甲基强的松龙治疗大鼠急性脊髓损伤后对骨密度及生物力学的影响

　　作者：刘亦恒，张寿 ，张海英, 张小明，崔可赜 作者单位：海口市人民医院骨科中心，海南 海口 570208;海南医学院人体解剖学教研室， 海南 海口 571101

　　【摘要】目的：观察大鼠急性脊髓损伤后大剂量甲基强的松龙(methylprednisolone，MP)冲击疗法对大鼠骨密度及生物力学的影响。方法: 46只成年健康SD大鼠随机分为对照组、模型组、治疗组等3组。按改良Allen's法建立大鼠急性脊髓损伤模型。治疗组伤后 30min 经腹膜腔注入MP30mg/kg，以后每小时注入 MP5.4mg/kg，维持24h;模型组应用生理盐水替代 MP，处理方法同治疗组。观察模型组与治疗组大鼠在伤后1、3和6个月 BBB 运动功能评分、各组L4椎体、股骨不同部位骨密度及生物力学参数的变化。结果: 术后各时间点模型组与治疗组BBB 评分总体呈增高趋势，治疗组在各个时间点BBB 神经行为学评分均优于模型组(P<0.05，P<0.01)。术后1、3、6个月，模型组与治疗组大鼠股骨骨密度均显著下降(P<0.05，P<0.01);术后 6 个月，与模型比较，治疗组股骨、腰椎骨密度均显著下降(P< 0.05)。术后6个月，对模型与治疗组大鼠的右侧股骨最大荷载、第 4腰椎结构强度均显著降低(P<0.01);与模型组相比，治疗组的右侧股骨最大荷载、第 4腰椎结构强度降低，结果具有显著性差异(P< 0.05)。结论: 模型组及治疗组均可导致骨质疏松的发生，但大剂量MP对大鼠远期骨密度及生物力学有不利影响。

　　【关键词】 急性脊髓损伤;甲基强的松龙;骨质疏松;骨密度;生物力学

　　MP Effect on bone density and biomechanics of rats with acute spinal cord injury

　　LIU Yiheng, ZHANG Shou, ZHANG Haiying, ZHANG Xiaoming, CUI Keze

　　(Depantment of Orthopaedics, Haikou Municipal People's Hospital;Department of Anatomy & Neurobiology, Hainan Medical University, Haikou 570208, China)

　　[ABSTRACT] Objective: To investigate the effect of high dose MP on bone density and biomechanics changes after acute spinal cord injury(ASCI).Methods: A total of 46 adult rats were randomly divided into three groups, namely, the control group (CG), the model group (MG), and the experimental group (EG). After anesthesia, T8 vertebrae plate resection were performed to rats in both CG and EG with spinal cords injury by Allen method. Thirty minutes after ASCI, the subjects in experimental group received MP injection through intraperitoneal with dosage of 30 mg/kg. Then a dosage of 5.4 mg/kg of MP was given through intraperitoneal injection every hour in 24 hours. The subjects in the model group received normal saline instead of MP with the same method. A detection of both Basso, Beattie and Bresnahan (BBB) locomotor rating scaling, bone density and biomechanics was performed to the L4 vertebral body and the femur of rats 1, 3 and 6 months following operation, respectively. Results: BBB scale: after operation, the scale of groups MG and EG was increased over time; group EG was significantly higher than group MG from 1, 3, 6 month (P< 0.05, P<0.01); bone density in the femur and the lumbar vertebra of rats in MG and EG deceased dramatically 1, 3, 6 months postoperatively (P<0.05, P<0.01). Compared with MG, bone density in both femur and the lumbar vertebra in EC deceased dramatically 6 months postoperatively (P<0.05). The femur's maximum load and structural strength of vertebra were significantly deceased 6 months postoperatively (P<0.01). Compared with MG, there was significant decrease about the femur's maximum load, the L4 vertebral structural strength maximum load (P<0.05). Conclusions: Both MG and EG can result in osteoporosis, but the highdose MP has longterm adverse effect on bone density and biomechanics in rats.

　　[KEY WORDS] Acute spinal cord injury;MP;Osteoporosis;Bone density;Biomechanics

　　急性脊髓损伤(acute spinal cord injury，ASCI)是一种严重的损伤，其病死率、致残率很高。伤后大剂量甲基强的松龙(methylprednisolone，MP)冲击是目前急性脊髓损伤公认治疗方法，它的作用机制复杂。甲基强的松龙早期可以显著增加神经系统兴奋性，改善脊髓血流量，减轻组织损伤[1,2]，但其远期对患者的影响不明确。笔者以通过改良Allen’s法[3]建立大鼠脊髓损伤动物模型，研究大鼠脊髓损伤MP治疗前、后骨密度及生物力学改变情况，推测大剂量 MP 治疗对患者远期疗效的影响。

　　1 材料和方法

　　1.1 材料

　　46只雌性 SD 大鼠，体质量(250±10)g;4%多聚甲醛 PBS(磷酸缓冲液)固定液;甲基强的松龙注射用粉剂(法玛西亚普强有限公司);DPXL型双能 X 射线骨密度仪(美国Lunar 公司);858 Mini Bionix 型生物材料力学实验机(美国MTS公司)等。

　　1.2 实验方法

　　1.2.1 分组与造模

　　46只雌性SD大鼠随机等分为对照组(control group，CG)6只，模型组(model group，MG)20只，治疗组(experimental group，EG)20只。造模：将大鼠腹腔麻醉后，常规消毒，以T8棘突中心作长约3cm切口，暴露硬脊膜，采用改良Allen’s装置制备脊髓急性打击伤动物模型，损伤力度为10g×2.5cm。模型制作成功判定标准：打击后损伤处脊髓出血、水肿，大鼠出现摆尾反射，双下肢及躯体回缩样扑动，麻醉清醒后双下肢呈弛缓性瘫痪。治疗组伤后30min 腹膜腔注入MP30mg/kg， 以后每小时注入MP5.4mg/kg，连续注射24h。 模型组以生理盐水替代MP，按治疗组同样方法给药。致伤后每日按压大鼠膀胱促进排尿，定时喂食。

