人工加载对废用性骨质疏松大鼠胫骨影响的实验研究

论文摘要

骨质疏松症是一种以骨量减少，骨组织微观结构退化（骨小梁变细，断裂，数量减少；皮质骨多孔，变薄）为特征的，致使骨强度下降、脆性增加、骨折危险性增高的一种全身性骨骼疾病。随着世界范围内的人口老龄化问题的逐年加重，老年人口在总人口中的比重不断上升；而现代化交通工具及设备（如汽车、电梯等）的日益普及，使人们在日常生活中的运动量将逐渐减少，因此，可以预计今后中老年人的骨质疏松症的发病率将会逐年增高。人类对骨生物力学与骨生物学的研究已进行了一百多年，对骨的功能适应性的研究已经取得了巨大的成就，然而，影响骨代谢的生物学因素与力学因素在骨组织代谢的调控系统中的耦联关系仍不十分清楚，针对骨质疏松的生物医学和力学研究相脱节，至今，国内外仍未见骨质疏松计算模型的报道，阻碍着对骨质疏松症的深入研究和防治。本论文是国家自然科学基金资助项目“骨质疏松的力学-生物学因素耦联关系及计算机模拟（10372034）”中有关骨质疏松中力学-生物学因素耦联关系系列研究的一部分，进行了一系列针对骨质疏松的动物试验，主要内容包括：1 .废用性骨质疏松大鼠动物模型的制作：采用尾部骨牵引悬吊饲养的方法，制作了大鼠后肢废用性骨质疏松模型。2 .动态活体加载装置的研制及活体加载时大鼠胫骨力学性质的研究：研制成功了一种可用于对大鼠等小型动物进行人工加载的加载装置，并对活体状态下大鼠胫骨应变与外部载荷之间的关系进行了探索研究。3 .人工加载对悬吊大鼠胫骨力学性能影响的实验研究：采用自行研制的加载装置对悬吊大鼠后肢进行不同大小载荷的人工加载，4周后对各组大鼠胫骨皮质骨及松质骨进行压缩试验，结果表明悬吊加载各组大鼠胫骨皮质骨及松质骨力学性能显著优于悬吊组，与对照组相比无显著差异。4 .人工加载对悬吊大鼠骨组织形态计量学影响的实验研究：采用显微CT扫描的方法对上一实验各组大鼠胫骨近端松质骨进行组织形态计量学测试，结果表明悬吊加载各组大鼠胫骨松质骨组织计量学指标显著优于悬吊组，与对照组相比无显著差异。通过上述一系列试验，我们得到了以下结论：1 .通过尾部悬吊的方法可以制作大鼠后肢废用性骨质疏松模型；2 .本论文实验设计的加载装置可安全、有效地对活体大鼠进行可控的人工加载；3 .人工加载可以显著改善悬吊大鼠胫骨的力学性能及组织形态计量学指标；4 .大鼠胫骨的中段密质骨的骨重建阈值MESr约为90με左右。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 骨的结构与功能
• 1.1.1 骨的组织结构
• 1.1.2 骨组织的细胞构成
• 1.1.3 骨组织的基质
• 1.1.4 骨的功能
• 1.2 骨组织的力学特性
• 1.2.1 骨组织的结构力学性质
• 1.2.2 骨组织的材料力学性质
• 1.3 骨的功能适应性研究现状
• 1.3.1 骨的功能适应性原理——Wolff 定律
• 1.3.2 骨的自组织理论
• 1.3.3 骨的生理调节机制研究现状
• 1.3.4 骨的力学调控系统
• 1.3.5 骨的力学调控系统的非力学影响因素
• 1.4 废用性骨质疏松的基础与研究现状
• 1.4.1 骨质疏松的分类及病因
• 1.4.2 骨质疏松主要表现
• 1.4.3 骨功能适应性及废用性骨质疏松的动物实验研究现状
• 1.5 选题的意义
• 1.6 本论文的主要内容
• 第2章 废用性骨质疏松大鼠模型的制作
• 2.1 实验原理
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验动物与分组
• 2.2.2 悬吊装置的制作
• 2.2.3 实验组大鼠的悬吊
• 2.2.4 实验动物的饲养
• 2.2.5 体重测量与生长情况观察
• 2.2.6 实验动物取材与处置
• 2.2.7 试件制作方法
• 2.2.8 大鼠骨组织力学性能测试方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 大鼠体重变化
• 2.3.2 密质骨最大载荷
• 2.3.3 密质骨面积
• 2.3.4 密质骨弹性模量
• 2.3.5 松质骨最大载荷
• 2.3.6 松质骨弹性模量
• 2.4 讨论
• 2.4.1 实验动物的选择
• 2.4.2 制作骨质疏松大鼠动物模型的时机选择
• 2.4.3 尾部悬吊的骨质疏松大鼠模型
• 2.4.4 评价指标
• 2.4.5 结果分析
• 第3章 动态活体加载装置的研制及大鼠胫骨应变与载荷关系的研究
• 3.1 动态活体加载装置的原理
• 3.2 实验仪器
• 3.2.1 信号发生器
• 3.2.2 功率放大器
• 3.2.3 激振器
• 3.2.4 力传感器
• 3.2.5 动态应变测试系统
• 3.2.6 大鼠肢体加载台及固定装置
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 活体加载实验动物处理
• 3.3.2 加载流程
• 3.4 统计分析
• 3.5 结果
• 3.6 讨论
• 第4章 人工加载对悬吊大鼠胫骨力学性能影响的实验研究
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 实验动物分组
• 4.2.2 废用性骨质疏松大鼠模型的制作
• 4.2.3 加载方法
• 4.2.4 实验动物日常管理
• 4.2.5 动物取材与处置
• 4.2.6 试件制作测量及力学实验方法
• 4.3 统计学处理
• 4.4 结果
• 4.4.1 体重
• 4.4.2 密质骨最大载荷
• 4.4.3 密质骨面积
• 4.4.4 密质骨弹性模量
• 4.4.5 松质骨最大载荷
• 4.4.6 松质骨弹性模量
• 4.5 讨论
• 第5章 人工加载对悬吊大鼠胫骨组织形态计量学影响的实验研究
• 5.1 实验原理
• 5.1.1 骨组织形态计量学概述
• 5.1.2 骨形态计量学指标
• 5.1.3 显微 CT 在骨质疏松诊断及评价中的作用
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 试件的准备
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 本实验采用的显微 CT 机的主要性能指标
• 5.2.4 扫描方法
• 5.3 统计学处理
• 5.4 结果
• 5.4.1 胫骨上端三维重建结果
• 5.4.2 骨小梁面积百分比
• 5.4.3 骨小梁数目
• 5.4.4 骨小梁厚度
• 5.4.5 骨小梁分离度
• 5.5 讨论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作与结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果
• 发表的学术论文
• 参与的科研项目
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