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编号:10281727
氟化钠对去势大鼠骨转换和骨丢失的影响
http://www.100md.com 《中华病理学杂志》 2000年第1期
     作者:章明放 黄凤歧 谭郁彬 赵晖 金孟珏 马淑新

    单位:章明放(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070);黄凤歧(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070);谭郁彬(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070);赵晖(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070);金孟珏(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070);马淑新(天津医科大学病理学教研室 天津市内分泌研究所 300070)

    关键词:骨质疏松;氟化钠;图象处理;计算机辅助;动物实验替代试验

    中华病理学杂志000115 摘 要 目的 探讨氟化钠对切除卵巢(去势)大鼠椎骨和胫骨干骺端松质骨的作用。方法 用不脱钙骨切片的形态计量方法和血钙、磷、碱性磷酸酶和骨钙指标,检测去势大鼠给氟化钠(1.0 mg/kg体重)后骨吸收、骨形成、骨转换率和骨量的变化。结果 施加氟化钠后对骨吸收无明显抑制作用,骨形成明显活跃,骨转换率未降低。腰椎椎体松质骨体积百分比为(18.73%±3.04%)虽高于去势对照组大鼠(15.07%±2.45%),P<0.05,也低于假去势对照组大鼠(22.44%±1.82%),P<0.05;胫骨松质骨体积(14.30%±5.87%)亦如此,虽高于去势对照组大鼠(8.81%±2.60%),P<0.05,也低于假去势对照组大鼠(24.87%±4.02%),P<0.01。结论 氟化钠对去势大鼠的松质骨骨转换率无影响,但在一定程度上可减少骨丢失。
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    Effect of sodium fluoride on bone turnover and bone loss of vertebrae and tibia in ovariectomized rats

    ZHANG Mingfang HUANG Fengqi TAN Yubin ZHAO Hui JIN Mengjue MA Shuxin

    (Department of Pathology, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China)

    Abstract Objective To investigate the effect of sodium fluoride on bone turnover and bone loss of vertebra and tibia of ovariectomized rats. Methods 34 female Wistar rats, 16 weeks old, were divided into 3 groups: sham-ovariectomy (CON), bilateral ovariectomy (OVX) and both OVX and NaF-treatment groups (OVX+NaF, 1.0 mg/kg BW). All of the rats were sacrificed 12 weeks after the treatment. Serum was collected for the analysis of estradiol, calcium, phosphorum and alkaline phosphotase. Temur was used for the analysis of calcium content. Tibiae and the first lumbar vertebral bodies were decalcified for histomorphometry. Results After treatment with NaF, bone resorption was not inhibited, but bone formation was significantly increased. The trabecular bone volume of vertebrae (18.73%±3.04%) and tibiae (14.30%±5.87%) was significantly increased in comparing with of OVX rats (15.07%±2.45% and 8.81%±2.60%, P<0.05), but it was markedly lower than that of CON rats (22.44%±1.82% and 24.87%±4.02%, P<0.05 and P<0.01). Conclusions NaF could not decrease bone turnover and it, has only a partial protective effect against bone loss of either vertebra or tibia.
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    Key words Osteoporosis;Sodium fluoride;Image processing, computer-assisted; Animal testing alternatives

    当前对氟化钠可否用于防治绝经后骨质疏松,其是否具有部位特异性意见不一[1]。为此,我们用切除双侧卵巢(去势)大鼠实验,探讨氟化钠对于中枢骨和外周骨骨质疏松的防治作用。

    材料和方法

    1.34只雌性近交系Wistar大鼠(天津市实验动物中心提供)平均体重(266±13)g、16周龄,随机分为3组:假去势对照组(14只);去势对照组(10只);去势加氟化钠组(10只,每日1.0 mg/kg体重,配成溶液饮用)。实验期间,各组大鼠自由摄食标准固体饲料(含钙1.25%,磷0.57%,天津市实验动物中心提供)和饮水(天津市自来水)。各组大鼠于第12周末,经股动脉放血处死。处死前8 d和2 d分别腹腔注射盐酸四环素(20 mg/kg体重)行骨荧光标记。
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    2.处死后取血清测雌二醇水平(E2,放免法,美国德普公司产DPC药盒),COBAS生化自动分析仪测钙、磷浓度和碱性磷酸酶(AKP)活性(瑞士Rothe公司产);取右股骨测定恒定干重,酸溶法将其溶解[2],等离子光谱分析仪(ICPQ-100,日本产)测其钙含量,并计算出每克骨干重的钙含量。

