张 元 勋 　 李 德 义 　 庄 圭 荪

（ 中 国 科 学 院 上 海 原 子 核 研 究 所 ， 上 海 201800 ）

王 智 兴 　 夏 筠

（ 上 海 第 二 医 科 大 学 附 属 瑞 金 医 院 ， 上 海 市 伤 骨 科 研 究 所 ， 上 海 200025 ）

摘 　 要 　 本 项 工 作 培 育 家 兔 造 成 骨 质 疏 松 模 型 , 用 於 研 究 妇 女 骨 质 疏 松 患 者 骨 中 无 机 元 素 的 变 化 机 理 。 使 用 中 子 活 化 分 析 技 术 测 定 三 十 例 家 兔 髂 骨 中 无 机 元 素 含 量 , 结 果 表 明 实 验 组 中 F 元 素 含 量 较 对 照 组 显 着 增 高 ( P < 0.001 ) , 镁 元 素 含 量 显 着 减 少 ( P < 0 .001 ) , 而 其 它 元 素 K 、 Na 、 Ca 、 Ba 、 Mn 、 Sr 在 两 组 之 间 无 显 着 差 异 , 结 合 家 兔 血 清 生 化 指 标 的 测 定 , 探 讨 了 元 素 对 维 持 正 常 骨 结 构 的 意 义 。 　 关 键 词 　 骨 质 疏 松 , 无 机 元 素 , 中 子 活 化 分 析
人 体 骨 骼 是 由 有 机 物 、 无 机 物 和 水 三 种 成 分 组 成 的 , 无 机 物 除 了 钙 、 磷 、 纳 和 钾 等 常 量 元 素 外 , 还 包 括 镁 、 锰 、 铁 、 铬 、 镍 、 铜 、 锌 、 硒 和 锶 等 人 体 必 需 的 微 量 元 素 , 有 些 毒 性 元 素 例 如 铅 也 会 蓄 积 在 骨 内 , 这 些 离 子 封 闭 在 骨 骼 内 , 还 可 与 其 它 离 子 结 合 在 一 起 , 可 见 微 量 元 素 与 骨 的 结 构 关 系 密 切 。
近 年 来 , 我 国 老 年 人 囗 以 每 年 3 % 的 速 度 迅 速 增 加 , 预 计 到 2000 年 , 六 十 岁 以 上 老 人 将 突 破 4 亿 。 老 年 人 的 骨 质 疏 松 症 已 成 为 常 见 病 , 妇 女 绝 经 後 患 此 病 尤 多 。 骨 质 疏 松 症 主 要 是 骨 矿 含 量 减 少 , 使 骨 折 发 生 的 危 险 明 显 升 高 , 严 重 威 胁 着 老 年 人 的 生 活 质 量 和 寿 命 。 为 了 深 入 研 究 骨 质 疏 松 患 者 骨 中 无 机 元 素 变 化 机 理 , 本 项 研 究 采 用 家 兔 造 成 骨 质 疏 松 模 型 後 , 使 用 中 子 活 化 分 析 技 术 测 定 疏 松 组 和 正 常 组 家 兔 髂 骨 中 的 宏 量 和 微 量 元 素 , 观 察 元 素 变 化 与 骨 质 疏 松 之 间 相 互 关 系 , 探 讨 元 素 对 维 持 正 常 骨 结 构 的 意 义 。 结 合 血 清 中 生 化 指 标 的 测 定 , 进 一 步 了 解 老 年 骨 质 疏 松 患 者 骨 内 无 机 元 素 和 生 化 叁 数 的 变 化 规 律 , 为 骨 质 疏 松 的 预 防 和 治 疗 提 供 依 据 。
	1.1	样 本 培 养
		实 验 家 兔 是 由 上 海 松 江 县 松 联 实 验 动 物 场 提 供 纯 新 西 兰 种 成 年 雌 性 家 兔 三 十 只 , 饲 养 期 为 七 个 月 , 平 均 体 重 3 Kg 。 随 机 分 为 两 组 , 其 中 21 只 作 为 正 常 对 照 组 , 使 用 手 术 刀 取 得 髂 骨 样 品 , 冷 冻 乾 燥 後 备 用 。 其 馀 9 只 在 无 菌 条 件 下 手 术 摘 除 两 侧 卵 巢 , 在 普 通 级 环 境 中 继 续 饲 养 八 个 月 , 通 过 骨 密 度 测 量 确 定 已 患 骨 质 疏 松 症 後 , 取 得 髂 骨 置 於 低 温 下 保 存 备 用 。
