化会影响其结构的应力与应变的变化。在骨的特定点和部位，其应力应变关系由局部骨组织的材料特性所决定。因此，骨的力学性质可由负荷与变形来进行定量分析[5]。
, 百拇医药
本实验的对照组还在实验中，故本文无对照组；本实验的拉伸实验我们采用铗钳法，未贴应变片，因而不能测定拉伸的弹性模量。本文采用生物力学的方法，测定了双侧卵巢切除后半年、1年、1年半山羊长骨生物力学特性的变化。
(1) 从骨几何参数的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，除股骨皮质骨厚度增厚不显著外，其余参数均降低。随着OVX时间段从1年至1年半，股骨和胫骨的密度降低不显著(P>0.05)外，其余参数均增大。并且OVX1年半组与OVX半年组相比较，骨密度变化不明显(P>0.05)，这种现象在绵羊上有报道，并且骨密度与其肥瘦率和体重密切相关[8]。其余参数都不同程度的高于OVX半年组，可能是随着实验时间的延长，山羊体重的增加，其骨骼承受由于体重增加而产生的负荷从而促使其骨的矢状径、冠状径、骨厚度增加，并且在皮质骨厚度增加显著(P<0.05)。
(2) 从股骨、胫骨密质骨试件弯曲、压缩、拉伸实验方面的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，胫骨弯曲、压缩和拉伸的极限强度降低显著(P<0.05)，表明该时间段骨质疏松的程度有所加深。随着OVX时间段从1年至1年半，股骨弯曲的极限强度、弹性模量和胫骨弯曲、压缩及拉伸的极限强度增加不明显(P>0.05)，其余指标除股骨拉伸的极限强度降低不明显外，都有明显降低(P<0.05)，表明该时间段骨质疏松的程度继续加深。骨的材料力学的结果表明从OVX半年、OVX 1年、OVX 1年半时间段，骨质疏松的程度逐渐加深，并且随着时间的推移骨质疏松程度的变化在密质骨试件的弯曲、压缩、拉伸实验上表现出来。由于体重增加而使骨的几何参数增加，可能影响对骨质疏松情况的判断，因此在评价骨质疏松的变化情况时应当注意由于体重因素引起的骨材料力学和骨密度方面的变化。
, 百拇医药
(3) 从股骨整体骨三点弯曲实验方面的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，再至1年半，破坏荷载上升，而弹性模量下降，但不明显(P>0.05)。整体骨力学参数表明，从OVX半年、OVX 1年、OVX 1年半时间段骨质疏松的程度是加深的，与在骨的材料力学和骨密度方面得出的结论是一致的；极限强度在OVX 1年组升高，但这并不表明OVX 1年组时间段其骨质疏松程度小于OVX半年组，这是与该组在骨的矢状径、冠状径、骨厚度的结果密切相关，而骨的矢状径、冠状径、骨厚度又是与体重密切相关的。因此在使用整体骨三点弯曲实验方面的结果来评价骨质疏松的变化情况时应当联系骨几何参数方面的变化。
(4) 从跖骨整体骨压缩实验的结果看，随着OVX时间段从半年至1年至1年半，剔除体重因素的影响，破坏荷载和极限强度总的趋势是下降的，这一结果与上述结果是一致的。但是弹性模量却表现出逐步增大的现象，原因何在，有待进一步研究。
综上所述，随着OVX时间的延长，从OVX半年至1年时间段其骨生物力学参数的变化趋势是减小的，表明该时间段骨质疏松的程度逐渐加深；从OVX 1年至1年半时间段其骨生物力参数的变化趋势也是减小的，但其部分参数的绝对值大于OVX半年组，这可能与OVX 1年半组体重比OVX 1年组和OVX半年组增大有关，剔除体重因素的影响，则表明该时间段骨质疏松的程度是继续加深的。从而表明切除双侧卵巢的雌性山羊是一种经济而有效的研究绝经后骨质疏松的大动物模型。
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* 国家自然科学基金重点项目资助(39430120)
作者简介：何成明(硕士研究生；现在单位：四川畜牧兽医学院生物技术系，重庆荣昌 402460)
陈槐卿(通讯联系人)
参考文献
1 Janet BR, Marie-Claude MF, Hartmut M. Animal models for the study of bone loss after cessation of ovarian function. Bone, 1993; 14∶369
2 Wronski TJ, Dann LM, Scott KS et al. Long-term effects of ovariectomy and aging on the rat skeleton. Calcif Tissure Int, 1989; 45∶360
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3 Einhorn TA.The bone organ system:Form and Function. In:Osteoporosis.Edited by Marcus R,Feldman D. and Kelsey J,1996, Academic Press∶3-22
4 Turner AS, Park RD, Aberman HM et al. Effects of age and ovariectomy on trabecular of the proximal femur and iliac crest in sheep. Orthopaedic Transactions, 1993-1994;17(3-4)∶805
