应力环境影响去势大鼠下颌骨骨小梁结构变化的研究

　　[摘要]目的：观察正常和去势大鼠下颌骨应力环境改变与下颌骨骨小梁结构的关系。方法：拔除大鼠右侧上颌全部磨牙使左右侧下颌骨分别处于高低应 力环境中，对双侧下颌骨的组织切片进行骨组织形态计量学分析。结果：去势后雌激素低下可引起下颌骨骨小梁结构的吸收破坏；单侧咀嚼引起的应力环境变化对正 常大鼠下颌骨骨小梁结构无显著影响；高应力环境可减缓雌激素低下所引起的下颌骨骨小梁的快速吸收，而低应力环境则加速其骨吸收过程。结论：咀嚼功能对于保 持下颌骨骨小梁结构有重要的作用，对于有全身系统性骨丢失背景的患者应尽早恢复其咀嚼功能。
[关键词]应力　骨质疏松　下颌骨　骨组织形态计量学
许多学者发现，长期有单侧咀嚼习惯的少年容易出现颌骨发育畸形、面部不对称，说明应力环境对发育期颌骨有重要的影响。但对于成年人和老年人，牙列缺损或 缺失引起的颌骨或剩余牙槽嵴应力环境改变对它们自身骨量和结构产生何种影响，一直缺少客观的研究［1］。Wowern［2］仅研究了正常大鼠单侧上颌磨牙 拔除后的下颌骨骨量改变，发现单侧的功能降低可使下颌骨出现疏松化改变，但其测量方法的准确性尚未得到肯定。Elovic［3］的研究则仅限于低应力环境 对于去势大鼠颌骨的影响。而单侧咀嚼功能代偿性加强等高应力环境对不同全身背景的颌骨如何影响至今少有报道。作者［4］曾研究了下颌骨高、低应力环境分别 对去势和正常大鼠下颌骨骨量的影响。由于受大鼠皮质骨的影响，其骨密度结果不能完全反映下颌骨松质骨的改变。由于大鼠松质骨与人类有很大的相似性，对人类 有很好的参考价值，因此，通过骨组织形态计量学方法对上述问题进行研究是非常必要的。
材料和方法
一、实验分组：选用5月龄健康雌 性SD大鼠48只，随机分为4组，每组又根据观察时间长短分为两小组，即1.5月组和3月组；实验分组情况见表1。OVX(ovariectomized rats)：指双侧卵巢切除的去势大鼠；Sham-OVX,Sham：假去势大鼠；右上磨牙拔除组：简称拔牙组。

表1　实验分组情况(只)

