骨质疏松症与骨关节炎共病模型大鼠的制备与评价

背景：当前骨质疏松症和骨关节炎共病在老年人群中的患病率极高，是全球疼痛、残疾、骨折风险和社会经济成本增高的主要原因，但发病机制仍不明确。目的：探索适合的骨质疏松症-骨关节炎共病动物模型，以期为骨质疏松症-骨关节炎共病的实验研究提供指导。方法：将60只雌性SD大鼠随机分为假手术组1、假手术组2、骨质疏松症-骨关节炎模型组、骨关节炎-骨质疏松症模型组。骨质疏松症-骨关节炎模型组大鼠先采用双侧卵巢去势法建立骨质疏松症模型，术后4周行改良Hulth法建立骨关节炎模型；骨关节炎-骨质疏松症模型组大鼠先行改良Hulth法建立骨关节炎模型，术后4周行双侧卵巢去势法建立骨质疏松症模型；假手术组1不切除卵巢，仅打开关节腔不损害关节内组织，其余与骨质疏松症-骨关节炎模型组操作相同；假手术组2仅打开关节腔不损害关节内组织，且不切除卵巢，其余与骨关节炎-骨质疏松症模型组操作相同。造模后4,8,12周进行Micro CT检测膝关节影像学改变及骨微结构变化；ELISA检测血清中骨保护素、核因子κB受体活化因子配体、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β水平；苏木精-伊红染色、番红-固绿染色观察大鼠膝关节软骨及软骨下骨病理学变化，抗酒石酸酸性磷酸酶染色观察各组大鼠膝关节软骨下骨中破骨细胞的活性及分布。结果与结论：(1)与假手术组相比，模型组股骨远端骨密度在术后4周显著下降(P <0.000 1)，在术后8周保持稳定；与假手术组相比，模型组软骨下骨骨密度在术后4周显著下降(P <0.000 1)，在术后8周呈上升趋势；与假手术组相比，模型组大鼠骨体积分数、骨小梁数量显著降低(P <0.01)，骨小梁分离度显著升高(P <0.01)；与骨关节炎-骨质疏松症模型组相比，骨质疏松症-骨关节炎模型组大鼠骨体积分数在术后4周显著下降(P <0.000 1)，骨小梁分离度显著上升(P <0.001)，术后8,12周2个模型组数据无统计学差异；(2)与假手术组相比，模型组大鼠血清中炎性因子肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β表达均显著增加(P <0.01)，且2个模型组间有显著差异；骨保护素/核因子κB受体活化因子配体比值显著下调(P <0.01),2个模型组间无显著差异；(3)假手术组骨小梁结构完整连续，软骨表面平整，潮线清晰；模型组术后4周骨小梁数量减少，软骨表面不平整，软骨细胞分布不均；术后8周，骨小梁结构断裂，关节间隙减小，潮线中断；术后12周，蛋白多糖严重丢失，染色红色信号减弱甚至完全褪色；(4)抗酒石酸酸性磷酸酶染色结果显示，假手术组大鼠染色阳性分布均匀，主要分布在骨小梁表面，无异常聚集，模型组大鼠软骨下骨染色阳性率增加，部分区域可见破骨细胞异常聚集或侵入软骨钙化层。结果表明：先行双侧卵巢去势法，4周后行改良Hulth法可稳定构建骨质疏松症和骨关节炎共病大鼠模型，术后4周为共病早期阶段，术后8-12周为共病中晚期阶段。