大鼠股骨头缺血性坏死模型的MRI评价

俞健力张闽光(通讯作者)

（上海中医药大学附属市中医医院放射科200071)

【摘要】目的：观察大鼠缺血性股骨头坏死的MRI表现，探索大鼠股骨头坏死模型的可行性。方法4月龄健康Wistar大白鼠30只，随机分成两组，通过肌注糖皮质激素及强迫运动方式制作股骨头缺血性坏死模型。4周后进行MR检查，测量股骨头信号强度值，并取股骨头组织进行病理学观察。结果大鼠股骨头坏死的表现为形态不规则，表面局部凹陷。实验组大鼠股骨头多为混杂信号，测量的均值信号强度较对照组股骨头在T1WI、T2WI、T2WISPIR、3D-WATSc均减低。骨小梁变细且断裂，骨细胞排列紊乱，严重变性。结论:肌注糖皮质激素加强迫运动制作大鼠股骨头无菌坏死模型方法可靠。用MR扫描证实早期模型的形成可行。

【关键词】大鼠股骨头缺血性坏死MRI诊断

【中图分类号】R445【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）03-0072-03

TheMRIevaluationoffemurheadnecrosismodelinmouse

YuJian-li,ZhangMing-guang

DepartmentofRadiology,ShanghaihospitalofTCM,ShanghaiuniversityofTCM

Address:274ZhijiangzhongRd.,Shanghai200071,P.R.C.

AddressCorrespondencetoZhangMing-guang(E-mail:[e-mail])

【Abstract】Purpose:ToinvestigatethefeasibilityoffemurheadnecrosismodelinmousebyobservingtheirMRIappearances.Methods:ThirtyWistarrats,fourmouthesage,whichwererandomlypidedintotwogroups,wereinjectedwithglucocorticoidsandforcedtoexercise.Afterfourweeks,theirfemurheadsweretestedbyMRIscan.Pathologicalfemurheadstissueswereexamined．Results:FemoralheadnecrosisinmouseofMRIshowedirregularshapeandlocalsurfacedepression.TheMRIofexperimentalgroupsshowedthatthesignalsoffemoralheadweremixedandmeansignalintensityinT1WI、T2WI、T2WIandSPIR,3D-WATScislowerthancontrolgroup.Trabecularbonebecamethinanddisrupted;thebonecellsweredisorderedandseverelydegenerated.Conclusion:MRIscancertifiedthatitisareliablewaytoestablishfemurheadnecrosismodelinmousebybeinginjectedwithglucocorticoidsandforcedtoexerciseintheearlystage.

【Keywords】MouseFemurheadnecrosisMRIdiagnosis

股骨头缺血性坏死(avascularnecrosisofthefemoralhead，ANFH)是指由于遗传因素与多种环境因素的共同作用，使股骨头发生部分或完全性缺血，导致骨细胞、骨髓造血细胞及脂肪细胞坏死的病理过程[1-4]。ANFH发病机理尚不明确，想通过人体实验来了解ANFH的发生、发展及预后既不可行，也不现实，因而大部分学者借助于动物实验来观察ANFH的发生、发展及修复过程，股骨头坏死的动物实验研究在研究其发病机理、病变特点、诊断及疗效分析和分子靶点的筛选等方面，具有不可替代的作用。国内关于兔、犬早期股骨头缺血性坏死的研究较多[5-6]，研究时间多为8－12周，其耗时长，成本相对较高。因此本研究采用大鼠研制股骨头缺血性坏死的MRI表现，并探索该模型的可行性。

材料与方法

1.模型制作

4月龄健康Wistar大白鼠30只，雌雄各半，适应性喂养1周后随机分成两组，即实验组15只，对照组15只。精确称重后，两组大鼠分别臀肌注射地塞米松磷酸钠(20mg/kg)，每周1次，共4周。实验组大鼠，置于跑步机中，以1km/h速度匀速跑动，每次30min，每周2次，跑动后，正常笼中饲养，自由进食饮水。对照组大鼠，生理状态下正常负重，正常笼中饲养，自由进食饮水。两组均于肌肉注射药物后4周进行MR检查，MR检查完成后处死大鼠。

2.MR扫描方法

将大鼠称量体重，按0.15ml/100g体重药量予0.5%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉，麻醉完成后进行MR检查。所有扫描均在荷兰Philips公司Interaachieva1.5T双梯度超导型磁共振机上完成，应用其配备的成像系统及图像处理软件，小孔径实验用线圈采用四通道小动物实验专用正交相控阵线圈(上海辰光科技发展公司提供)，扫描空间为直径5cm长6cm的圆柱范围。所有大鼠均先行常规横断位T1和T2加权矢状面成像，以便选取合适的层面定位股骨长轴。

所有扫描序列FOV：70mm；翻转角：90度；层厚：2mm；层间距：0.2mm。

3.病理学检查

取大鼠股骨头，尽量去除股骨头周围软组织后置入10%中性甲醛固定液，固定24h，30%甲酸脱钙3d，脱钙完全后，流水冲洗，梯度乙醇脱水，二甲苯透明处理2h，石蜡包埋。制成4Lm厚切片，常规HE染色，用双目Olympus光学显微镜分别在40及100倍镜下观察股骨头的形态结构。

