应力环境影响双侧卵巢切除大鼠下颌骨骨量变化的研究

www.cnkang.com 2007-3-24 17:49:00 中华康网

　　【摘要】　目的　观察双侧卵巢切除(去势)(ovariectomy, OVX)大鼠下颌骨应力环境改变与下颌骨骨量的关系。方法　拔除大鼠右侧上颌全部磨牙，使咀嚼侧(左)、非咀嚼侧(右)下颌骨分别处于相对的高低应力环境中；利用去势手术(OVX)模仿绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis)。依此将48只雌性大鼠分为4组：①OVX+拔牙组，②OVX+非拔牙组，③Sham-OVX(假去势)+拔牙组，③Sham-OVX+非拔牙组。在实验1.5个月和3个月时应用单光子骨密度仪对各组大鼠下颌骨双侧进行骨密度测量。结果　去势大鼠下颌骨骨量显著低于正常对照组大鼠(P＜0.05)。对于正常大鼠，在拔牙3个月时，低应力侧下颌骨骨量显著低于高应力侧(P＜0.05)，但它们与非拔牙对照组的差异均无显著性。对于去势大鼠，低应力侧下颌骨骨量显著低于高应力侧(P＜0.01)，在3个月时，低应力侧骨量显著低于OVX同期对照组(P＜0.05)，而高应力侧下颌骨骨量显著高于OVX同期对照组(P＜0.05)，但与Sham-OVX同期对照组比，仍显著偏低(P＜0.05)。结论　咀嚼功能可减缓雌激素低下所引起的下颌骨快速骨丢失，对于保持下颌骨骨量有一定的作用；而咀嚼功能低下或缺失则加重其骨丢失进程。因此，对于有骨质疏松症的患者，应尽早恢复其咀嚼功能。

The effects of local stress on bone mass of mandibles in ovariectomized rats

ZHOU Yongsheng, ZHOU Shumin, LI Guozhen, et al.

　　(Department of Prosthodontics, School of Stomatology, Beijing Medical University, Beijing 100081, China)

　　【Abstract】　Objective　To observe the relationship between the change of stress environment of mandibles and their bone mass in normal and ovariectomized(OVX) rats.Methods　 The high and low stress environment models of mandibles were established by unilateral maxillary molars extraction. The masticatory sides of the mandibles were regarded as the high stress sides and the non-masticatory sides were regarded as the low stress sides. Ovariectomized rats were utilized as postmenopausal osteoporosis models and Sham-ovariectomized(Sham-OVX) rats as control group. According to these ideas, 48 female rats were divided into 4 groups: 1)OVX+extraction group; 2)OVX+non-extraction group; 3)Sham-OVX+extraction group; 4)Sham-OVX+non-extraction group. The bone mineral densities(BMD) of all mandibles were measured by single-photon absorptiometry bilaterally 1.5 months and 3 months after extraction.Results　The mandibles of ovariectomized rats had lower BMD than those of normal rats(P＜0.05). To normal rats, the BMD of mandibles in low stress sides were lower than the high stress sides 3 months after extraction(P＜0.05), but the BMD of the two sides were not significantly different to those of the non-extraction control ones(P＞0.05). To ovariectomized rats, the BMD of mandibles low stress sides were much lower than the high stress sides(P＜0.01). The BMD of mandibles in low stress sides were much lower than non-extraction ones of OVX group after 3 months(P＜0.05). The BMD of the high stress sides were much higher than those of the non-extraction control ones of OVX group(P＜0.05), but they were still lower than those of the non-extraction control ones of Sham-OVX group(P＜0.05).Conclusion　The results indicate that the masticatory functions(the high stress environment) tend to conserve the mandibular bone mass in patients with systemic osteopenia such as postmenopausal osteoporosis and the masticatory deficiency(the low stress environment) tends to aggravate mandibular bone loss induced by systemic osteopenia. The masticatory functions should be rehabilitated for these patients as early as possible.

　　【Key words】　 Stress；　 Osteoporosis；　 Bone mineral density

　　在口腔修复病例中牙列缺损或缺失十分常见。由于牙齿缺失后咀嚼功能降低或功能代偿，使剩余牙槽嵴或颌骨所处的应力环境(stress)改变。关于这种应力环境变化对颌骨骨量能产生何种影响，目前尚缺乏深入的研究。多数牙齿缺失后，通过牙齿传递给颌骨的力必然减少，其应力环境低于缺失前的水平。因此，许多学者认为剩余牙槽嵴会发生废用性吸收，但此种观点仍缺乏足够的依据［1］。而非缺失侧因咀嚼生理的要求而代偿性地增强功能且增加行使功能时间，处于相对的高应力环境中，它如何影响颌骨的改建亦缺乏深入研究。同时，患者全身条件不同也会影响应力因素对颌骨改建的作用。绝经后骨质疏松症即是一种全身骨转换加快的骨丢失过程［2］，它如何影响上述应力环境改变对颌骨的作用，尚未见报道。我们通过拔除大鼠上颌单侧全部磨牙模仿下颌骨局部应力变化，通过去势(ovariectomy, OVX)建立绝经后骨质疏松症模型，对上述问题进行探讨。

