比较医学在骨质疏松症中的应用.doc

比较医学在骨质疏松症中的应用运动医学系99级2班 陈 睿摘要：比较医学是对不同种动物（包括人）之健康和疾病现象进行类比研究的科学。通过对不同物种的同一病原（病因）所导致的疾病发生、发展和转归进行类比，以求得该病原（病因）所致疾病的四维立体全息图像，探索人类生命的奥秘，以控制人类的疾病、延长人类的寿命，直接为保护和增进人类健康服务，是现代医学赖以发展的支柱1。关键词：比较医学 骨质疏松1、骨质疏松症是由多种因素引起的一种骨骼的系统性、代谢性疾病，它引起骨量减少、骨组织结构改变，导致骨的脆性增加以致易于骨折。内分泌功能紊乱是其主要病因之一，其中涉及的主要激素有雌激素和机体内的三种钙调节激素，即甲状旁腺素（PTH）、降钙素(CT)及钙三醇(1,25(HO)2D3)，它们是机体内钙、磷代谢调节和骨组织更新的重要激素456711。1.1甲状旁腺素（PTH） PTH是由动物甲状旁腺主细胞合成及分泌。甲状旁腺一般位于动物的甲状腺内或表面或附近，但猪的甲状旁腺距甲状腺较远，位于颞骨乳突下部后方，在肩胛舌骨肌和胸头肌之间的三角区：在小猪甲状旁腺常被包于胸腺组织中，PTH是一条直链多肽激素，共有84个氨基酸，其羧基端不具有生物活性，而氨基端是活性端。在氨基端1-34个氨基酸序列中。人与牛有3个氨基酸不同，与猪有2个不同，与鼠有5个不同。PTH对骨形成呈双向调节作用，小剂量PTH能刺激成骨细胞形成新骨，超生理剂量的PTH虽对成骨细胞数量影响较小，但抑制成骨细胞合成胶原及基质，使骨基质有缺陷，不适合于钙盐的沉积和矿化。此外，超生理剂量的PTH可明显刺激破骨细胞数量，使之功能活跃。总的来说，PTH对骨吸收的作用较强。据报道，在使鸡血钙升高能力方面，猪PTH活性大于牛，而在使大鼠肾源性cAMP增加的能力方面，牛PTH活性大于猪，人的PTH活性较小。在高水平PTH作用下，各种动物的骨细胞均呈现出骨细胞性溶骨效应。高水平的PTH可诱发骨质疏松发生。甲状旁腺腺瘤、腺癌，由于VD及钙缺乏引起的继发性甲状旁腺功能亢进、甲状旁腺增生，均可使PTH水平上升，使血钙升高，骨吸收增强，患者易患骨质疏松。在动物(如小鼠、大鼠、豚鼠、禽类)实验中，外源性PTH造成骨丢失与上述情况相同。雌激素可以拮抗PTH的骨吸收作用，减少骨组织对PTH的敏感性，这一点已在卵巢切除的大鼠骨质疏松模型中得到证实。1.2降钙素（CT） CT哺乳动物甲状腺内的滤泡旁细胞（亦称C细胞）分泌。非哺乳动物(如鱼类、鸟类、两栖类)的甲状腺内不含有C细胞，它们的C细胞位于终腮体（圆口纲如八目鳗鱼例外），因为它没有骨骼和调节钙的内分泌腺，故在此类动物终腮体是其分泌CT的部位。不同种属动物终腮体的组织学表现不同，板鳃亚纲动物的终鳃体由大的相互沟通的囊泡组成，内含黏液样分泌物，硬骨鱼终鳃体内有类似于甲状腺胶质成分；爬行动物（如蜥蜴）终腮体结构与甲状腺相似，也含有胶质样的囊泡结构。不同种属动物CT的氨其酸组成也是不同的。人与猪、牛、鳝鱼和蛙鱼CT的相似之处是都由32个氨基酸组成，1-7位之间二硫键相连，羧基端是脯氨酸，而氨基端9个氨基酸中有7个是一样的，但在10-27位氨基酸组成是可变的。猪、牛和羊CT均含有色氨酸，但人、蛙鱼、鳝鱼的CT分子中则没有，在物理性质方面蛙鱼CT亲水性较强，易溶于水，而且碱性较强。