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目的:研究软骨下骨三维结构及力学性能在大鼠膝骨关节炎模型中的变化,并观察柔肝中药对力学性能的的干预作用。 方法:实验一:健康6周龄雄性SD(Sprague Dawley,SD)大鼠,随机分为模型组(n=15)及空白组(n=15),以改进ACLT(Anterior Cruciate LigamentTransection)方法建立右膝关节骨关节炎模型,连续饲养6周后,分别切取关节面上下各1cm左右膝关节,行Micro-CT扫描,利用Micview软件依次将内外侧胫骨平台软骨下骨板、内外侧软骨下骨小梁及骺板下骨小梁区域分为1-5个兴趣区(Region of Interest,ROI)。分别计算分析每个区域的微结构参数,包括:软骨下骨密度(BMD)、骨矿物质含量(BMC)、骨体积分数(BV/TV)、软骨下骨板厚度(Ct.Th)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁间隙(Tb.Sp)、骨小梁数(Tb.N)。 实验二:将实验一获得的DICOM格式图像导入MIMICS软件中进行拟合,建立膝关节三维模型,并再次利用hypermesh和ABAQUS等软件进行有限元运算分析处理,加载负荷根据大鼠体重定位5N。分析计算得到胫骨平台内外侧各自最大Von Mises应力(VM)和位移(displacement,DIS),以VM/DIS评估软骨下骨硬度(STIFFNESS)。 实验三:健康6周龄雄性SD大鼠45只随机分为模型组(n=15)、空白组(n=15)和中药组(n=15),采用ACLT(方法右膝造模。中药组使用柔肝中药提取物HBP-A干预6周(按31.25mg/kg人体等效用药量),根据实验二方法得到软骨下骨的最大VM,DIS并计算STIFFNESS。 以上所有数据使用SPSS17.0统计软件分析处理。 结果:模型组与空白组相比,模型组骨矿物质含量(6.03±0.69 vs6.60±0.58,P<0.05)、软骨下骨密度(353.51±46.06 vs383.84±23.30,P<0.05)、骨体积分数(0.42±0.04 vs0.44±0.02,P<0.05)、骨小梁数(4.49±0.36 vs4.68±0.19,P<0.05)等参数均下降,骨小梁间隙(0.19±0.02 vs0.18±0.01)增大,软骨下骨硬度增强(11.21±3.43 vs7.37±1.06,P<0.05)。 在手术侧膝关节炎模型中,软骨下骨内侧与外侧相比,骨矿物质含量(6.04±0.69 vs7.06±1.14,P<0.05)和软骨下骨密度(351.29±44.42 vs352.97±45.44)均降低,硬度则增高(11.21±3.43 vs7.87±2.47,P<0.05)。 中药干预后,软骨下骨BMD较模型组有所提升(中药组370.55±61.44 vs模型组347.20±37.11,P<0.05);软骨下骨STIFFNESS有所降低(中药组9.41±2.05 vs模型组13.44±5.80,P<0.05)。 结论:在大鼠膝关节骨性关节炎模型中,软骨下骨三维结构发生改变,表现有明显的骨重塑和骨破坏,骨量及骨结构指标均有下降;软骨下骨硬度增强和厚度增大,力学性能降低;柔肝中药提取物HBP-A一定程度上可以改善软骨下骨力学性能,提高缓冲震荡能力。