松质骨骨小梁的微观构筑对骨质力学强度影响的实验研究

目的　观察骨质疏松和非骨质疏松状态的松质骨的三维微观结构对其骨强度的影响。方法　16只雌性成年绵羊随机分为去势(OVX)组（8只）和假手术(Sham)组（8只）。OVX组行双侧卵巢切除术，假手术组仅显露双侧卵巢，术前测定腰椎竹密度(BMD)。术后12个月处死动物，测定腰椎的BMD，用环钻钻取椎体松质骨，并行MicroCT分析及生物力学测试。结果　去势12个月后，OVX组的BMD较Sham组显著降低。松质骨的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)较Sham组显著降低，表面积体积比(BS/BV)和骨小梁分离度(Tb.Sp)较对照显著增高。生物力学测试表明，去势12个月后，OVX组松质骨的力学强度显著下降。骨小梁的力学强度与骨小梁厚度(r=0.945，R^2=0.886)、骨体积分数(r=0.783，R^2=0.586)及面积体积比(r=0.643，R^2=0.372)呈线性相关。结论　骨小梁的三维微观结构改变可以影响松质骨的力学强度，两者之间具有一定的线性关系。     

骨质疏松与骨关节炎患者松质骨的显微结构

目的:通过显微计算机断层扫描(micro-computed tomography,Micro-CT)检测股骨头松质骨显微结构,研究骨质疏松与骨关节炎的关系。方法:绝经后妇女骨质疏松性股骨颈骨折和原发性髋关节骨关节炎患者各20名,以Micro-CT扫描检测股骨头软骨下松质骨标本,对2组患者的松质骨显微结构参数进行比较。结果:骨质疏松与骨关节炎松质骨显微结构参数:骨体积分数(bone volume fraction,BV/TV)、骨表面积体积比(bone surface/bone volume,BS/BV)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁间距(trabecular separation,Tb.Sp)、结构模型指数(structure model index,SMI)、连接密度(connectivity density,Conn.D)比较差异有统计学意义,BV/TV,SMI与Tb.N,TbTh,BS/BV,Tb.Sp呈相关关系。结论:骨质疏松与骨关节炎的显微结构存在差异,这些差异可能导致相反的骨缺陷;BV/TV,SMI是评价显微结构参数的2个重要指标。     

METTL14基因敲除对骨质疏松小鼠骨微结构和骨密度及氧化应激的影响

目的 研究人甲基转移酶样蛋白14(METTL14)基因敲除对骨质疏松小鼠骨微结构、骨密度及氧化应激的影响。方法 12只野生型小鼠随机分为对照组和模型组，每组6只。对照组小鼠切除卵巢附近脂肪组织；模型组小鼠切除双侧卵巢构建骨质疏松小鼠模型；另取6只切除双侧卵巢的METTL14基因敲除小鼠作为敲低组。术后8周，使用micro-CT扫描仪测量小鼠右股骨骨密度和骨微结构相关指标，使用ELISA检测小鼠血清中PINP、CTX、MDA和SOD水平。结果 模型组小鼠骨密度、BV/TV、Tb. N、Tb. Th、SOD、PINP、CTX水平显著低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。此外，敲低组小鼠骨密度、BV/TV、Tb. N、Tb. Th、SOD、PINP、CTX水平显著低于模型组，差异有统计学意义（P<0.05）。模型组小鼠Tb. Sp、MDA水平显著高于对照组，敲低组小鼠Tb. Sp、MDA水平显著高于模型组，差异有统计学意义（P<0.05）。结论 METTL14基因敲除可抑制骨质疏松小鼠骨密度，破坏骨微结构，并促进氧化应激。     

镁基植入体植入兔股骨后周围骨微结构变化趋势

目的研究镁基植入体植入兔股骨不同时间点周围骨微结构参数的变化规律。方法将直径2 mm、长7 mm有螺纹及无螺纹的高纯镁(99.99 wt.%)钉植入兔股骨髁,对照组为钻孔组及健康组。在术后8、12、16周进行Micro-CT扫描和分析,得到各组微结构参数,包括:骨质密度(BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁分离度(Tb.Sp)。结果 8周时无螺纹镁钉组BMD、BV/TV显著高于健康组,Tb.N显著高于钻孔组与健康组,Tb.Sp显著低于健康组;12周时有螺纹镁钉组BMD、BV/TV、Tb.N显著高于钻孔组与健康组,Tb.Th显著高于健康者,Tb.Sp显著低于钻孔组与健康组;16周时无螺纹镁钉组的BMD、BV/TV、Tb.N显著高于钻孔组与健康组,Tb.Sp显著低于钻孔组与健康组。结论镁基植入体促使周围骨组织的BMD、BV/TV、Tb.Th、Tb.N更高,Tb.Sp更低,说明其骨整合与骨生长状况良好,镁基植入体能有效促进骨再生。研究结果为镁基植入体的骨科临床应用提供理论依据。     

