股骨头坏死动物造模研究进展

陈俊名 岳辰 范亚楠

[摘要] 股骨头坏死是骨科中一种常见疾病。在实验动物造模方面，各类动物都有优缺点。本文通过对国内外最新股骨头坏死不同造模方法进行总结与分析，将股骨头坏死动物模型分为四足动物模型和两足动物模型。分别收录了大鼠、兔、犬、羊、猪等四足动物模型，以及鸡、鸵鸟、鸸鹋等两足动物模型，以期讨论建立动物模型时需要去考虑的关键问题以及改进的方向。希望通过本综述发现更科学的造模方法和更先进的测评手段，为选择及建立动物模型提供一些参考。

[关键词] 股骨头坏死;动物模型;研究进展;两足动物;四足动物

[中图分类号] R68          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）03（c）-0025-04

[Abstract] Necrosis of the femoral head is a common disease in orthopedics. All kinds of animals have their own advantages and disadvantages in loboratory animal modeling. This article summarizes and analyzes the different modeling methods of necrosis of femoral head that has recently appeared at home and abroad. The necrosis of femoral head animal models are divided into a quadruped animal model and a biped animal model， which include rat， rabbit， dog， sheep， pig， and other quadruped animal models， as well as chicken， ostrich， and other biped animal models. In order to discuss the key issues and the direction of improvement to be considered when building animal models. It is hoped that through this review， more scientific modeling methods and more advanced assessment methods will be found， which will provide some references for the selection and establishment of animal models.

[Key words] Necrosis of femoral head; Animal model; Research progress; Biped; Quadruped

股骨頭坏死（ONFH）是临床上常见的一种由多因素造成的疾病。近年来统计显示[1]，发病率高，对人类生存质量危害较大，造成社会负担重。ONFH致病因素多样，自我痊愈比较困难，伴有较高的致残率。ONFH研究进展缓慢，学者们找不到很好的动物造模方法模拟人类ONFH全过程是现在公认的困境。随着国内外学者对ONFH研究的不断深入，各种动物模型也有所发展，新动物模型的使用及动物造模方法的改进，推动着ONFH深入研究。本文通过对新成果进行总结，进一步归纳各种动物类型的优缺点，以期发现更好的模型和造模方法。

1 四足动物ONFH模型的研究进展

1.1 大鼠模型研究

鼠模型在ONFH动物造模领域使用率高，大鼠有易于饲养、价格低廉的优点，且大鼠与人基因图谱相似度非常高[2]，因此大鼠被广泛运用于该领域。

1.1.1 大鼠酒精性ONFH模型  很早以前就有国外学者研究发现大鼠没有呕吐反射[3]，在使用大鼠造模时常使用灌胃法。该操作十分方便及安全，易于操作。Guo等[4]为探讨麝香酮对乙醇所致ONFH的作用，采用Lieber-Decarli含乙醇液体饲料建立大鼠ONFH模型，最终成功地利用该模型来探讨酒精诱导ONFH的机制。Chen等[5]以多组大鼠进行试验，实验结果显示，实验组大鼠ONFH数量及程度远大于空白组大鼠ONFH数量及程度。

1.1.2 大鼠激素性ONFH模型  在激素性大鼠模型的制备中，一般采用多种处理方式并行的方法进行造模。Zhou等[6]将三组SD大鼠使用激素干预，在实验组中给甲基强的松龙（MP）激素肌肉注射，MP+VPA组大鼠腹腔注射，从而成功获得了大鼠激素性ONFH模型。Huang等[7]在激素成功诱导了ONFH大鼠的股骨头样品中鉴定了差异表达基因，与安慰剂处理的大鼠样品比较显示，有5个上调基因与大鼠股骨坏死相关。

1.1.3 大鼠创伤性ONFH模型  吴曦[8]采用手术加液氮法成功制作了大鼠创伤性ONFH模型，通过分层切开关节囊使股骨头脱位并暴露，后将股骨头韧带切断，将自制冷冻杆置入进行冷冻股骨头处理。该方法看似简单易行，但缺点也相对明显。由于大鼠的股骨头比较小，制作过程较复杂，在制作创伤性ONFH模型时难度较大，不易操作。

