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研究目的本实验通过建立脊髓挫伤模型,观察脊髓损伤平面以下骨矿物质密度,破骨细胞数量,骨骼微观结构及动态组织形态学的改变,反映脊髓损伤早期骨质疏松的发生情况,揭示损伤平面以下骨量丢失的病理机制。研究方法1.实验模型的建立:60只7周龄SD大鼠随机分为3组(每组20只),体重控制在200-250g。对照组(假手术组):切除T10椎板,不损伤硬膜及脊髓;脊髓损伤(SCI)组:切除T10椎板,行Allen’s脊髓冲击法(10g?60mm)造成脊髓损伤;制动组:采用腿-尾缝合法,造成大鼠双侧下肢制动。建模后第1、7天,采用BBB评分法评估大鼠后肢运动功能。所有实验动物饲养10天后处死,进行下一步研究。2.骨密度(Bone mineral density,BMD)测定:选取左侧股骨及同侧尺、桡骨,使用双能X线骨密度检测仪进行检测,结果进行统计学比较。3.骨微观结构的观测:采用显微CT对右侧股骨干骺端及其临近的股骨干部分进行薄层扫描(以15μm递增)并行三维重建。测量骨骼相关指标:骨矿物质含量(BMC)、骨表面积体积比(BS/TV)、骨体积分数(BV/TV)、皮质骨面积(Ct.Ar)、皮质骨厚度(Ct.Th)、结构模型指数(SMI)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁分离度(Tb.Sp)。三组数据间两两进行统计学比较。4.动态组织形态学研究:建模后第2、9天,对实验大鼠皮下注射钙黄绿素(10mg/kg)进行标记,处死后行骨形态学分析,评估成骨情况。5.特殊染色评估骨吸收状况:选取大鼠右侧股骨干骺端制作厚5μm的石蜡切片,采用抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色以显示破骨细胞(阳性者显示为着色的多核细胞),并对切片中股骨干骺端行破骨细胞计数分析(AxioVision Rel.4.7软件),单位:破骨细胞数目/骨骺板(mm)。结果1.骨密度:建模后10天,与对照组相比,SCI组及制动组的大鼠股骨远端骨密度均明显下降(p<0.01),且SCI组的大鼠股骨远端骨密度下降更加显著(p<0.01)。实验大鼠的尺桡骨密度在SCI组、制动组,对照组三组中的差异均无显著性(p>0.1)。2.骨微观结构的观察:从CT图像上分析,与对照组相比,制动组及SCI组的大鼠股骨干皮质密度降低,厚度变薄;骨髓腔中,骨小梁数量变少,连接疏松且形态、结构紊乱,部分骨小梁断裂、不连续。SCI组与制动组相比,SCI组的大鼠皮质骨和松质骨形态改变更加显著,骨结构更加疏松。骨骼相关指标定量分析:与对照组相比,SCI组及制动组的大鼠股骨远端整体骨矿物质含量均有不同程度的下降(P<0.05),骨小梁结构模型指数变大(P<0.05),骨体积分数表变小(P<0.05),骨表面积体积比变大(P<0.05),骨小梁数目变少(P<0.05),骨小梁厚度变薄(P<0.05),骨小梁分离度增大(P<0.05),骨皮质面积减小(P<0.05),皮质骨厚度变薄(P<0.05)。与制动组相比较,SCI组的上述各项指标变化的程度更甚。3.动态组织形态学观察:对照组切片中骨小梁周围可见清晰、独立的两条荧光条带,提示成骨良好;制动组切片中大多数骨小梁周围可见单独的荧光条带,少数的骨小梁附近形成两条荧光条带,但条带之间模糊,重叠,分界不清,提示成骨不良;SCI组切片中骨小梁周围仅见一条荧光条带,且条带不连续,提示严重的成骨障碍。4. TRAP染色:SCI组中股骨干骺端破骨细胞增多、聚集,大量的破骨细胞吸附在骨小梁上,表现出了较强的骨吸收活性;制动组中仅见少量破骨细胞,而对照组中破骨细胞数量则更少。细胞计数同样显示:与对照组和制动组相比,SCI组的大鼠股骨干骺端破骨细胞数量明显增多(p<0.01)。结论1.脊髓损伤及制动因素均可以引起骨量的丢失,但两者在骨量丢失的速度、程度及发生机制上均有所不同。2.脊髓损伤早期由于破骨细胞大量增殖、活性增加,骨吸收加强,骨形成严重障碍,导致了损伤平面以下骨量的丢失,而缺乏机械应力引起的成骨不良为制动后骨量丢失的主要原因,而且未伴有骨吸收增强。