实验动物学论文-骨质疏松模型

《实验动物学》结课论文

骨质疏松动物模型的研究

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骨质疏松动物模型的研究

【摘要】:骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种系统性骨病,其特征是骨量下降和骨的微细结构破坏,表现为骨的脆性增加,因而骨折的危险性大为增加,即使是轻微的创伤或无外伤的情况下也容易发生骨折。随着对骨质疏松症研究的加深,动物模型成为不可或缺的研究材料。研究人员应根据实验要求和目的,慎重选择合适的动物模型。

【关键词】:骨质疏松;动物模型;

骨质疏松症是一种钙质由骨骼往血液净移动的矿物质流失现象,骨质量减少,骨骼内孔隙增大,呈现中空疏松现象,速率取决于破骨细胞和成骨细胞活性的消长。骨质疏松症的表面症状为骨质流失和骨组织破坏,从而导致骨质变得脆弱,大大增加骨折的可能性。骨质疏松症主要可分为:原发性骨质疏松症和继发性骨质疏松症。原发性骨质疏松症又可分为绝经妇女的骨质疏松症(I型)和老年性骨质疏松症(II型)。虽然骨质疏松症多数情况下并不会直接导致死亡,但骨质疏松症增加骨折机会,从而影响病患者的健康和独立生活能力,更大大增加社会医疗负担。因此,为了更好地防治骨质疏松症研究出有效的药物,动物模型的应用显得尤为重要。

1 理想动物模型选用原则

使用实验动物进行实验的目的是用最少的动物数量达到最大的实验精确度,最好的可重复性和稳定性。理想的骨质疏松动物模型应该满足以下条件:再现性好,模型与人类骨质疏松症状和组织行为尽可能相似;重复性好,一定的条件下,由不同实验人员或同一实验人员在不同时间进行操作,模型能够很好的被重复出来;动物模型能反映骨质疏松症时骨代谢,微结构的变化;与临床的一致性,模型的处理因素尽可能与临床发病病因相一致;实验动物容易获得,价格低廉,造模周期短,便于操作和取材。

2 常用骨质疏松症模型动物

2.1啮齿目动物

①大鼠:大鼠是建立OP模型应用最广泛的动物,寿命约2.5~3年,常用于研究的是SD大鼠和Wistar大鼠。大鼠骨代谢与人类有许多相似之处:随年龄增长骨量丢失,骨松质分布及重建功能相似,卵巢切除后骨转化率高及对性激素反应的相似性等。此外,大鼠模型还具有体积小、饲养方便、繁殖能力快、价格低、模型成熟、重复性良好等优点,使其成为骨质疏松症研究中最常用的模型动物。

②小鼠:小鼠是医学实验中最常用的动物,寿命较短,18~30月龄可作为老年性骨质疏松的实验模型。随着基因技术的发展,小鼠基因组的结构、组织细胞学特征与人类相似的优势使其在骨质疏松症研究中的应用逐渐增加。采用小鼠进行骨代谢遗传因素的实验研究,导入或敲除目的基因,观察其表型特征变化和病理变化,是目前骨质疏松症研究领域中最感兴趣的课题之一。

2.2兔形目动物

家兔是良好的骨质疏松研究的模型动物。成熟的家兔体积比鼠大,可以提供更多的骨骼标本,还进行反复血液标本采集;因其饲养方便、经济适用、有明显的哈佛重建能力等优点,常被用于去势兔0P模型。

2.3食肉目动物

狗在合成代谢和结构特征方面,与人的骨骼十分相似,狗的皮质骨有着丰富的哈佛系统,与松质骨比例适当,因而被用于骨质疏松症的模型研究。狗主要用作激素诱导性骨质疏松动物模型,去睾丸狗有近似人类骨吸收大于骨形成的改变。但,双侧卵巢切除后不能有效地诱导出骨质疏松症,因此难用作绝经后骨质疏松症的动物模型。

2.4偶蹄目动物

①猪由于解剖结构、生理和病理等方面与人类有很多相似之处,因而是生物研究中常用的动物模型。但是其体重和体积过大,无论是经济还是实际操作方面,均限制了其应用。因此小型猪的成功培育为猪作为模型动物开辟了新的领域。猪具有层状骨、骨小梁和骨皮质重建与人类相似,骨骼大,足以接受人工装置植入,可多次采活检,多次取血标本等优点。

②羊常用的有绵羊和山羊。羊性格温顺、易于饲养、寿命较长、体格适宜、可以长期提供实验所需的骨组织活检标本、大量的血液和尿液标本、可以植入人工假体。但是羊也有明显的不足:食草动物的消化系统与人类不同;骨代谢随季节变化,骨密度冬季最低,春季和夏季高,无自然绝经期等。

2.5灵长类动物

灵长类是与人类最近的动物,其用作研究动物模型的价值极大,优势突出。灵长类动物的各组织器官最为接近人;一些灵长类动物身体可以保持直立,骨骼的力学特性与人类近似;雌性动物出现周期性的月经;与年龄相关的体内各种骨代谢及激素水平改变与人类相似。然而,用灵长类动物做实验,动物保护方面限制多;来源有限,价格昂贵;饲养管理困难,实验周期长;可能携带和传播疾病,这些因素均极大的限制了灵长类动物在骨质疏松实验中的应用。