血管内皮生长因子对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响

目的探究血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)对废用性骨丢失的影响。方法建立尾吊大鼠的动物模型,并随机平均分为尾吊盐水组、尾吊VEGF组、对照盐水组、对照VEGF组。实验过程中,每周两次对大鼠右腓肠肌注射VEGF或者等量的生理盐水,4周后通过micro-CT对大鼠胫骨近端进行扫描,以松质骨和皮质骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)等松质骨微结构参数以及皮质骨厚度作为评价指标,探讨VEGF对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响。结果与对照组大鼠相比,尾吊组大鼠松质骨表观BMD、BV/TV、Tb.N以及皮质骨厚度均显著降低,Tb.Sp与SMI显著升高,尾吊会造成大鼠的骨丢失,而注射VEGF能够缓解尾吊大鼠松质骨的骨丢失。结论血供的改变可能与骨重建之间存在着一定的联系,改善血供有助于对抗废用性的骨丢失。     

血管内皮生长因子对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响

目的 探究血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）对废用性骨丢失的影响。方法 建立尾吊大鼠的动物模型,并随机平均分为尾吊盐水组、尾吊VEGF组、对照盐水组、对照VEGF组。实验过程中,每周两次对大鼠右腓肠肌注射VEGF或者等量的生理盐水,4周后通过micro-CT对大鼠胫骨近端进行扫描,以松质骨和皮质骨骨密度（bone mineral density, BMD）、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)等松质骨微结构参数以及皮质骨厚度作为评价指标,探讨VEGF对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响。结果 与对照组大鼠相比,尾吊组大鼠松质骨表观BMD、BV/TV、Tb.N以及皮质骨厚度均显著降低,Tb.Sp与SMI显著升高,尾吊会造成大鼠的骨丢失,而注射VEGF能够缓解尾吊大鼠松质骨的骨丢失。结论 血供的改变可能与骨重建之间存在着一定的联系,改善血供有助于对抗废用性的骨丢失。     

血管内皮生长因子对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响

目的 探究血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）对废用性骨丢失的影响。方法 建立尾吊大鼠的动物模型,并随机平均分为尾吊盐水组、尾吊VEGF组、对照盐水组、对照VEGF组。实验过程中,每周两次对大鼠右腓肠肌注射VEGF或者等量的生理盐水,4周后通过micro-CT对大鼠胫骨近端进行扫描,以松质骨和皮质骨骨密度（bone mineral density, BMD）、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁间距(Tb.Sp)和结构模型指数(SMI)等松质骨微结构参数以及皮质骨厚度作为评价指标,探讨VEGF对尾吊大鼠后肢胫骨骨丢失的影响。结果 与对照组大鼠相比,尾吊组大鼠松质骨表观BMD、BV/TV、Tb.N以及皮质骨厚度均显著降低,Tb.Sp与SMI显著升高,尾吊会造成大鼠的骨丢失,而注射VEGF能够缓解尾吊大鼠松质骨的骨丢失。结论 血供的改变可能与骨重建之间存在着一定的联系,改善血供有助于对抗废用性的骨丢失。     

骨质疏松患者股骨头不同区域骨结构与生物力学分析

目的探讨老年股骨颈骨折病人的股骨头样本各个区域的结构和生物力学性能差异,研究不同区域显微结构和生物力学特征及其对内固定物的影响。方法收集20个老年股骨颈骨折病人关节置换术后股骨头标本,以股骨头表面解剖标志点为参照,将股骨头按平分方法分为外侧、内侧、中间三部分。确定环钻的位置和钻取方向,用环钻于不同区域钻取直径10 mm、高10 mm圆柱形松质骨柱。通过Micro-CT系统扫描分析,分析不同区域内松质骨柱数据,包括骨体积分数(BVF)、骨小梁间隙(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)、骨表面积体积比(BS/BV)、结构模型指数(SMI)。应用微有限元计算不同区域骨组织的力学差异。结果老年股骨头颈内骨质含量下降,显微结构和生物力学性能区域变化明显,中间区域的骨结构和力学性能明显优于内侧和外侧。结论股骨头中间部位骨骼结构和力学强度明显优于内侧和外侧,在临床治疗骨质疏松股骨颈骨折的时候需要充分考虑内固定的部位。     