　　1.2.2 神经行为学评分

　　评分观察者为非本试验组员。在损伤后1、3、6个月参照 BBB(basso beattie bresnahan locomotor rating scale，BBB) 神经行为学评分法[4]综合评定MG组和EG 组的功能。最小值为 0 分，表示神经行为功能完全丧失;最大值为 21 分，表示行为功能完全正常。

　　1.2.3 骨密度及生物力学检测

　　分别于术后1、3、6个月，在麻醉状态下对各组大鼠用双能X射线骨密度仪的小动物测量软件测定右股骨、腰4椎体的骨密度。术后6个月处死大鼠后取各组大鼠的右侧股骨及腰4椎体，去除表面附着软组织，用生理盐水浸湿的纱布包裹后置于20℃冰箱保存。力学检测前室温解冻标本，使用生物材料力学实验机进行股骨3点弯曲和腰椎结构强度实验。股骨3点弯曲实验跨距2mm，加载速度为2mm/min，腰椎结构强度实验加载速度为1mm/min，匀速加载直至标本断裂。每个样本放置在仪器上的位置及方向保持一致。

　　1.3 统计学处理

　　采用 SPSS 12.0软件进行统计，计量数据以均数±标准差表示，组间比较采用t检验，P<0.05认为有统计学意义。

　　2 结果

　　2.1 动物一般情况

　　模型组和治疗组造模后，大鼠双侧下肢瘫痪，模型组及治疗组各有5只在造模1个月内死亡，模型组有1只在第60天死亡，故均未列入统计。

　　2.2 大鼠神经行为学评分

　　治疗组在1、3、6个月 BBB 神经行为学评分均优于模型组，两组相比较差异有统计学意义(P< 0.05，P < 0.01)，见表1。 表1 各组大鼠脊髓损伤后后肢功能 BBB 评分 (略)

　　2.3 各组骨密度测定

　　术后1、3、6个月，模型组及治疗组大鼠右侧股骨、第4腰椎骨密度明显下降，与对照组相比差异均有统计学意义(P< 0.05,P<0.01);术后1、3个月，模型组与治疗组大鼠股骨及腰椎骨密度差异无统计学意义;术后6个月，治疗组中大鼠股骨及腰椎骨密度较模型组下降，差异有统计学意义(P< 0.05)，见表2。表2 各组大鼠股骨、腰椎骨密度测定 g/cm2(略)

　　2.4 各组大鼠股骨3点弯曲和腰椎结构强度测定

　　术后6个月，模型组及治疗组大鼠右侧股骨、第4腰椎骨结构强度均显著降低，与对照组相比有极显著性差异(P<0.01);治疗组大鼠右侧股骨、第4腰椎骨结构强度均低于模型组，相比有显著性差异(P<0.05)，见表3。表3 各组大鼠股骨、腰椎最大载荷测定N (略)

　　3 讨论

　　海南医学院学报 Vol.16 No.7 Jul.2010ASCI是一种严重的中枢神经系统损伤。目前临床治疗急性脊髓损伤均按全美急性脊髓损伤随机受控临床试验的方案进行治疗。糖皮质激素药物MP是目前临床上用于干预性治疗急性脊髓损伤的首选药物，其防止继发性脊髓损伤的作用机制可能与抑制脂类过氧化有关物，中和氧自由基，防止神经细胞的凋亡，促进神经系统的复苏[1,57]。文献报道[8]大部分患者都能耐受大剂量MP冲击治疗，部分患者治疗时短时间内可能出现激素应用的不良反应，但其对患者的远期影响还有待进一步研究。本实验通过脊髓损伤后模型组与治疗组神经行为学评分、骨密度及生物力学的测定，对2组骨大鼠骨质疏松的差异进行分析，了解ASCI早期大剂量应用甲基强的松龙对患者的远期影响。

　　本实验发现，模型组大鼠神经功能受损后随着时间延长有所恢复，但比治疗组差，大剂量MP可以提高运动和感觉恢复，特别是不完全脊髓损伤患者，这也与目前临床应用结果相一致[9,10]。本实验发现造模后1、3、6个月，模型组及治疗组的骨密度明显下降，这与国内外研究相同[1113]。实验也发现造模6个月后，治疗组股骨及腰椎的骨密度要低于模型组，具有显著性差异，这说明大剂量MP远期有可能会加快骨质疏松的进程。

　　骨生物力学反映骨对抗外力作用的强度，集中体现了骨的材料特性和结构特性，骨质疏松时由于骨量减少与骨结构的改变，直接影响骨的生物力学性能，使骨强度降低[14]，增加骨折的危险性。因此，测定骨的生物力学性能的变化是评价骨质疏松症的一个重要和特殊的指标。本实验发现术后6个月，模型组右侧股骨的3点弯曲试验、第4腰椎压碎试验结果要优于治疗组，说明大剂量MP对大鼠远期骨的生物力学有影响。

　　以上结果表明，早期大剂量MP治疗ASCI对于阻止或减少脊髓继发损伤，保留脊髓残存功能，提高患者生存质量有重要意义，是治疗急性脊髓损伤的一项有效措施，值得进一步的深入研究和应用。但大剂量MP治疗过程中，有可能加重骨量丢失，加速患者骨质疏松的进程，应建议患者尽量早期进行各种功能锻炼，配合预防骨质疏松药物的长期应用，这样才能提高冲击疗法的安全性和有效性。

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