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【目的】 甲状腺功能亢进症是继发性骨质疏松的危险因素,目前对甲亢性骨质疏松症的发病机制还不完全明了,治疗上除了沿用经典抗骨质疏松药物,没有针对发病机制而特殊性用药。我们课题组前期研究发现甲亢性骨质疏松症与能量代谢紊乱有关,丹参素有促进成骨分化及果糖可提供能量的作用,因此本研究探讨丹参素联合果糖对甲状腺功能亢进性骨质疏松大鼠的干预作用,通过检测甲状腺功能指标、骨转换标志物、micro-CT、骨密度、骨生物力学、骨组织二维形态计量学等指标,探讨丹参素联合果糖防治甲状腺功能亢进性骨质疏松症的机制,为临床应用丹参素和果糖防治甲状腺功能亢进性骨质疏松症提供实验依据。 【方法】 选用96只3月龄SPF级雄性SD大鼠,体重325±25g,适应性喂养1周后,依照随机区组法按体重随机分为12个组,每组8只,分别为空白对照(CON)组、模型(HYP)组、HYP+罗盖全(HYP+CAL)组、HYP+阿仑膦酸钠(HYP+ALN)组、HYP+果糖(HYP+FRU)组、HYP+丹参水提液(HYP+DST)组、HYP+丹参素(HYP+DS)组、HYP+丹参素+阿仑膦酸钠(HYP+DS+ALN)组、HYP+丹参素+果糖(HYP+DS+FRU)组、HYP+丹参水提液+果糖(HYP+DST+FRU)组。停药对照(T-CON)组和停药模型(T-HYP)组在药物干预 12 周后停止给药并进行观察。空白对照组和停药对照组上午和下午灌胃生理盐水5ml/kg/d,各药物组上午灌胃左甲状腺素钠0.25mg/kg/d,下午分别给予不同的药物进行干预,分别为HYP+罗盖全组给予罗盖全混悬液0.045ug/kg/d; HYP+阿仑膦酸钠组给予阿仑膦酸钠膦酸钠混悬液1mg/kg/d;HYP+果糖组给予12%的果糖溶液5ml/kg/d;HYP+丹参水提液组给予丹参水提液 5ml/kg/d;HYP+丹参素组给予丹参素25mg/kg/d;HYP+丹参素+阿仑膦酸钠组给予丹参素 25mg/kg/d 和阿仑膦酸钠膦酸钠 0.5mg/kg/d;HYP+丹参素+果糖组给予丹参素 25mg/kg/d 和 12%果糖溶液5ml/kg/d;HYP+丹参水提液+果糖组给予丹参水提果糖溶液5ml/kg/d,共给药12 周。停药对照组,前12周处理同空白对照组,后8周不进行任何处理,只提供普通喂养;停药模型组,前12周处理同模型组,后8周不进行任何处理,只提供普通喂养。每周称重一次,根据体重调整药物剂量。实验结束前第14,13天和第4,3天,分别皮下注射钙黄绿素进行体内荧光标记。实验结束后检测心脏和腓肠肌湿重、甲状腺功能指标、骨转换标志物、骨密度、骨生物力学、骨微结构、骨组织二维形态学等指标。 【结果】 1. 对大鼠体重、心脏湿重和腓肠肌湿重的影响:与CON组相比,HYP组体重下降(P<0.01)。与HYP组比较,给药两周后CAL组、ALN组、FRU组、DS组、DS+ALN组体重有下降趋势,DST组、DS+FRU组、DST+FRU组体重增加,但仍比CON组轻。第四周以后各组体重随着时间而增加,各给药组间体重均无差异(P>0.05)。分别与ALN组及DS组相比,DS+ALN组体重无差异(P>0.05)。分别与DS组及FRU组相比,DS+FRU组体重无差异(P>0.05)。分别与DST组及FRU组相比,DST+FRU组体重无差异(P>0.05)。与T-CON组相比, T-HYP组体重低 (P<0.05),停止灌胃左甲状腺素钠后,体重开始回升,18W后体重均无差异(P>0.05)。与CON组相比,HYP组的腓肠肌湿重减轻(P<0.01)。与HYP组相比,T-HYP组腓肠肌湿重增加(P<0.05),其他药物治疗组的腓肠肌湿重没有明显变化,腓肠肌比有不同程度下降,但是均无差异(P>0.05)。分别与ALN组及DS组相比,DS+ALN组腓肠肌湿重、腓肠肌比均无差异(P>0.05)。分别与DS组及FRU组相比,DS+FRU组腓肠肌湿重、腓肠肌比均无差异(P>0.05)。