卵巢辐射损伤对大鼠腰椎骨密度和生物力学的影响

目的探讨大鼠卵巢辐射损伤后腰椎骨密度、微结构和生物力学的改变。方法手术暴露大鼠双侧卵巢并应用50Gy的γ射线局部照射,术后90d取大鼠腰椎,DEXA测定骨密度,扫描电镜显示微结构,并行压缩实验检测腰椎最大载荷。结果与假手术组相比,卵巢辐射组大鼠的腰椎骨密度显著减少(P<0.05),骨微结构破坏,生物力学性能下降(P<0.05)。结论卵巢辐射损可导致大鼠腰椎的骨质疏松样改变。     

骨质疏松大鼠股骨骨折骨痂及腰椎的生物力学研究

目的 :探讨骨质疏松大鼠股骨骨折骨痂及腰椎的生物力学。方法 :8月龄雌性Wistar大鼠摘除卵巢 ,3个月后制作左股骨中段骨折克氏针内固定的模型。术后鲑鱼降钙素 (密盖息 )组每天皮下注射密盖息 2IU / 。雌激素组每隔 2d皮下注射苯甲酸雌二醇 0 .1mg/ 。另设假手术组和骨质疏松组对照。8周后处死大鼠 ,左股骨行扭转实验 ;第 4腰椎行凹入实验。结果 :降钙素组 ,雌激素组股骨的最大扭矩 ,扭转刚度和腰椎的最大载荷 ,松质骨刚度都明显高于骨质疏松组 (P <0 .0 5 ) ,与假手术组相似 (P >0 .0 5 )。结论 :鲑鱼降钙素和雌激素能改善骨质疏松大鼠股骨骨痂及腰椎的生物力学性能 ,提高骨质量 ,增强抗骨折能力。     

Effects of hPTH (1-34) and Gosha-jinki-gan on the trabecular bone microarchitecture in ovariectomized rat tibia

Although human parathyroid hormone (1-34) [hPTH (1-34)] was reported to improve osteoporotic bone loss, little is known about the anti-osteoporotic effect of the traditional Chinese medicine, Gosha-jinki-gan (GJG). The purpose of this present study was to clarify and compare the effects of hPTH (1-34) and GJG on trabecular bone microarchitecture in ovariectomized (OVX) rat tibia by using microcomputed tomography (micro-CT). Thirty 12-week-old Sprague-Dawley female rats were underwent ovariectomy (OVX) or sham operation. Four weeks later, the ovariectomized rats were further divided into OVX, OVX + PTH, and OVX + GJG groups. hPTH (1-34) was administered subcutaneously at a dose of 20 microg/kg, 3 times/week, and OVX + GJG group received 0.05% aqueous solution of GJG as the only drinking fluid for 8 weeks respectively. The three-dimensional (3D) trabecular microarchitecture of the bone in the proximal tibial metaphysis was evaluated by micro-CT. In the OVX + PTH group, trabecular bone volume (BV/ TV), number (Tb.N) and thickness (Tb.Th) were significantly increased, structure model index (SMI) and trabecular bone pattern factor (TBPf) decreased when compared with the OVX group. In comparison to the OVX group, BV/TV and Tb.N were significantly greater, while SMI and TBPf had no marked changes in the OVX + GJG group. These results suggest that the administration of hPTH (1-34) restore the trabecular bone volume and improve the microstuctural property as well, while GJG reduce the bone loss without affecting its microstructural property in ovariectomized rats.     