	1.2	样 品 处 理
		实 验 所 用 的 器 具 包 括 坩 埚 、 样 品 盒 、 聚 乙 烯 膜 等 都 用 1 : 1 硝 酸 溶 液 浸 泡 2 4 小 时 , 然 後 用 去 离 子 水 冲 洗 乾 净 , 在 净 化 室 中 自 然 晾 乾 备 用 。
		首 先 将 每 份 髂 骨 样 品 精 确 称 重 後 , 分 别 装 入 坩 埚 , 然 後 放 入 马 弗 炉 内 加 热 至 2 0 0 ℃ , 约 2 小 时 後 再 将 温 度 升 高 至 400 ℃ , 温 控 2 小 时 後 骨 样 炭 化 成 灰 褐 色 , 冷 却 後 用 玻 璃 捧 将 炭 化 物 研 成 粉 末 状 。
		每 个 样 本 称 取 炭 粉 约 100 mg , 装 入 乾 净 的 聚 乙 烯 小 袋 内 封 囗 後 , 置 於 中 子 活 化 跑 兔 装 置 专 用 的 聚 乙 烯 小 瓶 内 待 用 。
	1.3	实 验 测 定
		实 验 测 定 是 使 用 上 海 分 析 测 试 中 心 微 型 反 应 堆 中 子 活 化 分 析 装 置 。所 有 样 品 在 反 应 堆 的 5 x 1011 n/cm2·sec 热 中 子 通 量 下 辐 照 60 秒 , 然 後 根 据 所 生 成 放 射 性 核 素 衰 变 时 间 的 长 短 分 两 次 使 用 Ortec 公 司 Ge (Li) 探 测 器 (对 60Co 分 辨 率 为 2 Kev) 测 定 它 们 的 放 射 活 性 , 对 钙 、 氟 、 镁 、 钠 等 元 素 , 辐 照 後 马 上 测 定 它 们 的 放 射 活 性 , 测 量 时 间 为 40 秒 。 对 於 钡 、 锰 、 锶 、 钾 等 元 素 ， 辐 照 後 等 待 2- 4小 时 再 测 定 它 们 的 放 射 活 性 , 测 量 时 间 为 600 秒 。 由 探 测 器 测 得 的 活 性 转 换 成 电 信 号 并 耦 合 到 一 个 多 道 ( 8129 道 ) 脉 冲 幅 度 分 析 器 和 微 机 系 统 进 行 能 谱 解 析 和 数 据 获 取 。
		使 用 配 制 的 化 标 作 相 对 定 量 , 同 时 使 用 美 国 国 家 标 准 技 术 研 究 所 ( NIST ) 研 制 的 骨 粉 标 准 叁 考 物 质 Bone Meal - 1486 作 为 分 析 质 控 。
	2.1	骨 样 本 乾 湿 比
		表 1 分 别 列 出 了 两 组 家 兔 髂 骨 的 平 均 湿 重 、 冷 冻 乾 燥 达 到 恒 重 後 的 乾 重 、 高 温 炭 化 後 的 粉 末 重 量 以 及 它 们 的 相 对 比 值 。 可 以 看 出 ， 正 常 组 的 乾 / 湿 , 炭 化 物 / 乾 和 炭 化 物 / 湿 三 项 指 标 高 於 病 变 组 7% - 14% , 说 明 卵 巢 摘 除 後 家 兔 髂 骨 矿 物 质 含 量 呈 明 显 下 降 趋 势 。
		表 1 　 骨 样 乾 湿 比 测 定
		对 照 组 (n=21) Control group 实 验 组 (n=9) Experimental group 湿 重 (g) Wet weight 2.01 ± 0.29 2.51 ± 0.17 乾 重 (g) Dry weight 1.46 ± 0.22 1.71 ± 0.21 炭 化 物 (g) Carbide weight 0.76 ± 0.16 0.82 ± 0.15 乾 /湿 Dry/Wet 0.73 ± 0.07 0.68 ± 0.07 炭 化 物 /乾 Carbide/Dry 0.52 ± 0.04 0.48 ± 0.05 炭 化 物 /湿 Carbide/Wet 0.38 ± 0.04 0.33 ± 0.05