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7 李 良，陈槐卿，陈孟诗等.去卵巢山羊长骨生物力学性能的变化.生物医学工程学杂志，1998；15(2)∶101
8 Hornby SB, Ford SL, Mase CA et al. Skeletal changes in the ovariectomized ewe and subsequent response to treatment with 17β oestradiol. Bone, 1995; 17(4)∶supplement:389s-394s
(收稿：1999-03-16 修回：1999-05-31), 百拇医药
单位：何成明 陈槐卿 李 良 陈云爽 文超(华西医科大学 生物医学工程研究室，成都610041)；陈孟诗(四川大学 生物力学研究所，成都 610065)
关键词：山羊；生物力学；骨质疏松；动物模型
生物医学工程学杂志990308 摘要 研究了雌性山羊切除双侧卵巢后不同时间骨生物力学性能的变化。2岁左右雌性成都山羊14只，体重28±3kg，随机分为双侧卵巢切除(OVX)半年组4只、OVX 1年组5只、OVX 1年半组5只。术后半年、1年、1年半处死动物，取出右侧股骨、胫骨、跖骨。用三点弯曲法测定股骨整体骨弯曲结构力学参数的变化；用跖骨测定整体骨压缩结构力学参数的变化；分别取股骨和胫骨断端密质骨试件测定弯曲、压缩、拉伸的材料力学参数的变化。结果显示：OVX 1年组与OVX半年组相比，骨的几何参数均减小；股骨整体骨三点弯曲弹性模量减小23.27%，而破坏荷载和极限强度则无明显变化(P>0.05)；股骨和胫骨骨试件的弯曲、压缩和拉伸实验中，除胫骨弯曲、压缩和拉伸的极限强度明显降低(P<0.05)外，其余参数降低不明显(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，股骨的骨厚度和胫骨的矢状径、冠状径和骨厚度增加明显(P<0.05)；股骨整体骨三点弯曲的破坏荷载增高明显(P<0.05)，这可能与OVX 1年半组体重增加相关；股骨和胫骨骨试件的压缩极限强度和弹性模量及胫骨骨试件弯曲的弹性模量明显减小(P<0.05)，其余参数变化均不明显(P>0.05)。本文结果提示：雌性山羊切除双侧卵巢后随着实验时间从半年、至1年、至1年半，其骨质疏松的程度是逐步加深的。从而表明切除双侧卵巢的雌性山羊是一种经济而有效的研究绝经后骨质疏松的大动物模型。
, 百拇医药
Changes of Biomechanical Properties in Goats at
Different Times after Ovariectomy
He Chengming1 Chen Huaiqing1 Li Liang1 Chen Mengshi2
Chen Yunshuang1 Wu Wengchao1
1 (Institue of Biomedical Engineering, West China University of Medical Sciences, Chengdu 610041)
, 百拇医药 2 (Biomechanical Center,Sichuan University,Chengdu 610065)
Abstract This paper presents the changes of biomechanical properties in goats at different times after ovariectomy. 14 goats were randomly divided into three groups. These goats were ovariectomized and sacrificed at 180 days(n=4),360 days(n=5) and 540 days(n=5) after the operation.The right femur, tibia and metatarsus were taken out. The structure mechanical properties of femora were measured with the three-point bending method and those of metatarsus were measured with the compressing method. The material mechanical properties of flexure, compress and tensile strength in the compact bone specimens of femora and tibiae taken from broken ends were also measured. The results showed that the one-year group, compared with the half-year group, had all the bone geometric parameters decreased, but not statistically significant (P>0.05); the elastic modulus of