分别与DST组及FRU组相比,DST+FRU组腓肠肌湿重、腓肠肌比均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组腓肠肌湿重、腓肠肌比均无差异(P>0.05)。与CON组相比,HYP组的心脏比增大(P<0.01),心脏湿重有上升趋势,但是没有显著性差别(P>0.05)。与HYP组相比,DST+FRU组心脏湿重增加(P<0.05),其他药物治疗组的心脏湿重没有明显变化,心脏比有不同程度下降,但是没有显著性差别(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组心脏重量、心脏比均无差异(P>0.05)。 2. 对大鼠血清生化指标的影响:与CON组相比, HYP组FT3和FT4上升(P<0.01)。与HYP组相比,T-HYP组FT3下降(P<0.01),其他组均无变化 (P>0.05);T-HYP组及ALN组FT4下降(P<0.05),其他组均无差异(P>0.05)。分别与ALN组及DS组相比,DS+ALN组FT3水平均下降(P<0.01),FT4水平无变化(P>0.05)。分别与FRU组及DS组相比,DS+FRU组各项参数均无变化(P>0.05)。与FRU组及DST组相比,DST+FRU组各项参数均无变化(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组各项参数均无差异(P>0.05)。 与CON组相比,HYP组血糖浓度无变化(P>0.05)。与HYP组相比,各治疗组血糖浓度均无差异(P>0.05)。分别与ALN组及DS组相比,DS+ALN组血糖均无差异(P>0.05)。分别与DS组及FRU组相比,DS+FRU组血糖均无差异(P>0.05)。分别与DST组及FRU组相比,DST+FRU组血糖均无差异(P>0.05)。 与CON组相比,HYP组大鼠CTX和TRAP水平上升(P<0.01)。与HYP组比较,CAL组大鼠CTX水平下降(P<0.01),其他组无变化; DS+ALN组大鼠TRAP水平上升(P<0.01),其他组无变化。分别与ALN组和DS组相比, DS+ALN组CTX及TRAP均无差异(P>0.05)。分别与DS组及FRU组相比, DS+ALN组CTX及TRAP均无差异(P>0.05)。分别与DST组及FRU组相比, DST+FRU组CTX及TRAP均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组CTX及TRAP均无差异(P>0.05)。 与CON组相比,HYP组大鼠ALP及OCN水平上升(P<0.01)。与HYP组相比,DS组ALP水平下降(P<0.01),其他组无变化;FRU组、DST组、DS+ALN组、DS+FRU组及DST+FRU组OCN水平下降(P<0.05),其他组无变化。与ALN组相比,DS+ALN组ALP及OCN均无差异(P>0.05);与DS组相比,DS+ALN组ALP水平上升(P<0.01),OCN水平下降(P<0.05)。分别与FRU组及DS组相比,DS+FRU组ALP水平无变化(P>0.05);与FRU组相比,DS+FRU组OCN水平无变化(P>0.05);与DS组相比,DS+FRU组OCN水平下降(P<0.05)。分别与DST组及FRU组相比,DST+FRU组ALP及OCN水平均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组ALP及OCN水平上升(P<0.01)。 3. 各给药组大鼠股骨远端松质骨Micro-CT定量参数的变化:与CON组对比,HYP组大鼠连接密度(Conn-D)、体积骨密度(vBMD)、骨体积分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)均下降(P<0.01),骨小梁分离度(Tb.Sp)上升(P<0.01),Tb.Th有下降趋势,差异无统计学意义(P>0.05)。