二、下颌骨高、低应力环境模型的建立：右侧上颌全部磨牙拔除使该侧下颌骨咀嚼功能降低而处于低应力环境中(非咀嚼侧)，左侧下颌骨则因咀嚼功能加强而处于相对的高应力环境中(咀嚼侧)。
三、动物处理和观察：OVX组在1%戊巴比妥钠4ml/kg腹腔注射麻醉下进行去势手术，逐层切开腹腔，缝扎卵巢动脉后，行双侧卵巢切除，然后逐层缝 合；Sham-OVX组则仅将双侧卵巢附近脂肪各切除一块，其余同OVX组。术前及术后均常规饮食。2周后，拔牙组动物在1%戊巴比妥钠腹膜注射麻醉下进 行右侧上颌全部磨牙拔除，非拔牙组同样施行全麻作为对照。术后，各组动物也在同等情况下进食，自由饮水，定期记录体重，到达观察时限后用过量乙醚麻醉处 死，分离双侧下颌骨，立即置于10%福尔马林中固定三周。
四、下颌骨骨组织形态计量学测量：截取磨牙段下颌骨，用混合酸脱钙液脱钙1周，流动 水冲洗24小时，常规脱水透明，石蜡包埋，取第一磨牙正中冠状断面切片(7μm)，HE染色。将上述切片在LeicaQ550IW微机图像处理与分析系统 中进行骨组织形态计量学测量，包括以下指标［4］：①松质骨面积比Cancellous Bone Area(Cn.Ar%)；②骨小梁平均宽度Tra becular Width(Tb.Wi,μm)；③骨小梁数目Trabecular Number(Tb.N,mm-1)；④骨小梁平均间隔宽度Trabecular Separation(Tb.Sp,μm)
五、统计方法：所得数据均采用SPSS6.0统计软件进行均数比较，多组间的均数比较采用单因素方差分析，同组大鼠咀嚼侧与非咀嚼侧相比采用配对t检验。
结果
一、一般情况
去势手术后1周大鼠体重即开始增加，至处死时去势1.5月组和3月组大鼠体重均明显大于同期假去势组大鼠(P＜0.01)。而拔牙手术不影响大鼠的体重变化(P＞0.05)。
二、各组下颌骨骨组织形态计量学参数变化
1.松质骨面积比(Cn.Ar%)在不同组间的变化情况(见表2)
⑴.OVX大鼠下颌骨的Cn.Ar%均较同期Sham组显著降低(P＜0.05)；Sham 3月组与1.5月组两组间Cn.Ar%无显著性差别；而OVX 3月组下颌骨的Cn.Ar%较OVX1.5月组显著下降(P＜0.05)；
⑵.Sham拔牙组1.5月和3月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Cn.Ar%无显著性差别(P＜0.01)，与同期非拔牙对照组相比也无显著性差别。
⑶.OVX拔牙组1.5月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Cn.Ar%差距明显增大，两者有非常显著性的差异(P＜0.01)，但咀嚼侧与非咀嚼侧的测量值与 OVX同期对照组无显著差异；3月时，两者差距进一步加大，与同期OVX对照组相比，咀嚼侧测量值显著偏高(P＜0.05)；非咀嚼侧测量值进一步降低， 与咀嚼侧有极其显著性的差异，与同组同时期非拔牙对照组有非常显著性的差别(P＜0.01)，也比1.5月时的非咀嚼侧明显降低(P＜0.05)。

表2　下颌骨松质骨面积比(Cn.Ar%)
在不同组间的变化情况

　　a：与同组同时期咀嚼侧比较P＜0.01；b：与同组同期非拔牙对照组比较P＜0.05；*：与同组同侧1.5月时比P＜0.05；△：与同期Sham对照组比P＜0.05
2.骨小梁平均宽度(Tb.Wi)在不同组间的变化情况(见表3)
⑴.OVX大鼠下颌骨的Tb.Wi均较同期Sham组显著降低(P＜0.05)；Sham3月和1.5月组间、OVX3月和1.5月组间Tb.Wi均无显著性差别；
⑵.Sham拔牙组1.5月和3月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Tb.Wi无显著性差异，也都与同期非拔牙对照组无显著差异；
⑶.OVX拔牙组1.5月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Tb.Wi差距明显增大，并有显著性的差异(P＜0.01)，咀嚼侧的测量值比OVX同期对照组显著增大 (P＜0.01)，非咀嚼侧也比同期对照组明显降低(P＜0.05)；3月时，两者差距进一步加大，与同期OVX非拔牙对照组相比，咀嚼侧测量值显著升 高；非咀嚼侧测量值则进一步降低，与同期对照组有显著性差别(P＜0.05)，也比1.5月时的非咀嚼侧有明显降低(P＜0.05)。

表3　下颌骨骨小梁平均宽度(Tb.Wi,μm)
在不同组间的变化情况
 

　　a：与同组同时期咀嚼侧比较　P＜0.01；b：与同组同期非拔牙对照组比较P＜0.05；*：与同组同侧1.5月时比P＜0.05；△：与同期Sham对照组比P＜0.05
3.骨小梁数目(Tb.N)在不同组间的变化情况(见表4)
⑴.OVX组大鼠下颌骨的Tb.N与同期Sham组比虽有降低，但无显著性差异；
⑵.Sham拔牙组1.5月和3月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Tb.N无显著变化，也与对照组无显著差别；
⑶.OVX拔牙组1.5月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Tb.N无显著性差别，咀嚼侧与非咀嚼侧的测量值与同期OVX对照组均无差异；3月时，两者差距加大，咀 嚼侧与非咀嚼侧有显著性差别(P＜0.05)，但与同期对照组和1.5月时的咀嚼侧相比，咀嚼侧测量值无显著变化，非咀嚼侧测量值则进一步降低，与同期 OVX对照组有显著性的差别(P＜0.05)，也比1.5月时的非咀嚼侧有明显降低(P＜0.05)。