three-point bending of femora decreased by 23.27% and the others had no significant difference(P>0.05); all the material parameters of flexurel, compress and tensile strength in compact bone specimens decreased, but only the ultimate strength of tibiae of flexure, compress and tensile strength decreased obviously (P<0.05). The one and a half year group, compared with the one year group, had the bone density of femora and tibiae decreased, but not statistically significant (P>0.05). All the bone geometric parameters of tibiae and the thickness of bone of femora increased (P<0.05).The break load of three-point bending of femora increased (P<0.05). Probably,it was related to the increase of the body weight in the one and a half year group. The elastic modulus and the ultimate strength decreased, but not statistically significant (P>0.05). When compact bone specimens were used, the ultimate strength and elastic modulus of femora and tibiae in compress and the elastic module of tibiae in flexure decreased obviously (P<0.05);and the others had no significant changes (P>0.05). This study indicated that the degree of osteoporosis in ovariectomized goats increased at half a year, one year, and one and a half year postoperation, and hence suggested that the ovariectomized goat be a pretty useful big animal model of osteoporosis.
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Key words Goat Biomechanics Osteoporosis Animal model
1 前 言
绝经后骨质疏松是威胁中老年妇女的一种常见病，以骨量减少骨组织结构改变以致不能维持骨结构的完整性而导致骨折危险度增高为特征。目前很多实验多从骨量减少与骨结构改变角度观察评价骨质疏松及其并发症[1，2]。而骨量减少骨组织结构改变都直接地影响骨的生物力学性能，使骨的生物力学强度降低。因此目前有学者认为测定骨生物力学性能的变化是评价骨质疏松的一个重要而特殊的指标[3，4]。山羊切除卵巢后由于雌激素水平的降低或缺乏，使骨形成与骨吸收之间的相对平衡被打破，骨吸收大于骨形成，骨量丢失，骨密度降低造成骨质疏松，从而使骨的生物力学强度降低[6，7]。为了研究雌性山羊去卵巢后不同时间骨质疏松的情况，我们采用生物力学方法，从结构力学和材料力学方面，研究了双侧卵巢切除后半年、1年和1年半山羊长骨整体骨力学参数和骨试件力学参数的变化。
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2 材料和方法
2.1 实验动物与分组
选用2岁左右健康成年雌性成都山羊14只，平均体重(28±3) kg，切除双侧卵巢(OVX)，随机分为半年组4只，1年组5只和1年半组5只。
2.2 实验方法
(1)在无菌条件下，用动物专用麻醉药846肌注麻醉(中国人民解放军农牧大学军事兽医研究所研制)，经腹腔切除双侧卵巢，术后半年、1年、1年半处死动物，分别取出右侧股骨，胫骨，跖骨，在骨组织保持新鲜湿润的条件下，作生物力学测定。
(2)所有动物均在相同条件下饲养，自由摄水摄食，由华西医科大学基础医学院动物房提供配制饲料。
2.3 生物力学参数测定
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2.3.1 股骨整体骨弯曲力学性能测定 取出完整的右侧股骨，在国产小型万能试验机(Y361-30,常州第二纺织机械厂)上进行股骨整体骨三点弯曲力学性能试验。使用函数记录仪记录荷载-跨中桡度曲线，并根据应力-应变公式，计算相应的力学参数，计算公式见李良等[6，7]。