	2.2	无 机 及 微 量 元 素 浓 度
		表 2 列 出 家 兔 髂 骨 无 机 元 素 的 中 子 活 化 分 析 结 果 。 使 用 T 检 验 统 计 方 法 比 较 对 照 组 和 实 验 组 的 平 均 浓 度 差 异 , 可 以 看 出 在 实 验 组 中 F 元 素 含 量 明 显 高 於 对 照 组 , Mg 元 素 含 量 明 显 低 於 对 照 组 , 它 们 之 间 有 非 常 显 者 差 异 ( P < 0.001 ) , 而 元 素 Ca 、 Na 、 Ba 、 Mn 、 Sr 、 K 两 组 之 间 无 显 着 差 异 。
		表 2 　 家 兔 髂 骨 无 机 元 素 的 NNA 测 定 结 果 (μg/g)
		元 素 Element 对 照 组 ｘ+σ (例 数) Control Group (cases) 实 验 组 ｘ+σ (例 数) Experimental Group (cases) T 值 显 着 性 水 平 P Significance Ca 331790 ±33500 (21) 341280 ±22580 (9) 0.7735 --- F 991 ± 387 (21) 2075 ± 267 (9) 7.6118 <0.001 Mg 5274 ± 646 (21) 4438 ± 194 (9) 3.7720 <0.001 Na 7594 ± 815 (21) 8106 ± 545 (9) 1.8750 --- Ba 108 ± 59 (7) 111 ± 38 (2) 0.1508 --- Mn 1.026 ± 0.18 (21) 1.060 ± 0.16 (9) 0.4832 --- Sr 215 ± 49 (20) 205 ± 61 (9) 0.4782 --- K 1763 ± 500 (21) 2021 ± 610 (9) 1.4772 ---
	2.3	生 化 指 标 测 定
		除 测 定 无 机 和 微 量 元 素 外 , 我 们 同 时 采 集 家 兔 卵 巢 摘 除 前 和 摘 除 後 八 个 月 的 血 清 样 本 , 测 定 手 术 前 後 　 性 磷 酸 　 、 酸 性 磷 酸 　 和 骨 特 异 性 磷 酸 　 指 标 。 表 3 列 出 的 测 定 结 果 表 明 , 摘 除 卵 巢 8 个 月 後 的 血 清 　 性 磷 酸 　 、 酸 性 磷 酸 　 和 骨 特 异 性 　 性 磷 酸 　 活 性 均 低 於 手 术 前 , 差 异 均 非 常 显 着 ( P < 0 .001 ) 。 骨 特 异 性 　 性 磷 酸 　 活 性 降 低 的 幅 度 比 　 性 磷 酸 　 明 显 。
		表 3 　 新 西 兰 兔 卵 巢 摘 除 前 、 後 三 种 血 清 磷 酸 活 性 的 变 化 U/L
		手 术 前 Before Operatipon 手 术 後 八 个 月 8 Months after operation 下 降 比 例 ％ Reduce Rate 显 着 性 水 平 P Significance 酸 性 磷 酸 Acid phosphatase 19.06 ±5.46 11.04 ±4.10 42.08 <0.001 性 磷 酸 Alkaline Phosphatase 20.06 ±8.20 14.60 ±4.64 27.22 <0.001 骨 特 异 性 性 磷 酸 Bone Specific Alkaline Phosphatase 14.04 ±1.67 4.44 ±2.10 68.38 <0.001