表4　下颌骨骨小梁数目(Tb.N,mm-1)
在不同组间的变化情况

　　a：与同组同时期咀嚼侧比较　P＜0.01；*：与同组同侧1.5月时比P＜0.05
4.骨小梁平均间隔宽度(Tb.Sp)在不同组间的变化(见表5)

表5　下颌骨骨小梁平均间隔宽度(Tb.Sp,μm)
在不同组间的变化

　　a：与同组同时期咀嚼侧比较　P＜0.01；b：与同组同期非拔牙对照组比较　P＜0.05；*：与同组同侧1.5月时比P＜0.05；△：与同期Sham对照组比P＜0.05
⑴.OVX1.5月组的Tb.Sp较同期Sham组有所增大，但无显著性差别，OVX3月组的Tb.Sp则较同期Sham组显著增大 (P＜0.05)；Sham3月组大鼠下颌骨Tb.Sp较Sham1.5月组有所增大，但无显著性差别，OVX3月组Tb.Sp则较OVX1.5月组显著 增大(P＜0.05)
⑵.Sham拔牙组1.5月和3月时咀嚼侧与非咀嚼侧的Tb.Sp相比无显著性差异，与同期非拔牙对照组比也无差别；
⑶.OVX拔牙组1.5月时非咀嚼侧的Tb.Sp较咀嚼侧略增大，但无显著性的差异，它们的测量值分别与同期对照组无显著差异；3月时非咀嚼侧的 Tb.Sp比咀嚼侧显著增大(P＜0.01)。与同期对照组相比，咀嚼侧测量值明显偏低(P＜0.05)，但与1.5月时的咀嚼侧无显著差别，非咀嚼侧测 量值进一步增大，与同期OVX对照组有显著性差别(P＜0.05)，比1.5月时的非咀嚼侧也明显偏大(P＜0.05)。
讨　论
一、骨组织形态计量学在下颌骨骨丢失研究中的应用
影响骨质量的因素除了骨矿含量或骨密度以外，松质骨的构筑特征也十分重要［5］。近年来，研究者注意到低骨量并非是骨质疏松症骨折的决定因素，松质骨的 三维结构同样决定着骨的抗折强度和骨丢失速度［6］。对于颌骨也是如此，松质骨骨小梁结构对颌骨丢失速度的影响也起着主要作用，是应力等其它因素影响的敏 感区域。骨小梁由相互连接的弯曲骨板、骨柱(curved plate and struts)组成，是非均质性、多孔状的高度各向异 性结构，单用组织学形态难以描述骨小梁的结构变化。又由于大鼠皮质骨较厚，并且缺乏哈 佛氏系统和皮质内改建，与人类存在较大差异［5］。因此，采用骨密度值也不能完全反映其松质骨的改变。而骨组织形态计量学［6，7］(Bone Histomorphometry)是用来描述和研究骨小梁变化的有效指标，它可从平面图像中定量分析骨组织的三维结构变化，并弥补过去骨密度测量中的不 足。
二、雌激素低下与下颌骨骨小梁结构的改变
作者［4］以前的研究已证实，去势大鼠雌激素低下可造成下颌骨骨密度的降低。本研究 的骨组织形态计量学结果也表明去势后的大鼠下颌骨骨小梁结构出现吸收变细和破坏，表现为松质骨面积比和骨小梁平均宽度减小，骨小梁间隔宽度增大，而骨小梁 数目无显著变化，其结果与杜莉［8］的结果相似。由此可见，去势后由于雌激素低下，全身骨代谢［9］出现负平衡，不仅全身骨量会发生降低，下颌骨骨小梁也 同样会出现疏松化改变。由于骨形态计量学结果直接反映松质骨三维结构的变化，其结果较骨密度测量更能反映去势对下颌骨的影响。
三、应力环境改变对下颌骨骨小梁结构的影响