1.1.4 其他方法ONFH模型  在20世纪90年代就有国外学者研究强迫大鼠长时间站立位取食的动物模型，并发现强迫站立体位的大鼠群有40%会发生ONFH，发生骨化障碍占10%左右，同时多数大鼠伴有双侧或单侧股骨头软组织损伤。然而，上述现象很少出现在没有给予长时间站立体位大鼠身上[9]。另外还有学者制备了链脲佐菌素-糖尿病的模型，通过检测大鼠不同指标发现，患糖尿病大鼠会因胰岛素不足发生骨质流失，影响股骨头的骨质，继而发展成为ONFH[10]。

1.2 兔模型研究

兔也是实验室常用的实验动物之一，因体型比大鼠稍大，股骨头大小更理想，往往更易造模成功。因此，在股骨头坏死的动物造模中常常被用到。

1.2.1 兔激素性ONFH模型  最开始使用兔作为实验对象时，大多数没有得到组织学坏死结果，往往出现造模不佳、无法继续研究的情况。随着研究不断尝试与改进，现可以成功地制作兔ONFH模型。张波等[11]向新西兰大白兔静脉注射大肠埃希菌内毒素，经过2次注射后再臀肌注射甲基强的松龙，并最终得到了兔激素性ONFH模型。许多兔激素性股骨头坏死的研究中也用到了类似的造模方法。

1.2.2 兔酒精性ONFH模型  莫坚等[12]在制作兔模型时，通过持续多次的给兔灌胃酒精的方式，在给兔连续灌胃6周后终于成功地制作出兔酒精性ONFH模型。章友财等[13]制备兔酒精性ONFH模型不仅使用酒精灌胃，还联合使用马血清。与以往单纯酒精灌胃比较，加入马血清后兔酒精性ONFH模型制备成功率更高，病理改变也更明显。

1.2.3 兔创伤性ONFH模型  早在90年代就有采用手术截断股骨头后移位断端的方法，断端移位后一段时间后会发生创伤性股骨头坏死[14]。国内有学者使用创伤后液氮法构建兔ONFH模型，术后2周随机抽取实验兔行X线、Micro-CT、HE染色等检测证实了该造模方法的成功[15]。此外，可以采用过微波灭活法[16]、酸碱中和法联合创伤法[17]、液氮冷冻法[18]等制备兔ONFH模型。以上方法都可以出现比较典型的ONFH改变，技术要求及具体操作不难。然而，这些方法与人创伤性ONFH在发病机制上存在一定差异，具体发病机制还需进一步研究。

1.3 犬模型研究

在选择ONFH动物造模时，往往要考虑到该动物股骨头的大小及形状，股骨头较大通常会与人股骨头大小及其力学情况更相近，而且也更容易使用各种方法去制作ONFH模型。王海洋等[19]通过诱导麻醉使用摆锯于犬股骨颈中部垂直股骨颈长轴方向截断并临时固定，制作出不是特别典型的犬ONFH模型。阮康明[20]在建立ONFH模型时，使用了液氮冷冻结合激素甲基强的松龙法，成功制作犬ONFH模型。该方法在液氮的使用上更加可控，而且成功率也较高。巩建宝[21]通过磁共振的引导条件下使用氩氦刀对实验犬的股骨头进行冷冻处理，不但可以精准了解ONFH情况，而且建立ONFH模型成功率更高、时间更短，值得推广和借鉴。

1.4 羊模型研究

在ONFH动物模型的选择上，羊作为实验动物的情况并不多见。有学者曾采用液氮冷冻法，取正常成年雌性羊，使用液氮冷冻治疗仪和自制的液氮冷冻探头实施冷冻[22]，分别于术后不同时间行影像学及组织学检查。将术侧和正常侧进行比较，统计学分析得出结果显示造模较为成功。