与HYP组相比,CAL组和DS+ALN 组Conn-D、vBMD、BV/TV、Tb.N均上升(P<0.01),Tb.Sp下降(P<0.01);ALN组Conn-D、Tb.N及vBMD均上升(P<0.05),Tb.Sp下降(P<0.01); DS+FRU组 Conn-D、vBMD、BV/TV、Tb.N均上升(P<0.01),结构指数模型值(SMI)及Tb.Sp下降(P<0.05);T-HYP组vBMD、Tb.N增加(P<0.05),Tb.Sp下降(P<0.05);FRU组、DST组、DS组及DST+FRU组各项参数均无变化(P>0.05)。与ALN组相比,DS+ALN组大鼠Tb.Th上升(P<0.05),Conn-D下降(P<0.05),其他参数无变化(P>0.05);与DS 组相比,DS+ALN组 Conn-D、BV/TV、Tb.N及vBMD上升(P<0.05), Tb.Sp下降(P<0.01)。与FRU组比较,DS+FRU组Conn-D及Tb.N上升(P<0.05),其他参数无变化(P>0.05);与DS组相比,DS+FRU组Conn-D及 Tb.N上升(P<0.05),Tb.Sp下降(P<0.05)。分别与DST组和FRU组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。 与T-CON组比较,T-HYP组Conn-D、vBMD、Tb.N增加(P<0.05),Tb.Sp下降(P<0.05)。 4. 对股骨骨密度(BMD)和骨矿盐(BMC)的影响:与CON组相比,HYP组大鼠全股骨骨密度(Whole BMD)、股骨远端骨密度(Distal BMD)、股骨近端骨密度(Proximal BMD)均下降(P<0.01)。与HYP组比较,CAL组Whole BMD、Distal BMD、Proximal BMD均上升(P<0.01);DS+ALN组和DS+FRU组Whole BMD、Distal BMD均上升(P<0.05);ALN组、FRU组、DST组、DS组、DST+FRU组各项参数均无变化(P>0.05)。与ALN组相比,DS+ALN组各项参数均无差异(P>0.05);与DS组相比,DS+ALN组Whole BMD、Distal BMD均上升(P<0.05)。分别与DS组和FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。分别与DST组和FRU组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。 与CON组相比,HYP组大鼠全股骨骨矿盐(Whole BMC)、股骨近端骨矿盐(Proximal BMC)及股骨远端骨矿盐(Distal BMC)下降(P<0.01)。与HYP组比较, CAL组和DS+FRU组Whole BMC、Proximal BMC及Distal BMC上升(P<0.05)其他组各项参数均无变化(P>0.05)。与ALN组相比,DS+ALN组各项参数均无差异(P>0.05);与DS组相比,DS+ALN组Whole BMC、Distal BMC均上升(P<0.05)。分别与DS组和FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。分别与 DST 组和 FRU 组相比,DST+FRU 组各项参数均无差异(P>0.05)。 5. 对大鼠骨生物力学参数的影响:与 CON 组相比,HYP 组大鼠最大载荷(Maximun load)、断裂载荷(Fracture load)、弹性载荷(Elastic load)及刚度(Stiffness)均下降(P<0.05)。与 HYP 组比较,CAL 组最大载荷和刚度上升(P<0.05);DS+ALN组弹性载荷明显上升(P<0.01),其他参数无变化(P>0.05);DS+FRU组各项参数均增加(P<0.01);ALN组、FRU组、DS组及T-HYP组各项参数均无变化(P>0.05)。与ALN组相比,DS+ALN组弹性载荷增加(P<0.05),其他参数无变化(P>0.05);与DS组相比,DS+ALN组各项参数均无变化(P>0.05)。与FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05);与DS组相比,DS+FRU组最大载荷和刚度上升(P<0.05)。分别与DST组和FRU组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组断裂载荷、弹性载荷和刚度下降(P<0.05)。 6. 对左胫骨上段松质骨骨组织形态计量学的影响:与 CON 组相比,HYP组大鼠胫骨上段骨小梁面积百分数(%Tb.Ar )、骨小梁数目( Tb.N )均减少(P<0.01),骨小梁分离度(Tb.Sp)增加(P<0.01)。与HPY组比较,CAL组和ALN组Tb.N上升(P<0.05),Tb.Sp下降(P<0.05); FRU组骨小梁宽度Tb.Th上升(P<0.01),其他参数无变化;DS+ALN组%Tb.Ar、Tb.N均上升(P<0.05), Tb.Sp下降(P<0.05);T-HYP组Tb.Th上升(P<0.05),其他参数无变化;DST组、DS组、DS+FRU组及DST+FRU组各项参数无变化(P>0.05)。与ALN组比较,DS+ALN组 Tb.Th上升(P<0.01),其他参数无变化;与DS组相比,DS+ALN组Tb.Th下降(P<0.05),其他参数无变化。分别与DS组和FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。分别与DST组和FRU组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组%Tb.Ar(P<0.01)、Tb.N (P<0.01)均上升,Tb.Sp下降(P<0.01)。 与CON组比较,HYP组大鼠胫骨上段的荧光周长百分率(%L.Pm)、骨表面新骨形成率(BFR/BS)和骨转换率(BFR/BV)均上升(P<0.01),新骨年形成率(BFR/TV)无变化。与HYP组相比,CAL组、DS组、DS+FRU组和DST+FRU组%L.Pm、BFR/BS、BFR/BV、BFR/TV均下降(P<0.05); ALN组和DS+ALN组%L.Pm、BFR/BS、BFR/BV、BFR/TV、骨矿化沉积率 MAR 下降(P<0.05);FRU 组和T-HYP 组BFR/BS和 BFR/BV 下降(P<0.05),其他参数无变化。与ALN 组相比,DS+ALN 组各项参数均无差异;与 DS 组组相比,DS+ALN 组BFR/BS、BFR/BV下降(P<0.05)。分别与DS组和FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。分别与DST组和FRU组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组%L.Pm、BFR/BS及BFR/BV下降(P<0.01)。 与CON组相比,HYP组大鼠胫骨上段松质骨的单位骨小梁周长破骨细胞数(OC.N)、破骨细胞周长百分率(%Oc.Pm)及成骨细胞周长百分率(%Ob.Pm)均上升(P<0.01)。与HYP组相比,CAL组OC.N及%Oc.Pm下降(P<0.05);ALN组、FRU组、DS+ALN组、DST+FRU组及T-HYP组OC.N、%Oc.Pm、%Ob.Pm均下降(P<0.01);DST组和DS+FRU组%Oc.Pm及%Ob.Pm均下降(P<0.05)。与ALN组和DS组相比,DS+ALN组各项参数均无差异(P>0.05)。与FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05);与DS组相比,DS+FRU组%Ob.Pm下降(P<0.05),其他参数无变化。与DST组相比,DST+FRU组各项参数均无差异(P>0.05);与FRU组相比,DST+FRU组%Ob.Pm下降(P<0.05),其他参数无变化。与T-CON组相比,T-HYP组各项参数均下降(P>0.05)。 7. 对胫骨中段皮质骨二维形态计量学的影响:与CON组比较,HYP组大鼠胫骨中段皮质骨面积(Ct.Ar)、皮质骨面积百分数(%Ct.Ar)均减少(P<0.01, P<0.05),骨髓腔面积百分数(%Ma.Ar)增大(P<0.05)。