生理状况下，骨处于最佳应力环境中，骨转换维持平衡。当力学环境变化时，骨改建也相应地改变，骨转换最终在新的基础上达到平衡。有关应力环境与长骨改建 的研究目前开展非常广泛。但对于不同咀嚼功能情况下的应力环境改变与颌骨骨改建的关系一直缺少深入研究。作者［4］曾研究了下颌骨高、低应力环境分别对去 势和正常大鼠下颌骨骨量改变的影响。结果发现单侧咀嚼引起的应力环境变化对正常对照大鼠下颌骨骨量变化无显著影响，而对于去势大鼠高应力环境可减缓雌激素 低下所引起的下颌骨骨量丢失，而低应力环境则加速其骨丢失进程。但由于受大鼠皮质骨的影响，其骨密度结果不能完全反映下颌骨松质骨的改变。本文通过骨组织 形态计量学方法研究应力环境改变对下颌骨松质骨结构的影响，结果进一步证实了以前骨密度的研究结果。我们发现应力环境改变对Sham组大鼠影响较小。在实 验后1.5月和3月时，咀嚼侧(高应力侧)与非咀嚼侧(低应力侧)间松质骨面积比、骨小梁平均宽度、骨小梁数目和骨小梁平均间隔宽度均无显著差异。其原因 可能是：应力环境的改变可能不显著，高应力或低应力环境均未达到其所能引起效应的阈值。其结果与Wowern［2］的观察略有差异，Wowern发现正常 大鼠的单侧咀嚼功能降低可使下颌骨出现疏松化改变，其差异的原因可能是两者采用的方法敏感度不同。而对于去势组，骨组织形态计量学的结果表明，在1.5月 和3月时，非咀嚼侧下颌骨松质骨面积比、骨小梁平均宽度比咀嚼侧均发生了显著性降低，骨小梁平均间隔宽度则显著增大。骨小梁数目在1.5月时变化尚不明 显，但到3月时，非咀嚼侧的骨小梁数目也显著减少。由此可以看出，非咀嚼侧骨小梁的改变首先表现为吸收变细，骨髓腔增大，随着时间的增加，骨小梁的数目才 发生减少。而且3月时的非咀嚼侧各测量值显著低于同期的非拔牙对照组，并也显著低于拔牙组1.5月时的非咀嚼侧。由此说明，随着时间的延长，低应力环境引 起的骨小梁吸收更明显。本研究还发现在去势3月时，拔牙组咀嚼侧下颌骨骨小梁各测量值与去势3月非拔牙组比表现为显著升高，说明咀嚼侧的高应力环境有明显 减缓雌激素低下引起的下颌骨骨小梁吸收。但其值仍比同期Sham组显著偏低，说明咀嚼侧的高应力环境作用有限，尚无明显的骨形成作用。其原因［10］可能 是：①咀嚼侧的功能加强对应力环境的增高并不显著，尚未达到引起效应的阈值；②雌激素低下时减弱了高应力环境可能引起的成骨效应，下颌骨对应变感应的准确 性下调，需要更大的应变值或者更长的作用周期才能彻底抵消雌激素低下所造成的骨丢失。此点也说明了本文中发现的应力作用时间与骨小梁改建的关系。而对于低 应力环境，由于雌激素低下引起的效应类似于废用性骨吸收，因此，两者的协同作用扩大了各自所能引起的效应［11］，而显著促进骨小梁吸收。
由于大鼠松质骨改建与人类近似，因此，本文结果对临床有一定的指导意义。提示临床对于绝经后妇女等有全身系统性骨丢失倾向的患者，当其咀嚼功能丧失较多时，应尽早恢复其咀嚼功能，这对于保持其颌骨骨量、骨小梁结构，减少颌骨骨丢失有重要的作用。
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