　　材料与方法

　　一、实验分组

　　选用5个月龄健康雌性SD大鼠48只，随机均分为4组。每组根据观察时间长短又分为2小组，即1.5个月组和3个月组。见表1。

表1　实验动物分组情况(只)

应力环境 Sham-OVX组 OVX组
1.5个月 3个月 1.5个月 3个月
非拔牙对照组 6 6 6 6
右上磨牙拔除组 6 6 6 6

　　注：OVX（ovariectomized rats）组：指双侧卵巢切除的去势大鼠；Sham-OVX或Sham组：假去势(仅切除卵巢附近脂肪模仿去势)大鼠　　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)，下颌骨左侧则因咀嚼功能代偿加强而处于相对的高应力环境中(咀嚼侧)。

　　三、实验动物处理和观察

　　所有大鼠饲养一周适应环境后开始进行实验。OVX组大鼠以1%戊巴比妥钠按4 ml/kg体重腹腔注射麻醉，行双侧卵巢切除术；Sham-OVX组大鼠则仅将双侧卵巢附近脂肪各切除一块，其余同OVX组。术前及术后均常规喂食。2周后，拔牙组动物又在上述麻醉下进行右侧上颌全部磨牙拔除术；非拔牙组仅同样施行麻醉，作为对照。术后各组动物在同等情况下进食，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，观察双侧嚼肌的体积和对称程度、下颌磨牙面磨耗程度并分离双侧下颌骨、股骨，立即置于10%甲醛中固定3周。

　　四、下颌骨磨牙段及股骨远侧干骺端骨密度(bone mineral density, BMD)的测定

　　将各组大鼠双侧下颌骨及右侧股骨彻底去净软组织后，在BMD-400E型单光子吸收骨密度仪(single-photon absorptiometer, SPA, 241　Am源，100 μCi，北京广播技术研究所)中测定BMD。测定时，将颌骨或股骨置于装有蒸馏水的有机玻璃盒支架上，固定位置，使颌骨颊面朝下，牙齿面与测定中心线垂直，第二磨牙位于测定中心线上；股骨测定时，将远侧干骺端置于测定中心线区，进行横越扫描。应用SPA测定大鼠股骨、下颌骨骨密度时的变异系数，分别为2.2%和3.1%。

　　五、统计方法

　　所得数据均采用SPSS 6.0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比较采用配对t检验。

　　结果

　　一、一般情况

　　去势手术后一周，大鼠体重即开始增加，至处死时去势1.5个月组和3个月组大鼠体重均明显大于同期假去势组大鼠(P＜0.01)。拔牙手术不影响大鼠的体重变化(P＞0.05)。

　　二、下颌磨牙面和嚼肌观察

　　肉眼观察右上颌磨牙拔除组(简称拔牙组)大鼠双侧嚼肌明显不对称，咀嚼侧较非咀嚼侧肥大，而非拔牙对照组双侧嚼肌基本对称。拔牙组咀嚼侧下颌磨牙较非咀嚼侧和非拔牙对照组双侧下颌磨牙面磨耗程度均重，其面牙尖低平，沟嵴不明显，而非咀嚼侧和对照组下颌磨牙牙尖尖锐，沟嵴明显。

　　三、股骨骨密度测定

　　行OVX手术1.5个月后，大鼠股骨远侧干骺端骨密度较同期Sham-OVX组有不同程度的降低，但其间差异无显著性。OVX手术3个月时，股骨远侧干骺端骨密度则较同期Sham-OVX组和Sham-OVX 1.5个月组大鼠明显降低，说明建模是成功的。同时可见拔牙手术对股骨干骺端骨密度无任何影响，见表2。

　　四、下颌骨骨密度变化

　　1. 雌激素低下与大鼠下颌骨骨密度的变化： OVX3个月组下颌骨BMD显著低于Sham-OVX各组(P＜0.05)，亦显著低于OVX1.5个月组(P＜0.05)；OVX1.5个月组下颌骨BMD较Sham-OVX 1.5个月时有所下降，但其间差异无显著性；Sham-OVX1.5个月组和3个月组之间，BMD值的差异亦无显著性，见表3。

表2　股骨远侧干骺端骨密度的变化(g/cm2)

应力环境 Sham-OVX组 OVX组
1.5个月 3个月 1.5个月 3个月
非拔牙

　　对照组
0.424±0.025 0.424±0.026 0.400±0.033 0.389±0.015*
拔牙组 0.421±0.027 0.425±0.018 0.396±0.032 0.387±0.014*