2.3.2 密质骨骨试件力学性能测定 实验方法及记录仪器与计算方法见李良等[6，7]。
2.3.3 跖骨整体骨压缩实验 取跖骨中段20 mm长，在国产万能试验机(WD-10A型，广州实验机厂)上进行跖骨整体骨压缩力学实验，记录仪器与计算方法见(2.3.1)。
2.3.4 骨几何参数与骨密度测定 见李良等[6，7]。
2.3.5 数据处理 各项测定指标均采用均数±标准差(
±s)表示。组间差异进行多样本均数比较及两两比较分析，选用P<0.05作为统计显著性差异界值。, http://www.100md.com
3 结 果
3.1 长骨几何参数的变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，除股骨骨皮质厚度增大不显著外，骨的几何参数均减小。OVX 1年半组与OVX 1年组相比较，除股骨和胫骨的骨密度降低不明显(P>0.05)外，其余的骨几何参数均增长，其中骨厚度和胫骨冠状径、矢状径增加明显(P<0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，骨密度改变不明显(P>0.05)，骨几何参数除股骨皮质骨厚度、胫骨冠状径明显高于OVX半年组(P<0.05)外，其余参数在1年半组有增高趋势，但无显著性差异(P>0.05)(见表1)。
表1 OVX 山羊长骨几何参数(
±s)Table 1 Geometric parameters of long bone in OVX goat (
±s) Location, http://www.100md.com
of bone
OVX Group
(year)
n
Sagital diameter
(mm)
Coronal diameter
(mm)
Thickness of bone
(mm)
Density of bone
(g/cm3)
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Femur
0.5
4
16.4500±2.3216
18.0750±1.9277
2.0450±0.3255
2.0102±0.0087
1.0
5
16.1400±0.8380
17.4160±0.7067
2.1050±0.3621
, 百拇医药
2.0030±0.0263
1.5
5
18.5840±0.9883
19.9200±1.2598
2.6080±0.1464#&
1.9933±0.0062
Tibiae
0.5
4
12.8500±1.2715
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15.6500±1.8046
2.8650±0.2275
2.0203±0.0062
1.0
5
12.4800±0.4765
14.9200±0.6723
2.6740±0.3840
1.9921±0.0092
1.5
5
13.9960±0.7919#
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17.5600±1.2096#&
3.3130±0.2309#
1.9921±0.0094
# P<0.05 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group； & P<0.05 OVX 1.5 year groupo Vs. OVX 0.5 year group3.2 股骨整体骨三点弯曲力学参数变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，破坏荷载和极限强度上升，而弹性模量下降，但均无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，破载荷载明显上升(P<0.05)而极限强度和弹性模量则下降，但无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，破坏荷载升高，极限强度和弹性模量则下降，但都无显著性差异(P>0.05)(见表2)。
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表2 OVX 山羊股骨整体骨三点弯曲力学参数(
±s)Table 2 Mechanical parameters of bending for femur in OVX goat(
±s) OVXgroup
(year)
n
Break
load
(KN)
, 百拇医药
Ultimate
strength
(MPa)
Elastic
module
(Gpa)
0.5
4
1.45050±0.2290
127.9428±31.6011
14.3737±3.2809
1.0
, http://www.100md.com
5
1.5320±0.1967
140.7743±13.3930
11.0286±2.5682
1.5
5
1.9582±0.3978#
121.6328±22.2931
10.2024±2.430
# P<0.05 OVX 1.5year group Vs. OVX 1 year group3.3 跖骨整体骨压缩力学参数的变化
, 百拇医药