    3.取右胫骨干骺端和第1腰椎椎体,去除软组织磨去部分皮质,70%乙醇固定,Villanueva染液浸染72 h,逐级脱水脱脂后甲基丙烯酸羟乙基酯包埋,Leitz 1516 切片机制备5 μm和9 μm厚额状面不脱钙骨切片,5 μm切片经甲苯胺蓝复染(图1,2),9 μm切片直接封片(图3,4)。在普通和荧光显微镜下,用网格尺和测微尺在200和400倍视野下参照Frost[3]和Wronski等[4]的方法行形态计量。每例胫骨计量面积为10.8 mm2,椎体为18.7 mm2。计量参数包括:骨小梁体积占被测骨髓腔体积百分比(BV/TV);类骨质体积占被测骨髓腔体积百分比(OV/TV);类骨质表面占骨小梁表面百分比(OS/BS);吸收表面占骨小梁表面百分比(ES/BS);骨小梁表面类骨质平均宽度(MOSW);单位骨小梁表面成骨细胞数量 (OB/mm)和破骨细胞数量(OC/mm);四环素荧光双标记表面占骨小梁表面百分比(MS/BS);骨矿化沉积速率(MAR);骨小梁生成速率(BFR),纵向骨生长率(LBGR)。
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    4.统计学处理:各项参数用SAS统计软件行方差分析并行Newman-Keuls组间比较。

    结果

    1.处死时体重和生化测定结果(表1):去势对照组和去势加氟化钠组的体重和碱性磷酸酶活性显著高于假去势对照组(P<0.01),雌二醇水平显著低于假去势对照组(P<0.01)。去势对照组的股骨含量显著低于假去势对照组(P<0.05)。

    2.胫骨干骺端形态计量结果(表2):去势对照组和去势加氟化钠组的骨小梁体积占骨髓腔体积百分比和纵向骨生长率均较假去势对照组显著减少(P<0.01和<0.05),但去势加氟化钠组的骨小梁体积占骨髓腔体积百分比较去势对照组显著增加(P<0.05)。去势对照组和去势加氟化钠组的类骨质体积占骨髓腔体积百分比、类骨质表面占骨小梁表面百分比、吸收表面占骨小梁表面百分比、骨小梁表面类骨质平均宽度、骨小梁表面成骨细胞数、破骨细胞数、四环素荧光双标记表面占骨小梁表面百分比、骨矿化沉积速率和骨小梁生成速率较去势对照组显著增加(P<0.01和<0.05)。
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    表1 各组大鼠处死时体重和生化测定结果(±s) 组别

    各组鼠数

    (只)

    体重

    (g)

    雌二醇

    (ng/L)

    血钙

    (mmol/L)

    血磷

    (mmol/L)
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    血AKP

    (U/L)

    骨钙

    (mg/g)

    假去势对照组

    14

    287±26

    45.36±13.16

    2.65±0.22

    1.41±0.66

    59.74±28.53

    245.02±23.97
, 百拇医药
    去势对照组

    10

    351±28△△

    8.54±4.01△△

    2.62±0.39

    1.46±0.23

    132.74±34.19△△

    210.10±11.91

    去势加氟化钠组

    10

    347±42△△
, 百拇医药
    7.47±3.16△△

    2.54±0.43

    1.49±0.47

    118.91±30.22△△

    228.03±31.26

    注:与假去势对照组比较,P<0.05,△△P<0.01]表2 各组大鼠胫骨干骺端形态计量结果(±s) 组别

    各组鼠数

    (只)

    BV/TV
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    (%)

    OV/TV

    (%)

    OS/BS

    (%)

    ES/BS

    (%)

    MOSW

    (μm)

