糖尿病大鼠髌腱的生物力学变化与骨化三醇的治疗作用

摘要

目的：
　　糖尿病作为一种复杂的代谢性疾病，可引起多个系统的相关并发症。既往研究发现糖尿病与骨质疏松症[1]，肾脏疾病[2]，心血管并发症[3]及视网膜病变息息相关[4]。近年来，糖尿病对肌腱的影响已有一定认识，研究证实体内持续的高血糖状态与肌腱损伤相关，糖尿病是造成肌腱病变发生发展的一个重要因素。目前对于糖尿病时期的研究从几天到数周不等，主要集中于跟腱的研究。很多研究表明肌腱的机械特性下降，如肩袖损伤模型中，糖尿病损害腱骨的愈合，腱骨复合体断裂载荷与刚度下降[5]，糖尿病模型19天时大鼠髌腱杨氏模量下降[6]，糖尿病使损伤肌腱刚度与峰载荷下降[7]等。
　　Ca作为第二信使参与胰岛素分泌，维生素D(1,25-(OH)2-VitD3）是人体必需的一种维生素，在Ca代谢中起重要作用。既往研究表明骨化三醇通过抑制肾素，降低氧化应激、炎症反应，减少蛋白尿可改善糖尿病肾病[8-10]，还可治疗糖尿病心肌疾病[11]，增加骨密度[12]及胰岛素敏感性[13]。然而，骨化三醇对糖尿病髌腱的影响还有待研究。
　　故本实验通过建立大鼠糖尿病模型，探究糖尿病髌腱刚度与蠕变特性等生物力学及组织学方面的变化，并通过应用骨化三醇作为治疗干预措施，探究骨化三醇对糖尿病退变肌腱的保护作用。探讨骨化三醇对糖尿病大鼠髌腱组织学变化，刚度及蠕变特性等生物力学的影响。本实验为随机对照试验。
　　方法：
　　65只清洁级雄性SD大鼠随机分为模型组（n=50）与对照组（n=15），模型组高糖高脂饲料喂养4周，对照组给予普通饲料喂养，4周后禁饮食过夜，次日按照30 mg/kg的剂量腹腔注射STZ柠檬酸溶液，对照组给予相同剂量的柠檬酸缓冲液[14]。72h后尾静脉取血监测血糖变化，33.3mmol/L≥空腹血糖≥11.1mmol/L则视为造模成功。后将40只成模大鼠随机分为糖尿病组与骨化三醇组，骨化三醇组每天腹腔注射骨化三醇1mg/kg，持续9周，空白对照组与单纯糖尿病组给予相同剂量的花生油腹腔注射。所有大鼠正常笼内活动，自由饮食。每周检测大鼠空腹血糖水平以检测血糖变化，若期间血糖小于11.1mmol/L，大鼠则被剔除出组。9周后切取大鼠髌骨-髌腱-胫骨复合体,(1)用数字测微计测量髌腱长、宽、厚度变化；(2)行HE染色，观察肌腱组织及腱骨结合处的形态学改变；(3)应用 BOSE3200生物力学实验机测定大鼠髌腱刚度与蠕变特性；(4)心脏穿刺取血，离心后用于1,25-(OH)2-VitD3水平测定。
　　结果：
　　1糖尿病组与骨化三醇组大鼠血糖水平明显高于对照组，且成模后血糖水平趋于稳定，骨化三醇组血糖水平略低于糖尿病组。
　　21,25-(OH)2-VitD3水平三组间差异两两均有显著性意义，糖尿病组1,25-(OH)2-VitD3水平明显降低，骨化三醇组水平升高，但与正常对照组依然有差别。
　　3大鼠髌腱肉眼与组织学发现与前人的观察结果相似[5,6]，正常对照组肌腱组织呈白色、有光泽，坚实而有弹性，而糖尿病肌腱标本肉眼观查呈灰暗、微棕、黄色样变，萎缩，脆弱，肌腱实质变软。
　　4髌腱长、宽、厚度测量结果可知，糖尿病组髌腱长、宽度较空白对照组均有明显下降，骨化三醇组仅髌腱长度较空白对照组有明显下降。骨化三醇组较糖尿病组髌腱长、宽、厚度增加，但两组差异无统计学意义。
　　5 HE染色可见，糖尿病组与骨化三醇组腱骨结合处较正常对照组纤维软骨量下降，胶原纤维稀疏萎缩明显。正常对照组肌腱胶原纤维平行紧密排列成束，而糖尿病组胶原纤维不规则卷曲，可见大量微小撕裂，细胞数量下降，骨化三醇组较糖尿病组退变明显减轻。
　　6生物力学发现，糖尿病组较正常对照组髌腱刚度明显下降，骨化三醇组较糖尿病组刚度增加，退变明显改善，但与正常对照组仍存在明显差异。在5N与10N的持续负荷下，糖尿病组较正常对照组髌腱蠕变特性明显下降，骨化三醇组较糖尿病组蠕变特性改善，但不能完全逆转肌腱的退变。设定最大拉伸负荷为200N，糖尿病组15只大鼠中的10只在实验过程中发生肌腱的撕裂．而正常对照组15只中仅有3只发生肌腱的撕裂，骨化三醇组则为5只肌腱断裂，其余至实验终止未发生肌腱断裂，糖尿病组大鼠肌腱拉伸载荷明显下降。
　　结论：
　　9周糖尿病大鼠存在明显的髌腱生物力学特性的下降，刚度与蠕变特性降低，最大拉伸载下降，肌腱强度下降。胶原纤维不规则卷曲，细胞密度下降，应用骨化三醇可在一定程度上改善糖尿病对肌腱退变的影响，这些发现为糖尿病患者肌腱退变的预防及治疗提供了有利的策略依据。

目录

英文缩写

前言

材料与方法

2 高糖高脂饲料的配制

3 实验主要试剂及配制

4 主要实验设备

5 手术器械

6 实验方法

结果

附图

附表

讨论

结论

参考文献

综述:糖尿病肌腱病变的研究进展

致谢

个人简历