去卵巢大鼠椎骨组织形态计量学、生物力学特点及相关性研究

采用骨组织形态计量学、骨生物力学和骨矿含量测定等方法研究 10 .5月龄至 16月龄 SD大鼠和双侧卵巢去除术后椎骨的骨质量变化以及它们之间的相关关系。雌性 SD大鼠随机分为 6组 :(1) 10 .5月龄基础组 ;(2 )13月龄假手术组 (sham - 1) ;(3) 13月龄去卵巢组 (OVX- 2 ) ;(4) 16月龄假手术组 (sham - 2 ) ;(5 ) 16月龄去卵巢组(OVX- 2 )和 (6 )雌激素治疗组 :去卵巢 10周后给予雌激素治疗 12周 (OVX- 2 +EE)。所有大鼠在处死前 14、13d和4、3d分别皮下注射四环素和钙黄绿素作体内荧光标记。实验终止时取大鼠第 4腰椎行骨组织形态计量学测量 ,第5腰椎体作试件压缩试验 ,试验后的椎体进行骨矿物元素测定。结果发现 10 .5月龄至 16月龄大鼠椎体骨干重、冠状径、骨小梁面积骨小梁厚度有增加趋势 ,骨的破坏荷载 ,破坏应力和弹性模量也有增加趋势 ,以 13月龄为高峰值。去卵巢 10周后 ,上述指标明显下降 ,2 2周后 ,下降更明显。雌激素治疗后上述指标明显改善。相关研究表明 ,骨小梁面积与骨的破坏应力呈正相关 (P<0 .0 5 ) ,而骨的破坏应力又与骨矿 (主要成分 Ca)含量呈正相关 (P<0 .0 1)。去卵巢后 ,骨小梁面积的下降比骨破坏应力的下降更明显 ,出现的时间更早。本研究表明 ,骨组织形态计量学检测和骨生物力学检     

去势大鼠骨形态计量学、生物性能变化

目的 通过观察大鼠血清学、骨形态计量学测定、骨生物性能等方法研究去卵巢大鼠骨变化.方法 采用7-12月龄SD雌性大鼠30只,随机分为对照组、模型组和尼尔雌醇组.模型组和尼尔雌醇组大鼠切除双侧卵巢进行造模.尼尔雌醇组大鼠造模后45天开始灌服尼尔雌醇,连续90天;对照组和模型组大鼠手术后第45天开始灌服去离子水,连续90天.所有大鼠给药第80、87天时两次ip四环素20mg/kg进行骨荧光标记.实验结束时,取出大鼠股骨及第四腰椎骨进行股骨形态计量学测定、股骨骨密度测量、股骨三点弯曲实验及椎骨压缩实验,同时测定血清碱性磷酸酶(ALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(StrACP)水平.结果 大鼠去双侧卵巢后,股骨骨密度、骨最大载荷、最大应力、弹性模量、刚度水平和骨小梁体积显著性提高;椎体压缩性能、股骨形态计量学、股骨弯曲性能有明显改变;而雌激素对以上变化有不同程度改善作用.结论 骨组织形态、骨生物性能是评价骨质疏松模型或药物疗效的重要指标;发生骨质疏松时,骨组织形态学变化先于骨生物性能变化.     

各向异性松质骨弹性性能有限元分析

骨质疏松会导致松质骨细化从而降低松质骨力学性能。为了评估椎体松质骨的力学特性,文中采用有限元参数化建模,利用十四面体模型模拟棒状小梁骨的微结构,对各向异性松质骨的弹性性能进行了计算分析。通过控制输入参数Tb.Th、Tb.Sp、E0模拟不同骨质疏松程度的松质骨。计算结果表明,松质骨模量与骨体积分数呈平方律关系;随着各向异性比的增加,松质骨纵、横向模量间的比值呈线性增加,而横向两个模量保持基本一致。结果说明该微结构模型较好地反映了松质骨的横观各向同性性质,并能较好地反映受载松质骨的应力分布。     

Effect of specimen conditioning on the microarchitectural parameters of trabecular bone assessed by micro-computed tomography

The best way to preserve the mechanical properties of bone specimens is hydration in NaCl, whereas the reference process in microCT analysis is defatting. However, for finite element modelling (FEM) it is necessary to use the same bone specimens for biomechanical testing and 3D imaging. This study aimed to evaluate the effect of sample conditioning on trabecular bone microarchitectural parameters. Trabecular bones were analysed by microCT under three successive conditions: first, the fatted samples were analysed immersed in NaCl (process N); second, they were hydrated for 24 h then imaged without immersion (process H); third, the samples were defatted before analysis (process D). The microarchitectural parameters bone volume/tissue volume (BV/TV), trabecular spacing (Tb.Sp), number (Tb.N) and thickness (Tb.Th) were calculated. Except for BV/TV, there was no significant difference between the processes N and D. In process H, BV/TV, Tb.Th and Tb.N were higher and BS/BV and Tb.Sp were lower than in process D. Results showed that the process D may be replaced by the process N. The process H induced significant differences in microarchitectural parameters when compared to process D. Nevertheless, this sample conditioning should be used to develop FEM when microCT images are to be acquired during compressive testing.     