    假去势对照组

    14

    24.87±4.02

    0.08±0.01
, 百拇医药
    7.85±3.31

    1.06±0.30

    1.55±0.14

    去势对照组

    10

    8.81±2.60△△

    0.15±0.04△△

    15.26±3.28△△

    2.70±0.48△△

    2.87±0.20△△
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    去势加氟化钠组

    10

    14.30±5.87△△*

    0.17±0.03△△

    14.47±4.18△△

    2.41±0.41△△

    2.79±0.14△△

    组别

    各组鼠数(只)

    OB/mm

    (个)
, 百拇医药
    OC/mm

    (个)

    MS/BS

    (%)

    MAR

    (μm/d)

    BFR

    [μm3.(μm2.d)-1]

    LBGR

    (μm/d)

    假去势对照组

    14
, 百拇医药
    2.1±0.7

    0.9±0.2

    7.93±2.57

    1.59±0.16

    0.13±0.04

    12.90±3.98

    去势对照组

    10

    4.6±1.1△△

    2.2±0.5△△

    14.32±6.32
, 百拇医药
    1.91±0.31

    0.27±0.14△△

    7.56±1.56△△

    去势加氟化钠组

    10

    6.2±1.2△△

    2.3±0.6△△

    13.91±5.03

    1.97±0.24

    0.28±0.06△△
, 百拇医药
    9.72±2.55

    注:与假去势对照组比较,P<0.05,△△P<0.01;与去势对照组比较,*P<0.05表3 各组大鼠腰椎椎骨形态计量结果(±s) 组别

    各组鼠数

    (只)

    BV/TV

    (%)

    OV/TV

    (%)

    OS/BS
, 百拇医药
    (%)

    ES/BS

    (%)

    MOSW

    (μm)

    假去势对照组

    14

    22.44±1.82

    0.09±0.02

    3.93±1.01

    1.12±0.21

    1.49±0.13
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    去势对照组

    10

    15.07±2.45△△

    0.20±0.03△△

    6.04±2.31△△

    1.71±0.57

    2.12±0.16△△

    去势加氟化钠组

    10

    18.73±3.04△*
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    0.21±0.05△△

    11.35±4.16△△**

    1.69±0.31

    2.30±0.16△△

    组别

    各组鼠数(只)

    OB/mm

    (个)

    OC/mm

    (个)

    MS/BS
, 百拇医药
    (%)

    MAR

    (μm/d)

    BFR

    [μm3.(μm2.d)-1]

    假去势对照组

    14

    1.7±0.4

    0.6±0.2

    5.16±1.71

    1.03±0.19

    0.06±0.03
, 百拇医药
    去势对照组

    10

    4.0±0.9△△

    1.6±0.3△△

    8.34±2.24

    1.58±0.33

    0.13±0.06△△

    去势加氟化钠组

    10

    5.7±1.0△△

, 百拇医药     2.0±0.6△△

    8.02±2.53

    1.49±0.20

    0.15±0.08△△

    注:与假去势对照组比较,P<0.05,△△P<0.01;与去势对照组比较,*P<0.05,**P<0.01
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    图1 去势组+氟化钠组,大鼠胫骨干骺端骨小梁额状面不脱钙骨切片 甲苯胺蓝染色 ×20 图2 去势组+氟化钠组,胫骨干骺端骨小梁,示由成骨细胞和类骨质被覆的骨小梁 甲苯胺蓝染色 ×200 图3 假性去势组,胫骨干骺端骺板处平行于骺板的四环素荧光双标记带 Villanueva染色 ×100 图4 去势组+氟化钠组,胫骨干骺端骨小梁表面四环素荧光双标记带 Villanueva染色 ×100 3.腰椎椎体形态计量结果(表3)。去势对照组和去势加氟化钠组的骨小梁体积占骨髓腔体积百分比较假去势对照组显著减少(P<0.01和<0.05),类骨质体积占骨髓腔体积百分比、类骨质表面占骨小梁表面百分比、吸收表面占骨小梁表面百分比、骨小梁表面类骨质平均宽度、骨小梁表面成骨细胞数、破骨细胞数、四环素荧光双标记表面占骨小梁表面百分比、骨矿化沉积速率和骨小梁生成速率较假去势对照组显著增加(P<0.01和<0.05)。去势加氟化钠组的骨小梁体积占骨髓腔体积和类骨质体积占骨小梁表面百分比较去势对照组显著增加(P<0.05和<0.01)。