1.5 猪模型研究

猪作为ONFH模型的情况同样比较少见。从幼猪髋关节囊内加入硅胶从而增大关节囊的压力去造成猪ONFH[25]，从结果来看该法较为成功。国内通过给猪进行手术的方式，制作股骨颈骨折模型，术右侧用空心钉固定并术左侧普通钉固定进行两侧比较，并运用统计学分析得到结论：应用空心钉去治疗实验猪股骨颈骨折可以提高实验猪骨折愈合率以及降低ONFH率[26]。

2 两足动物ONFH模型研究进展

四足动物虽然与人类基因更相似，遗传关系更密切。而四足动物是四腿承重，当患腿出现病态时会引发保护患腿的情况，无法很好地模拟人类在双腿承重情况下ONFH发生、发展的完整过程。然而，可以利用两足动物来建立ONFH模型，这些模型可以更好地模拟人类ONFH发生、发展时因承受身体重量而出现软骨面的塌陷的情况。

2.1 鸡模型研究

鸡作为生活中常见的家禽，体型适中、性情温顺、易于饲养，在ONFH两足动物模型研究中最为常用，且鸡在生长过程中也常发生近端股骨头软骨与生长板分离而造成ONFH情况[27]。Zhang等[28]研究鸡ONFH具体机制，将实验组肉鸡每天注射甲基强的松龙，成功建造了鸡激素性ONFH模型。实验结果显示，激素会影响鸡软骨细胞增殖分化和骨生长，进而诱导ONFH。为进一步探讨内质网应激诱导细胞凋亡在鸡ONFH中的作用，Zhang等[29]通过对实验组鸡注射甲泼尼龙，成功建造了鸡激素性ONFH模型进行实验。

2.2 鸵鸟模型研究

自从鸡ONFH模型制作成功后，一些学者开始尝试鸵鸟ONFH模型。鸵鸟的股骨头在影像学、生物力学等方面与人类股骨头有很高相似度，且研究发现具备多种优势[30]。王鹏飞等[30-31]研究用鸵鸟作为实验对象，应用股骨头液氮冷冻法在鸵鸟身上成功建立ONFH模型。实验结果显示，鸵鸟ONFH病理过程与人类病理过程更相似，提示鸵鸟不失为一个较优的动物模型。

2.3 鸸鹋模型研究

鸸鹋也是两足承重的动物，体型上稍次于鸵鸟，性格比较温顺，便于饲养。范猛等[33]使用进行液氮冷冻并射频加热交替损伤成功建造了鸸鹋ONFH模型，并尝试使用探针向鸸鹋的股骨头注射无水乙醇。术后用动物磁共振检查出其股骨头出现水肿现象，组织学检查有骨坏死及骨修复，但是没有出现股骨头塌陷的改变[34]。相关研究[35]在仪器导航下对鸸鹋的股骨头受重部分钻孔后行液氮冷冻及射频加热反复处理，实际上以此方法构建ONFH模型成功率较高。随着时间加长，实验深入，部分鸸鹋开始出现股骨头塌陷的现象，整个病理过程与人类相似。

3 展望

通过对ONFH动物模型的选择进行总结归纳、拓宽思考：①模型动物ONFH病变位置是否与人类病变区域相同，在整个疾病过程中患肢是否有在承担身体重量;②造模方法是否简单方便、可操作性强、时间短等有点;③选择动物在生理、解剖、生物力学等方面是否与人类高度相似;④選择动物是否价格低廉、饲养条件简便。

综上所述，要发现更理想的ONFH动物模型，可以从以下方面进行思考：①造模动物。四足哺乳动物方便易得、价格便宜。但四足动物和人类负重模式存在很大的差异，不能完全模拟人类双足承重情况，而两足动物却能弥补这方面缺点。②操作方法。在建立动物ONFH模型过程中，过于追求快速方便建立模型，可能与人类ONFH的发病原因差异较大。此外，一些造模方法会引起动物股骨头骨折等问题。③结果评估。以往对动物模型的评价主要以组织学及病理学为主，需把动物处死获取相应材料，对后续研究会造成影响。如果可以选择无创的评价方法，便会是更好的方式。

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（收稿日期：2019-10-25  本文编辑：王晓晔）