OVX 1年组与OVX 半年组相比，破坏荷载和极限强度降低(P<0.05)，弹性模量增高但不显著(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，破坏荷载明显增高(P<0.01)。其余参数有增高趋势，但无显著性差异(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，破坏荷载和弹性模量增高但不明显(P>0.05)，极限强度明显低于OVX半年组(P<0.05)(见表3)。
表3 OVX山羊跖骨整体骨压缩力学性能参数(
±s)Talbe 3 Mechanical parameters of compressing for metat-
arsus in OVX goat (
±s) OVX, 百拇医药
Group
(year)
n
Break
load
(KN)
Ultimate
strength
(MPa)
Elastic
modulus
(GPa)
0.5
, http://www.100md.com
4
14.2500±0.9354
200.2300±49.0367
11.9147±3.1780
1.0
5
10.4144±0.5612
136.2260±9.4336*
13.0902±1.1391
1.5
5
, 百拇医药 15.2133±2.244##
144.3005±8.7158 &
14.4583±1.9338
* P<0.05 OVX 1 year group Vs. OVX 0.5 year group;## P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group； & P<0.05 OVX 1.5 year group Vs. OVX 0.5 year group
3.4 股骨、胫骨密质骨骨试件三点弯曲实验，压缩实验和拉伸实验力学参数变化
OVX 1年组与OVX半年组相比，除胫骨弯曲、压缩、拉伸的极限强度降低明显(P<0.05)外，股骨、胫骨的其余参数降低均不明显(P>0.05)。OVX 1年半组与OVX 1年组相比，股骨弯曲的极限强度和弹性模量、胫骨弯曲压缩、拉伸的极限强度上升不显著，股骨拉伸的极限强度下降不显著其余参数均有明显降低(P<0.05)。OVX 1年半组与OVX半年组相比，除股骨弯曲的极限强度增高不明显，其余参数均下降，其中股骨压缩和胫骨弯曲的极限强度和弹性模量、胫骨压缩的弹性模量明显减小(P<0.05)(见表4)。
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表4 OVX山羊股骨、胫骨密质骨骨试件三点弯曲，压缩和拉伸力学参数变化(
±s)Table 4 Mechanical parameters of flexure, compress and tensile strength
in compact bone specimens in OVX goat(
±s) Locationof bone
OVX group
(year)
n
, 百拇医药
Flexure
Compress
Tensile strength
σmax(MPa)
σmax(MPa)
E(GPa)
E(GPa)
σmax(MPa)
Femora
0.5
4
, 百拇医药
200.4430±30.0002
20.7432±3.3219
126.8892±3.9225
6.0990±0.8960
110.7043±12.9113
1.0
5
184.8206±33.1180
18.7530±3.1128
114.5844±2.8244
5.3335±0.4451
, 百拇医药
102.8400±17.8946
1.5
5
203.4893±34.3395
18.7709±1.8645
94.7080±15.7144#&&
4.0945±0.6045#&&
92.1590±22.5915
Tibiae
0.5
, http://www.100md.com
4
265.7862±17.8637
21.7821±2.8027
126.7083±15.5028
7.0038±1.4134
162.1650±31.8117
1.0
5
220.9610±22.6544**
20.0722±2.6221
99.2664±15.7846**
, 百拇医药
5.9573±1.1599
124.6820±11.9339*
1.5
5
227.2151±32.9405&&
17.5528±3.2491#&
107.2833±19.9853#
4.2555±0.8860##&&
143.4920±23.6999
, 百拇医药
* P<0.05, ** P<0.01 OVX 1 year group Vs. OVX 0.5 year group；
# P<0.05, ## P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 1 year group；
& P<0.05, && P<0.01 OVX 1.5 year group Vs. OVX 0.5 year group
4 讨 论
骨胳是人体活动的杠杆，起着承重的作用，力作用其上时会引起它的变形。变形的性质、大小与骨的几何形状、骨组织的材料特性有关。在力和力矩的作用下，骨结构发生改变，在骨结构上任何一点的强度变化会影响其结构的应力与应变的变化。在骨的特定点和部位，其应力应变关系由局部骨组织的材料特性所决定。因此，骨的力学性质可由负荷与变形来进行定量分析[5]。