3 骨质疏松症动物模型制备

3.1去势造模

此法首先由Saville于1969年用大鼠建立,现在去势雌鼠骨质疏松模型己成为标准化的绝经后骨质疏松症的经典模型。手术切除雌性动物双侧卵巢,模拟女性绝经后雌激素水平下降导致的绝经后骨质疏松症。绝经后妇女骨髓间质细胞和淋巴细胞表达RANKL增多,当与破骨细胞前体细胞上的RANK结合后,可以加速破骨细胞分化。此外,雌激素减低导致了过早衰老的细胞的产生,这些细胞的分泌产物诱导了活性氧的产生,不但可以减少成骨细胞分化,缩短成骨细胞和骨细胞的存活时间,还为破骨细胞分化,行使功能和存活所需。

雄性动物亦可以采用此法制作动物模型,即切除雄性动物睾丸获得。被切除睾丸的大鼠钙的吸收变少,而尿钙增加,血浆钙离子减少;骨质疏松主要发生在松质骨,而且补充雄激素治疗后,病变可以逆转。

3.2维A酸骨质疏松模型

维甲酸既可以促进骨形成,又可以促进骨吸收,因此对骨代谢有双向作用,但骨吸收占优势,总的结果是骨量降低。此模型的致病因素虽然与临床不同,但发病时症状、组织形态学表现和对雌激素的骨反应均与人类似,得到了较广泛的应用。实验一般对大鼠用维甲酸70mg/Kg/d连续给药4周,发现其骨形成率降低,腰椎松质骨的骨组织总面积和骨小梁面积也减少;维甲酸可使大鼠皮质骨骨外膜的骨形成减弱而使骨内膜的骨形成增强。

3.3糖皮质激素骨质疏松模型

糖皮质激素临床上广泛应用,因其所导致的骨质疏松症的发生率仅次于绝经后骨质疏松和老年性骨质疏松,居继发性骨质疏松症首位。其作用机理是超过生理剂量的皮质类固醇激素能够抑制成骨细胞活性,使骨形成减少,同时能引起机体的钙、磷、维生素D和甲状旁腺素代谢发生变化,进而促进骨吸收,最终诱发骨质疏松。

3.4营养缺乏性骨质疏松症模型

通过对动物饮食中的钙、磷进行控制来造模的一种方法。通常给动物喂食缺乏钙、磷、维生素D等的食物,导致使骨密度下降,尿钙增加,血钙磷浓度上升,与骨质疏松的表现类似。但目前常被用作一种辅助方法,与其他方法结合制备骨质疏松症的模型。

3.5联合造模法制骨质疏松症模型

骨质疏松症由于其发病因素的多样性,联合造模法有着很大的实际意义及应用价值。此法模拟了不同发病机制的骨质疏松症,而且还具有造模周期短,造模效果好等优势,因此获得了越来越多学者的青睐。常用的联合造模法有:去势法联合低钙饮食,去势法联合糖皮质激素法,以及糖皮质激素法联合低钙饮食等。据报道,家兔双侧卵巢切除后联合使用糖皮质激素诱导4周,骨密度减少了19.5%,而连续使用糖皮质激素8周以后,骨密度降低了36%。

3.6制动法制骨质疏松症模型

此法包括了手术法和非手术法,主要用于制作废用性骨质疏松模型。手术方法包括去肌腱法、去神经法、脊髓切除法等。而非手术方法包括绷带捆扎法、悬吊法及螺钉固定法等方法。松质骨由于表面积与体积比的比值较大,因制动法造模而发生的骨量丢失在松质骨比在皮质骨中更加突出。此模型的建立能够引起与人类的结构类似的胫骨干骺端远端骨的改变,因此有利于研究开发治疗骨质疏松症的合成代谢药物。

3.7其他动物模型的制备

除上述动物模型的制备方法外,在实际试验研究中还常用到基因法、中枢神经破坏法、可溶性的RANKL法、乙二胺四乙酸二钠盐法等方法制作动物模型。

4 小结及展望

目前,由于大鼠骨骼的病理生理应答相似且比较经济,以鼠类为骨质疏松模型应用广泛。近些年一些研究者将目标转向以绵羊和小型猪为动物模型的研究,少数研究者试探性用优点更多的灵长类作为模型,但由于它们应用限制过多,目前几乎不太现实。

如今,随着老龄化社会的到来,骨质疏松症将越来越受到重视,随着研究的深入和新技术的应用,更多的动物模型将会出现,骨质疏松症研究的动物模型选择,不仅关系到科研实验的成败,更关系到该动物模型是否能模拟出与人类骨代谢过程类似的各种变化,从而为人类研究和防治骨质疏松症提供确切可靠的指标,因此动物模型的选择就显得尤为重要。

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