	骨 中 微 量 元 素 含 量 测 定 文 献 报 导 甚 少 , 这 与 骨 样 制 备 和 测 定 困 难 有 关 , 常 用 原 子 吸 收 光 谱 法 ( AAS ) 和 离 子 质 谱 仪 ( SIMS ) 测 定 , 但 它 们 不 能 作 多 元 素 同 时 分 析 , 因 此 工 作 效 率 很 低 。 本 工 作 采 用 中 子 活 化 分 析 技 术 弥 补 了 这 一 不 足 。 它 能 一 次 同 时 分 析 测 定 各 种 元 素 , 快 速 、 准 确 地 得 到 分 析 结 果 , 已 成 功 地 运 用 於 微 量 分 析 领 域 。
	骨 质 疏 松 通 常 是 由 於 骨 矿 成 分 和 骨 基 质 等 比 例 地 减 少 , 使 骨 的 结 构 和 功 能 发 生 变 化 而 造 成 的 疾 病 。 近 二 十 年 的 研 究 表 明 , 镁 在 骨 质 疏 松 症 中 的 作 用 已 引 起 人 们 的 注 意 , 人 体 内 镁 总 量 的 一 半 以 上 是 在 骨 内 , 镁 的 缺 乏 在 骨 质 疏 松 形 成 中 起 了 一 个 明 显 的 作 用 。 Freitay 曾 系 统 观 察 M g 缺 乏 狗 的 骨 形 态 学 、 生 化 及 激 素 的 变 化 , 证 实 患 有 骨 质 疏 松 症 的 狗 骨 内 Mg 含 量 低 於 对 照 组 , 从 骨 定 量 分 析 , 无 论 是 以 骨 基 质 的 百 分 数 , 还 是 以 骨 总 面 积 覆 盖 的 类 骨 质 的 百 分 数 来 比 较 , Mg 缺 乏 组 均 显 着 低 於 对 照 组 。 John 等 人 调 查 了 老 年 性 绝 经 後 和 药 物 引 起 的 骨 质 疏 松 症 60 例 , 发 现 红 细 胞 中 镁 的 水 平 下 降 , 且 与 骨 质 疏 松 症 的 严 重 程 度 成 正 比 。 我 们 的 结 果 与 国 内 外 的 结 论 相 一 致 , 病 变 组 骨 Mg 含 量下 降 , 引 起 骨 矿 含 量 减 少 。 表 明 镁 作 为 骨 的 催 化 剂 是 控 制 骨 基 质 形 成 的 最 重 要 因 素 之 一 , 它 的 矿 化 作 用 在 老 年 性 和 绝 经 後 骨 质 疏 松 症 的 发 病 机 理 中 起 重 要 作 用 。
	我 们 的 结 果 显 示 髂 骨 中 氟 含 量 实 验 组 明 显 高 於 对 照 组 , 值 得 进 一 步 深 入 探 讨 。 已 有 文 献 表 明 , 骨 氟 是 随 年 龄 的 增 长 而 逐 渐 积 累 。 氟 能 影 响 骨 细 胞 的 生 物 功 能 以 及 骨 晶 体 的 生 化 性 能 , 氟 激 活 成 骨 细 胞 并 增 加 松 质 骨 量 , 然 而 它 对 骨 析 发 病 率 的 影 响 尚 有 争 议 , 也 可 能 与 剂 量 有 关 。 有 人 做 过 一 组 双 盲 对 照 研 究 , 采 用 氟 化 钠 75 mg/ 日 , 尽 管 脊 椎 骨 量 增 加 , 但 股 骨 骨 折 的 实 际 发 病 率 增 加 , 椎 体 骨 折 的 发 病 率 无 明 显 变 化 。 现 代 研 究 表 明 , 氟 化 物 能 稳 定 矿 物 质 结 晶 和 刺 激 成 骨 细 胞 形 成 新 的 基 质 , 但 由 於 氟 治 疗 会 增 加 骨 的 脆 性 和 存 在 氟 中 毒 的 副 作 用 , 对 其 广 泛 应 用 仍 持 有 不 同 意 见 , 提 示 氟 治 疗 和 氟 化 物 治 疗 值 得 进 一 步 研 究 。