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本实验的对照组还在实验中，故本文无对照组；本实验的拉伸实验我们采用铗钳法，未贴应变片，因而不能测定拉伸的弹性模量。本文采用生物力学的方法，测定了双侧卵巢切除后半年、1年、1年半山羊长骨生物力学特性的变化。
(1) 从骨几何参数的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，除股骨皮质骨厚度增厚不显著外，其余参数均降低。随着OVX时间段从1年至1年半，股骨和胫骨的密度降低不显著(P>0.05)外，其余参数均增大。并且OVX1年半组与OVX半年组相比较，骨密度变化不明显(P>0.05)，这种现象在绵羊上有报道，并且骨密度与其肥瘦率和体重密切相关[8]。其余参数都不同程度的高于OVX半年组，可能是随着实验时间的延长，山羊体重的增加，其骨骼承受由于体重增加而产生的负荷从而促使其骨的矢状径、冠状径、骨厚度增加，并且在皮质骨厚度增加显著(P<0.05)。
(2) 从股骨、胫骨密质骨试件弯曲、压缩、拉伸实验方面的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，胫骨弯曲、压缩和拉伸的极限强度降低显著(P<0.05)，表明该时间段骨质疏松的程度有所加深。随着OVX时间段从1年至1年半，股骨弯曲的极限强度、弹性模量和胫骨弯曲、压缩及拉伸的极限强度增加不明显(P>0.05)，其余指标除股骨拉伸的极限强度降低不明显外，都有明显降低(P<0.05)，表明该时间段骨质疏松的程度继续加深。骨的材料力学的结果表明从OVX半年、OVX 1年、OVX 1年半时间段，骨质疏松的程度逐渐加深，并且随着时间的推移骨质疏松程度的变化在密质骨试件的弯曲、压缩、拉伸实验上表现出来。由于体重增加而使骨的几何参数增加，可能影响对骨质疏松情况的判断，因此在评价骨质疏松的变化情况时应当注意由于体重因素引起的骨材料力学和骨密度方面的变化。
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(3) 从股骨整体骨三点弯曲实验方面的结果看，随着OVX时间段从半年至1年，再至1年半，破坏荷载上升，而弹性模量下降，但不明显(P>0.05)。整体骨力学参数表明，从OVX半年、OVX 1年、OVX 1年半时间段骨质疏松的程度是加深的，与在骨的材料力学和骨密度方面得出的结论是一致的；极限强度在OVX 1年组升高，但这并不表明OVX 1年组时间段其骨质疏松程度小于OVX半年组，这是与该组在骨的矢状径、冠状径、骨厚度的结果密切相关，而骨的矢状径、冠状径、骨厚度又是与体重密切相关的。因此在使用整体骨三点弯曲实验方面的结果来评价骨质疏松的变化情况时应当联系骨几何参数方面的变化。
(4) 从跖骨整体骨压缩实验的结果看，随着OVX时间段从半年至1年至1年半，剔除体重因素的影响，破坏荷载和极限强度总的趋势是下降的，这一结果与上述结果是一致的。但是弹性模量却表现出逐步增大的现象，原因何在，有待进一步研究。
综上所述，随着OVX时间的延长，从OVX半年至1年时间段其骨生物力学参数的变化趋势是减小的，表明该时间段骨质疏松的程度逐渐加深；从OVX 1年至1年半时间段其骨生物力参数的变化趋势也是减小的，但其部分参数的绝对值大于OVX半年组，这可能与OVX 1年半组体重比OVX 1年组和OVX半年组增大有关，剔除体重因素的影响，则表明该时间段骨质疏松的程度是继续加深的。从而表明切除双侧卵巢的雌性山羊是一种经济而有效的研究绝经后骨质疏松的大动物模型。
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* 国家自然科学基金重点项目资助(39430120)
作者简介：何成明(硕士研究生；现在单位：四川畜牧兽医学院生物技术系，重庆荣昌 402460)
陈槐卿(通讯联系人)
参考文献
1 Janet BR, Marie-Claude MF, Hartmut M. Animal models for the study of bone loss after cessation of ovarian function. Bone, 1993; 14∶369
2 Wronski TJ, Dann LM, Scott KS et al. Long-term effects of ovariectomy and aging on the rat skeleton. Calcif Tissure Int, 1989; 45∶360
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4 Turner AS, Park RD, Aberman HM et al. Effects of age and ovariectomy on trabecular of the proximal femur and iliac crest in sheep. Orthopaedic Transactions, 1993-1994;17(3-4)∶805
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(收稿：1999-03-16 修回：1999-05-31), 百拇医药