　　注：*：与Sham-OVX组比，P＜0.01

表3　去势大鼠下颌骨骨密度变化的特征(g/cm2)

动物模型 1.5个月 3个月
Sham-OVX 0.352±0.014 0.360±0.014　　
OVX 0.341±0.015 0.333±0.010*Δ

　　注：*：与Sham-OVX组比， P＜0.05；Δ:与同组1.5个月时比， P＜0.05

　　2. 应力环境或咀嚼功能对不同组大鼠下颌骨BMD的影响(表4)：

　　(1) Sham-OVX、OVX各非拔牙对照组左侧与右侧下颌骨BMD的差异均无显著性，采用同一数据。

　　(2) Sham-OVX拔牙组在拔牙1.5个月时，非咀嚼侧(低应力侧)下颌骨BMD比咀嚼侧(高应力侧)略降低，但差异无显著性；3个月时，非咀嚼侧BMD较咀嚼侧显著降低(P＜0.05)，但两侧的密度值与Sham-OVX同期非拔牙对照组之间，差异仍无显著性。

　　(3) OVX拔牙组在拔牙1.5个月时，非咀嚼侧下颌骨BMD就发生显著降低，较咀嚼侧平均低5.4%(P＜0.01)；咀嚼侧下颌骨BMD与同期OVX非拔牙组比，无显著变化；3个月时，非咀嚼侧与咀嚼侧BMD的差距进一步增大，平均低8.1%(P＜0.01)，同时其密度值也显著低于OVX3个月非拔牙组(P＜0.05)和OVX1.5个月拔牙组的非咀嚼侧(P＜0.05)。而咀嚼侧下颌骨BMD与OVX3月非拔牙组相比较，则显著升高(P＜0.05)；但与Sham-OVX3个月对照组比，仍显著偏低(P＜0.05)。

　　讨论

　　去势大鼠是作为研究绝经后骨质疏松症的经典动物模型［2］。近年来，它也逐渐被应用于口腔骨丢失(oral bone loss)的研究中［1］。由于大鼠骨改建的周期约40～45 d，而人类则为6～8个月。依此本实验将大鼠模型分为两种观察过程，即1.5个月和3个月，此过程相当于人的半年及一年时间［2］。本项研究中，OVX大鼠在去势后3个月，股骨远侧干骺端(主要由松质骨组成，反映BMD变化较股骨干敏感［3］) 以及下颌骨的BMD均显著降低，说明各组的去势手术是成功的。同时也说明大鼠去势后，下颌骨骨量的变化与股骨趋于一致。

　　一、大鼠下颌骨应力环境改变的模型建立

　　本项研究通过拔除大鼠右侧上颌全部磨牙的方法，建立下颌骨应力环境改变的模型。此与Wowern等［4］的研究相似，但他们仅研究了健康大鼠单侧上颌磨牙拔除后的下颌骨骨量改变。Elovic等［5］通过拔除双侧上颌全部磨牙，研究低应力环境对去势大鼠下颌骨骨量的影响。而咀嚼功能代偿性加强等高应力环境对去势大鼠颌骨的影响如何，至今尚未见报道。健康大鼠磨牙接触，切牙不接触，同时，大鼠又有持续磨牙的习惯。因此，磨牙缺失后，咀嚼侧(高应力侧)的功能负荷将明显加重，咀嚼侧面磨耗加重和嚼肌相对丰满在一定程度上反映出这种功能变化。而且非咀嚼侧嚼肌的相对萎缩变化与石虹等［6］的研究结果相似，当大鼠磨牙缺失后，长期的低功能状态，可导致嚼肌肌纤维直径不断减小，发生废用性萎缩。

表4　下颌骨骨密度的变化情况(g/cm2)

动物模型　非拔对照组(1) 拔牙组 P值
咀嚼侧(左)(2) 非咀嚼侧(右)(3) (1)-(2) (1)-(3) (2)-(3)
Sham 1.5个月 0.352±0.014 0.353±0.013 0.343±0.011　 ③ ③ ③
-OVX 3个月 0.360±0.014 0.364±0.015 0.348±0.015　 ③ ③ ①
OVX 1.5个月 0.341±0.015 0.349±0.014 0.330±0.012　 ③ ③ ②
　 3个月 0.333±0.010 　0.347±0.012Δ 0.319±0.016* ① ① ②

　　注：①：P＜0.05； ②：P＜0.01；③：P＞0.05；*：与同组同侧1.5个月时比，P＜0.05；Δ：与Sham-OVX 3个月组比，P＜0.05 　　二、高、低应力环境与下颌骨骨量的改变