    讨论
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    去势对照组的结果表明,雌性大鼠去势后,胫骨干骺端和椎体松质骨的破骨作用均显著增强,骨形成亦显著增加,骨转换率加快。但由于骨转换加快而导致骨重建失衡,具有代偿性质的骨形成增多难以弥补骨吸收占优势所致的骨量减少,从而发生骨质疏松。由此,减少骨吸收,降低骨转换率是防治骨质疏松的关键。

    氟骨症的研究发现,低剂量或氟中毒阈值以下的氟使成骨细胞活性增强,基质合成旺盛[5]。成骨作用的增强可否弥补因雌激素减少后骨吸收增加而致的骨丢失为人们所关注。本研究结果表明,给氟12周后,代表骨吸收的破骨细胞数量和吸收表面占骨小梁表面百分比无减少,代表骨形成的骨小梁表面成骨细胞数、类骨质表面占骨小梁表面百分比、四环素荧光双标记表面占骨小梁表面百分比、骨小梁生成速率和血清AKP活性似去势对照组那样,较假去势对照组显著增加,椎体的类骨质表面占骨小梁表面百分比较去势对照组显著增多,说明骨形成的高度活跃,而胫骨和椎骨的松质骨量虽较去势对照组显著增加,但较假去势对照组分别减少 42.5%和16.5%,提示氟化钠对高转换率骨质疏松只具有一定程度或有限的防治作用。氟中毒的研究表明,过量氟对骨骼的基本毒性作用是造成骨转换增高,且在低钙条件下常促使骨组织向骨质疏松和骨软化发展[6]。而施加氟的同时增加钙摄入量,有降低骨转换的作用,但效果不如雌激素[7]。是否联合或序贯加用破骨细胞抑制剂并增加钙摄入以获得最佳防治效果有待研究。
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    本研究观察到给氟化钠大鼠胫骨松质骨量减少程度约为椎体的2.6倍。但去势对照组两部位的丢失量亦不同,椎体减少32.8%,胫骨减少64.5%,约为椎体的2倍。且两部位的骨转换程度亦不同,以骨小梁生成速率为骨转换参考值,胫骨是椎体的近2倍。近期的研究也表明,雌性大鼠去势后,胫骨的骨转换率高于腰椎骨[8]。骨转换的不同致骨丢失量不同,治疗效果亦非一致。这表明,氟化钠对骨转换率相对较低的骨质疏松的防治效果优于相对较高的骨质疏松。

    参考文献:

    [1]Dure-Smith BA, Kraenzlin ME, Farley SM, et al. Fluoride therapy for osteoporosis; A review of dose response, duration of treatment, and skeletal sites of action. Calcif Tissue Int, 1991 (Suppl), 49: S64-S67.
, 百拇医药
    [2]Kalu DN, Hardin RR, Cockerham. Evaluation of the pathogenesis of skeletal changes in ovariectomized rat. Endocrinology, 1984, 115: 507-512.

    [3]Frost HM. Bone histomorphometry analysis of trabecular bone dynamics. In: Recker RR, ed. Bone histomorphometry techniques and interpretation. Boca Raton, Floride:CRC Press, 1983. 109-132.

    [4]Wronski TJ, Lowry PL, Walsh CC, et al. Skeletal alterations in ovariectomized rats. Calcif Tissue Int, 1985, 37: 324-328.
, 百拇医药
    [5]高海林,邱明才,白成江,等.短期中等剂量氟化钠对大鼠股骨形态和动力学参数的影响.中国地方病学杂志,1994,13:209-212.

    [6]李广生,任立群.不同钙含量饲养条件下氟中毒对大鼠骨转换的影响.中华病理学杂志,1997,26: 277-280.

    [7]郑丰裕,党耕町.单纯或联合应用雌激素、钙、氟化钠防治去势后大鼠骨丢失的实验研究.中华骨科杂志,1995, 15:266-270.

    [8]Yamauea M, Nakamura T, Tsurukami H, et al. Local bone turnover in the metaphysis of the proximal tibia and the lumbar vertebra during the early periods after ovariectomy in rats. Calcif Tissue Int, 1996, 58: 52-59.

    收稿日期:1999-05-22, 百拇医药