Comparison of synchrotron radiation and conventional x-ray microcomputed tomography for assessing trabecular bone microarchitecture of human femoral heads

Microcomputed tomography (microCT) produces three-dimensional (3D) images of trabecular bone. We compared conventional microCT (CmicroCT) with a polychromatic x-ray cone beam to synchrotron radiation (SR) microCT with a monochromatic parallel beam for assessing trabecular bone microarchitecture of 14 subchondral femoral head specimens from patients with osteoarthritis (n=10) or osteoporosis (n=4). SRmicroCT images with a voxel size of 10.13 microm were reconstructed from 900 2D radiographic projections (angular step, 0.2 degrees). CmicroCT images with a voxel size of 10.77 microm were reconstructed from 205, 413, and 825 projections obtained using angular steps of 0.9 degrees, 0.45 degrees, and 0.23 degrees, respectively. A single threshold was used to binarize the images. We computed bone volume/ tissue volume (BV/TV), bone surface/bone volume (BS/BV), trabecular number (Tb.N), trabecular thickness (Tb.Th and Tb.Th*), trabecular spacing (Tb.Sp), degree of anisotropy (DA), and Euler density. With the 0.9 degrees angular step, all CmicroCT values were significantly different from SRmicroCT values. With the 0.23 degrees and 0.45 degrees rotation steps, BV/TV, Tb.Th, and BS/BV by CmicroCT differed significantly from the values by SRmicroCT. The error due to slice matching (visual site matching +/- 10 slices) was within 1% for most parameters. Compared to SRmicroCT, BV/TV, Tb.Sp, and Tb.Th by CmicroCT were underestimated, whereas Tb.N and Tb. Th* were overestimated. A Bland and Altman plot showed no bias for Tb.N or DA. Bias was -0.8 +/- 1.0%, +5.0 +/- 1.1 microm, -5.9 +/- 6.3 microm, and -5.7 +/- 29.1 microm for BV/TV, Tb.Th*, Tb.Th, and Tb.Sp, respectively, and the differences did not vary over the range of values. Although systematic differences were noted between SRmicroCT and CmicroCT values, correlations between the techniques were high and the differences would probably not change the discrimination between study groups. CmicroCT provides a reliable 3D assessment of human defatted bone when working at the 0.23 degrees or 0.45 degrees rotation step; the 0.9 degrees rotation step may be insufficiently accurate for morphological bone analysis.     

不同角度载荷下股骨头骨小梁的生物力学特性

目的 探讨不同角度载荷对股骨头骨小梁形态学与力学性能的影响,为研究股骨头坏死、塌陷的生物力学机制提供理论依据。方法 利用12月龄羊股骨头和人尸体股骨头分别制作羊股骨头骨小梁试件94个和人股骨头骨小梁试件43个。按照受力方向与骨小梁主压力方向之间的不同夹角,将骨小梁以10°间隔分为内翻10°、0°和外翻10°、20°、30°共计5组,模拟股骨颈骨折内固定术后不同戈登（Garden）对线指数下的复位情况。通过分别对羊股骨头骨小梁进行micro-CT扫描、计算与压缩破坏试验以及对人尸体股骨头骨小梁进行循环压缩试验,分析不同受力方向下股骨头骨小梁的骨体积分数（BV/TV）、骨表面积/骨体积（BS/BV）、骨小梁平均厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁间距（Tb.Sp）等形态学指标以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数等力学指标。结果 加载方向与骨小梁的主压力方向之间夹角为0°时,BV/TV、Tb.Th以及弹性模量、极限强度、屈服强度、初始弹性模量、循环次数均为最大,而BS/BV与Tb.N为最小,并随着夹角增大前者呈递减而后者呈递增趋势。结论 12月龄羊股骨头骨小梁BV/TV与极限强度随受力方向与骨小梁主压力方向之间夹角变化的趋势与人股骨头骨小梁一致;加载方向与主压力骨小梁之间夹角增大时,股骨头骨小梁形态学与力学性能均下降;Garden指数偏离160°越大时,股骨头内骨小梁越易发生损伤。