　　应力环境对于长骨骨量、骨小梁结构的维持至关重要。高应力环境可使骨骼增粗，成骨能力增强；低应力环境则导致骨吸收的发生［7］。由于颌骨胚胎来源不同于长骨且所受应力环境不同，对于不同咀嚼功能情况下的应力环境改变与颌骨骨量变化的关系如何，值得深入研究。

　　本课题通过骨密度研究，发现应力环境改变对Sham组大鼠下颌骨骨量影响较小。在1.5个月时，非咀嚼侧(低应力侧)和咀嚼侧(高应力侧)下颌骨的BMD差异无显著性并与同期Sham非拔牙对照组相似。虽然在3个月时，非咀嚼侧的BMD比咀嚼侧显著降低(P＜0.05)，但它们的BMD值与同期非拔牙对照组相比，仍无显著性差别。由此可以说明，对于健康大鼠，随着时间的延长，应力环境的改变可使高应力侧下颌骨骨量大于低应力侧，说明应力作用对大鼠下颌骨骨量的维持有一定的作用。但与对照组相比，高应力环境并不显著促进下颌骨骨量的增加，低应力环境也不能明显导致下颌骨量的丢失。此结果与Wowern等［4］的研究略有差异，后者发现健康大鼠单侧咀嚼功能降低可使下颌骨出现疏松化改变，但其测量方法不同，我们认为，其结果反映的是形态学变化，而非骨量变化。其原因还可能是健康大鼠骨代偿能力较好，骨形成、吸收代谢平衡维持稳定，只有在应力环境变化非常显著时才会导致自身骨量的变化。

　　对于去势组，BMD测量结果显示，1.5个月时，拔牙组非咀嚼侧下颌骨BMD已发生显著降低；3个月时，与咀嚼侧BMD的差距进一步增大。同时非咀嚼侧BMD显著低于OVX3个月非拔牙对照组(P＜0.05)，也显著低于OVX1.5个月时拔牙组的非咀嚼侧(P＜0.05)。表明非咀嚼侧的低应力环境能明显加快去势大鼠下颌骨的骨量丢失。此结果与Elovic等［5］的发现一致。由于雌激素低下引起的效应类似于废用性骨吸收，两者的协同作用扩大了各自所能引起的骨丢失效应［8］，因此，必然显著促进骨吸收。而拔牙组3个月时咀嚼侧下颌骨BMD与OVX同期非拔牙对照组比较，表现为显著升高(P＜0.05)，表明咀嚼侧的高应力环境能明显减缓去势引起的下颌骨骨量的快速丢失。但咀嚼侧的BMD值与同期Sham对照组相比仍显著偏低，说明咀嚼侧的高应力环境作用有限，不能完全抑制骨丢失。其原因可能是：①咀嚼侧的功能加强使应力环境的增高尚未达到明显促进骨形成的阈值；②雌激素低下时减弱了高应力环境可能引起的成骨效应。本项研究还发现，去势后1.5个月和3个月时相比，后者所引起的下颌骨骨量改变更明显。说明应力环境改变时间越长，其引起的效应越明显。这些结果与作者的骨组织形态计量学研究一致［9］。

　　本项研究说明，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，颌骨骨量丢失甚至剩余牙槽嵴吸收等口腔骨丢失进程将明显加快。对此类患者，除防治骨质疏松外，应尽早恢复其咀嚼功能，这对于保持其颌骨骨量、减缓口腔骨丢失有重要的作用。

参考文献

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　　2．Thompson DD, Simmons HA, Pirie CM, et al. FDA guidelines and animal models for osteoporosis. Bone, 1995, 17:125-133.

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　　4．Wowern NV, Hjorting-Hansen E, Stoltze K. Changes in bone mass in rat mandibles after tooth extraction. Int J Oral Surg, 1979, 8:229-233.

　　5．Elovic RP, Hipp JA, Hayes WC. Maxillary molar extraction decreases stiffness of the mandible in ovariectomized rats. J Prosthet Dent, 1992, 67:67-71.

　　6．石虹, 袁绍芸, 肖邦良, 等. 大鼠磨牙缺失后咀嚼肌酶组织化学研究. 华西口腔医学杂志, 1990, 8:16-18.

　　7．Cheng MZ, Zaman G, Lanyon LE. Enhancement of loading-induced osteogenesis by estrogen in cultured female and male rat ulnae. J Bone Miner Res, 1994, 9:385.

　　8．Cheng MZ, Zaman G, Simon CF, et al. Mechanical loading and sex hormone interactions in organ cultures of rat ulna. J Bone Miner Res, 1996, 11:502-511.

　　9．周永胜, 周书敏, 李国珍, 等. 应力环境影响去势大鼠下颌骨骨小梁结构变化的研究. 现代口腔医学杂志，2000, 14: 148-151.