在功能上，CT可直接作用于破骨细胞受体，抑制破骨细胞活性，还能抑制大单核细胞转变为破骨细胞从而抑制骨吸收。CT可以直接作用于成骨细胞促进骨形成。动物分泌CT的能力按海洋动物两栖动物陆生动物哺乳动物人类这种粗略的动物进化层次由低级向高级比较，进化程度越低，分泌的能力就越强。鲑鱼及鳝鱼CT与受体的亲和能力较强，生物活性也较强，而它们在如大鼠等多种异种生物体内亦显示了较好的生物活性。1.3钙三醇(1,25（OH）2D3) 钙三醇是VD最富活性的代谢产物，VD在肝细胞羟化产生25-OHD3，后者入血与维生素D结合蛋白结合后，随血液循环进入肾脏，再经肾脏1a羟化酶作用产生钙三醇。脊椎动物的肾脏皮质细胞含有1a羟化酶，也已证实大鼠或人的胎盘也有1a羟化能力。在鸟类此酶活性最高，特别是患者佝偻病的小鸡和鸭，在小鸡维生素D2的作用仅为D3的1/10。由于肾脏病变如慢性肾小球肾炎、肾结核、多囊肾、尿路梗阻等，1a羟化酶活性降低，25-OHD3，羟化受阻，使维生素D代谢异常，而引起肾性骨病。VD及其活性代谢产物是高等动物所必需的，佝偻病和软骨病是VD缺乏的结果。1,25(OH)2D3的靶细胞在体内广泛存在，其中包括骨组织、腺体、神经系统、泌尿生殖系统等，甚至某些肿瘤组织内，如骨肉癌、结肠癌也发现有钙三醉的存在。钙三醇在鸡的小肠含量最高，其次是骨和血液。人或支物VD对于骨骼的作用也是双向性的。VD与PTH协同促进破骨细胞溶骨，它也可以直接刺激成骨细胞成骨，促使血中的柠檬酸与钙螯合成复合物，转运至新骨有利钙盐沉积，加速骨形成。它还有促进肠吸收钙的作用，使血钙上升，佝偻病病人或动物给予VD后，肠钙吸收增加2.53.5倍。人与动物在妊娠期和哺乳期血中，钙三醇水平均显著升高。1.4雌激素 人类绝经期后骨质疏松症(I型骨质疏松症) 占原发性骨质疏松的很大比例，其原因就是绝经导致雌激素缺乏。雌激素是含有18个碳原子的类固醇激素，它包括雌酮(EI)、雌二醇（E2）及雌三醇(E3)。其中E2在生育年龄不但分泌多，其作用也最强。绝经后内卵巢分泌的雌激素虽然明显减少，但仍可以由生殖腺以外循环中雄激素芳香化产生。El和E2在绝经以后均明显减少，但E2由于卵巢滤泡丧失，下降更明显，其产生率约为绝经前的10%，与人类不同，犬体内雌激素水平很低仅是人的14，每年出现两次雌激素蜂期，每次持续几周，犬骨组织生长代谢对雌激素的依赖性较小，但小鼠对雌激素的敏感性与人类相似。雌激素受体位于靶细胞胞浆中，业已证明骨骼内骨细胞、成骨细胞和破骨细胞内均存在激素受体。当雌激素与受体结合后进入细胞核，与DNA结合发挥生物学效应。动物的雌激素作用机制与人类一致。在功能上，雌激素对于维持成骨细胞的功能，减弱破骨细胞的功能是必需的。在骨形成方面它刺激骨形成，动物实验发现，采用不同剂量，17-E2刺激正常或切除卵巢大鼠，胫骨近端骨小梁体积骨形成率显著增高，血清ALP亦有升高，而骨吸收率无改变或受抑制，提示E2通过刺激成骨细胞而直接促进骨形成。在人骨巨细胞瘤破骨细胞样细胞中，17-E2明显抑制破骨细胞的骨吸收活性，也说明E2直接抑制人破骨细胞的功能活性。2 模型比较2382.1人们对多种因素所致的大鼠、小鼠和犬等动物的骨质疏松观察较多。