4.图像处理与分析

由两位MRI诊断医生独立测量各序列的股骨头信号强度值，结合T1W、T2W图像，选取股骨头中心层面，手工绘制椭圆形感兴趣区(regionofinterest，ROI)，得到股骨头相应部位的信号强度值。如果两位观测者测量结果出现较大分歧时，由一位高年资经验丰富的MR诊断专家进行测量。测量完毕后，观察股骨头形态、信号的变化情况，并进行记录。

5.统计学处理：采用SPSS11.5统计学软件，本组资料均以(x-±s)表示，组间比较采用t检验，检验水准取0.05。

结果

1.MR表现

正常组大鼠的股骨头形态为圆形，周围信号均匀呈环形，实验组坏死的股骨头表现为形态不一，呈类圆形、类椭圆形、不规则形等，表面局部凹陷，信号混杂，部分股骨头内可见条状异常信号影，少数股骨头出现完全塌陷，髋关节积液等。

大鼠股骨头信号测量结果见表2。实验组股骨头区域T1WI、T2WI、T2WISPIR和3D-WATSc序列的信号强度均低于对照组，且T1WI、T2WI和3D-WATSc序列的信号强度差异更为显著（P<0.05）。

2.病理学观察

对照组大鼠骨小梁正常，骨细胞核紧靠一侧骨陷窝壁，固缩，深染，空骨陷窝轻度增多。实验组大鼠骨小梁较正常变细偶见小梁断裂现象，骨细胞排列轻度杂乱；骨细胞严重变性。

讨论

ANFH病因目前尚不清楚[7-8]，根据致病因素可分为外伤性和非外伤性两类。外伤性ANFH为股骨头血流供应阻塞或中断导致各种细胞成分缺血缺氧而坏死。非外伤性ANFH多与服用皮质激素、大剂量X线照射、潜水减压病、镰刀状细胞贫血、酗酒、吸烟、先天性髋脱位、动脉疾病等引起[9-10]。

ANFH的MRI信号特点：①早期表现为线条形、点片形或新月形低信号灶，多位于股骨头边缘，为硬化反应缘的低信号，形成明显对比。在T1、T2加权像上病灶呈低、等信号。或有少许关节腔积液，股骨头外形正常，关节间隙无变化。②中期病变T1WI可见股骨头上部软骨或软骨下方呈局限性环形、圆形或斑块形低、等信号，周围有环状低信号带环绕，T2WI呈局限性等、高信号，环形低信号带宽度变窄，可见股骨头轻度变扁、塌陷，有较多的关节腔积液。③晚期病变区明显扩大，有的发展到股骨颈或大、小转子的骨组织区，在T1WI和T2WI上均呈片状边缘不规则、信号不均匀或均匀的低信号改变。除股骨头变扁塌陷、关节间隙变窄及较多关节腔内积液外，还能见到骨折现象。与病理对照分析：早期骨髓细胞坏死溶解形成，MRI呈低信号、混合信号或略高信号，在晚期大量不规则的细胞碎片不均匀的分布在髓腔内，炎性细胞浸润以及少量纤维组织增生，在T1WI、T2WI上均为低信号改变[11-12]。坏死髓腔伴有不定形碎片时，其MRI信号强度低于正常骨髓和单纯的坏死骨髓[13]。

由于激素类药物的广泛应用，激素性股骨头坏死的发病率逐年增高。目前关于股骨头坏死发病机制的研究学说很多，生物力学等机械因素正在成为激素性股骨头坏死的重要因素，而逐渐被学者认识。

动物实验目的是为指导临床研究，动物模型的建立对于是否有临床指导价值具有重要的意义。从20世纪已经有学者用不同的方法建立激素性股骨头坏死的模型。国外学者用猪、羊等大型动物建立模型[14-15]，但这些动物成模时间长，实验成本高，死亡率也高。

Wistar大鼠有90%的基因与人类一致，发生骨坏死的病理特征也与人类一致，而且与人类的股骨头形状有着较为类似的前倾角和颈干角，力学性能可能更接近人类。并且使用大鼠只需四周时间即可停药，有效地缩短了造模时间并降低了成本。

本研究发现，MR检查可以较为清晰的显示大鼠股骨头缺血性坏死的早期征象，并且与病理检查的吻合度较高，利用MR检查可以对于大鼠早期股骨头缺血性坏死模型的做出早期诊断，没有创伤，方法可靠，对于研究药物干预及疗效的评价具有重要意义。

本研究也存在一些不足，和双下肢负重的人类相比，鼠模型容易受周围组织的干扰，主要是由于鼠股骨头负重量小，股骨颈短，颈干角小，因此鼠模型难以出现典型的股骨头坏死。但是相信随着技术的不断进步，在不久的将来会很好解决这一问题。

参考文献

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实验组大鼠MR图像。显示股骨头（箭头所示）呈圆形。图1T1WISE斜矢状位呈高低混杂信号，中心可见点状高信号；实验组大鼠MR图像。图2T2WITSESPIR斜矢状位呈片状高信号,中心可见点状低信号。

实验组大鼠MR图像。显示股骨头（箭头所示）呈圆形。图33D-WATSFFE冠状位股骨头以低信号为主，可见条状稍高信号。图4T2WISE冠状位股骨头以低信号为主。

对照组大鼠MR图像，显示股骨头呈圆形（箭头所示）。图5T1WISE斜冠状位显示股骨头信号均匀。图6T2WITSESPIR斜冠状位显示股骨头边缘光滑清晰，信号均匀。