与HYP组相比,CAL组和 DS+ALN 组 Ct.Ar 显著增加(P<0.05); ALN 组、DST 组及 DST+FRU组%Ct.Ar增大(P<0.05),%Ma.Ar减小(P<0.05); T-HYP组Ct.Ar、%Ct.Ar增大(P<0.05),%Ma.Ar减小(P<0.05),FRU组、DS组及DS+FRU组各项参数均无变化(P>0.05)。分别与ALN组及DS组相比,DS+ALN组各项参数均无差异(P>0.05)。与DS组和FRU组相比,DS+FRU组各项参数均无差异(P>0.05)。与 DST 组相比,DST+FRU 组各项参数均无差异(P>0.05),与 FRU 组相比, DST+FRU组%Ct.Ar增大,%Ma.Ar减小(P<0.05)。与T-CON组相比,T-HYP组各项静态参数均无差异(P>0.05)。 与 CON 组相比,HYP 组大鼠胫骨中段皮质骨动态参数均无统计学意义(P>0.05)。与HYP组相比,CAL组骨外膜荧光标记周长百分数(%P-L.Pm)、骨外膜骨矿化沉积率(P-MAR)和骨外膜骨形成率(P-BFR/BS)上升(P<0.05);DS+FRU 组 P-MAR 上升(P<0.05),其他参数无变化;T-HYP 组%P-L.Pm、P-BFR/BS、P-MAR增加(P<0.05),其他治疗组动态参数没有统计学意义(P>0.05)。分别与DS组和ALN组相比,DS+ALN组各项动态参数均无差异(P>0.05)。分别与 DS 组和 FRU 组相比,DS+FRU 组各项动态参数均无差异(P>0.05)。与DST 组相比,DST+FRU 组各项动态参数均无差异(P>0.05);与 FRU 组相比, DST+FRU 组E-MAR 和E-BFR/BS下降(P<0.05)。与 T-CON组相比,T-HYP组%P-L.Pm、P-MAR及P-BFR/BS增加(P<0.01)。 8. 对大鼠腓肠肌病理结构的影响:与CON组相比,HYP组肌细胞排列稀疏,出现不同程度萎缩性退行性改变,肌细胞面积减少。与HYP组相比,FRU组和DST 组肌细胞面积增大,但是分布不均一,DS+FRU 组肌细胞排列较紧密,肌细胞面积增多,分布较均一。与T-CON组相比,T-HYP组肌细胞排列紧密,肌细胞面积增大,分布均一。 【结论】 1. 左甲状腺素钠0.25mg/kg/d可导致大鼠体重下降,骨密度和骨矿盐含量降低,表现为骨组织二维和三维结构损害,骨生物力学性能下降,骨形成和骨吸收标志物增强,甲状腺功能标志物上升,呈现为高转换型骨质疏松,此实验较好的模拟了左甲状腺素钠对骨组织的影响,说明左甲状腺素钠致骨质疏松大鼠模型建立成功。 2. 建立起甲亢性骨质疏松SD大鼠模型后,停止给予甲状腺素8周后,甲状腺功能与体重恢复正常时,但骨组织无论是二维及三维结构还是骨生物力学均未恢复,骨形成及骨吸收标志物增强,呈现为高转换型骨质疏松,说明治疗甲亢性骨质疏松不仅需要进行常规抗甲亢药物治疗,还需要给予抗骨质疏松药物进行预防治疗。 3. 丹参素联合果糖防治,能够影响大鼠骨代谢,促进骨形成,抑制骨吸收,增加骨量,提高骨密度和骨矿盐含量,改善骨生物力学性能,优化骨小梁内部形态和排列结构,对左甲状腺素钠导致的骨质疏松症具有干预作用。丹参水提液联合果糖防治,能够改善骨生物力学性能,骨密度有恢复但不明显,效果不及丹参素联合果糖。单用12%果糖可抑制其高骨转换率,增加骨小梁宽度,在一定程度上恢复甲亢引起的骨微结构破坏,但不明显。单用丹参素可一定程度抑制破骨及成骨功能活跃引起的高骨转换率,在一定程度上恢复甲亢引起的骨微结构破坏,但不明显。 丹参水提液可抑制其高骨转换率,改善骨生物力学,骨密度有恢复趋势,在一定程度上恢复甲亢引起的骨微结构破坏,但不明显。 4. 骨化三醇防治,能够降低骨吸收和骨转换率,而且抑制胫骨和股骨骨丢失,提高骨生物力学性能,对左甲状腺素钠导致的骨质疏松症具有干预作用。 5. 丹参素联合阿仑膦酸钠防治,能够提高骨密度和骨生物力学性能,优化骨小梁内部形态和数量,延缓骨丢失,效果比单用阿仑膦酸钠好。