雌性大鼠切除卵巢后骨转换增强，代谢活跃，这与人类正常绝经后高转换型骨质疏松发生时骨丢失状态十分相似。但在病理上略有区别，它主要表现的是松质骨丢失，由于大鼠皮质骨呈现低水平重建，因此皮质骨改变不明显。小鼠具有繁殖周期短，产仔多，生长快，价格低的特点。报道中小鼠多用于去势及维甲酸模型，由于小鼠骨髓细小，长管状骨松质骨量很少，故多用它研究骨质疏松中的皮质骨量变化。犬的皮质骨与松质骨的比例与人类相似，但其哈佛氏系统及松质骨重建速度比人快，猎犬在切除卵巢后，有一个早期骨形成活跃期，此期过后以每年810%的速度丢失，故在雌激素缺乏所致骨质疏松的机理上，切除卵巢的猎犬与绝经后妇女明显不相似，但猎犬骨骼中有丰富的哈佛氏系统，常用于糖皮质激素模型。当评价影响骨代谢对松质骨的哈佛氏系统重建作用时，犬是一个优秀的模型。2.2灵长类动物与人类在进化树中的位置最近，灵长类动物和人身体在组织形态学结构上非常相似，在进行基因显性特征方面研究很有帮助。灵长类动物都有一个规律的月经周期，每28天一个循环与人类相似。时间在出生后的1520年之间。切除卵巢及自然绝经以后，灵长动物骨量和骨强度均有所降低，并伴随骨转换增强对雌激素替代治疗的反应没有明显的特征，灵长类动物也具有哈佛氏骨重建和松质骨重建活性，这些都是可以与人骨骼直接相比较的。但由于灵长动物驯养条件要求严格，加上使用费用高，试验周期长等限制了其应用。虽然鸟也有生长期与成熟期，而且雌激素可以促进雌鸟及雄鸟发生骨沉淀，但是鸟类的骨骼在代谢和结构等方面与人类明显不同。鸟类体重轻(骨骼轻)，排卵丢钙严重，它对钙的需求量特别大。因此鸟类不用于骨质疏松症研究910。 3 骨质疏松模型910 3.1模型机理：切除卵巢的动物(去势模型）雌激素分泌水平下降而引起骨质疏松，共发病过程与人类女性绝经后骨丢失相近，维甲酸有损伤雄性或雌性大鼠性腺的作用，使性腺萎缩，功能下降，性激素水平降低，影响蛋白质合成而诱发骨质疏松(维甲酸模型)；糖皮质激素可引起机体的钙磷代谢紊乱，亦可直接抑制成骨细胞功能，减少前成骨细胞向功能性成骨细胞转化，使成骨细胞胶原合成量降低，因而使骨基质形成减少而诱发骨质疏松(糖皮质激素模型)。 3.2造模方法：3.2.1卵巢切除法：选用310月龄的雌性大鼠，2戊巴比妥纳(40mg/kg)腹腔内麻醉，术区剃毛，取下腹部正中切口，打开腹腔，切除卵巢。3.2.2维甲酸法：均用雄性或均用雌性大鼠，取维甲酸按70mg/kg灌胃，每日1次，2-3周即可诱发大鼠骨质疏松形成，表现与去势大鼠模型相似。3.2.3糖皮质激素法：选用健康雌性或雄性大鼠，3-12月龄，在臀肌或后腿部肌肉注射地塞米松(1-2.5mg/kg)，每周2次，6-8周后，即可复制出糖皮质激素性骨质疏松模型，表现同去势大鼠模型。参考文献1施新猷比较医学陕西科学技术出版社，2002.122成令忠主编组织学 北京：人民卫生了出版社，1994.296-3423柴本甫，汤雪明实验性骨折愈合的超微结构研究中华外科杂志,1979.17(5)：368-3714陆裕朴，胥少汀，葛宝丰等.实用骨科学北京；人民中医出版社,1991，51-63.5刘忠厚主编骨质疏松学北京：科学出版社，1998142-1626铁恒主编动物组织学与胚胎学中国人民解放军兽医大学训练部出版.1989.58-67.7黎小坚，Frost HM.未绍舜等基础骨生物学新