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为探究衰老对骨折愈合的影响,研究人员以小鼠为模型,发现老年小鼠骨折愈合延迟,或为老年患者治疗提供方向。
在创伤和骨科手术领域,老年患者的治疗一直是个棘手的难题。随着全球老龄化加剧,老年人群的骨折发生率不断攀升。而且,老年人一旦发生骨折,不仅愈合过程缓慢,还容易出现各种并发症,严重影响生活质量和寿命。这背后的原因在于,衰老会改变骨代谢,加上糖尿病、外周动脉闭塞性疾病和骨质疏松等退行性疾病的影响,使得骨折愈合变得更加困难。但目前,人们对于骨折修复过程中,与年龄相关的血管生成、炎症和骨重塑变化的具体病理生理学机制,还知之甚少。
为了深入了解这些机制,德国的研究人员开展了一项针对小鼠的研究。该研究成果发表在《GeroScience》上。研究人员使用稳定的闭合性股骨骨折模型,并通过髓内螺钉固定,对年轻成年(3 - 4 个月)和老年(16 - 18 个月)的 CD - 1 小鼠的股骨骨折愈合情况进行了对比分析。
在研究方法上,研究人员主要运用了以下几种关键技术:首先是 X 射线检查,在实验结束时对小鼠股骨进行侧位 X 光拍摄,以此来确保骨折复位情况,并及时发现可能出现的骨折或植入物脱位。其次是微计算机断层扫描(μCT),以 9μm 的空间分辨率对股骨进行扫描,通过分析不同矿化程度的骨体积、小梁厚度、小梁分离度等参数,来评估骨折愈合过程中的骨结构变化。然后是组织学分析,对 μCT 分析后的股骨进行处理,制作纵向切片,通过检测抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)活性来识别破骨细胞,从而分析骨重塑过程。最后是免疫组织化学分析,通过对血管内皮细胞标记物 CD31、成熟血管标记物 α - 平滑肌肌动蛋白(α - SMA)、中性粒细胞标记物髓过氧化物酶(MPO)和巨噬细胞标记物 CD68 进行染色,来研究骨折部位的血管生成和炎症反应情况。
研究结果主要体现在以下几个方面:
- 衰老影响骨形成并破坏小梁结构:X 射线和 μCT 分析显示,在骨折愈合的早期,老年小鼠的未矿化骨体积(pm BV)在 1 - 2 周时显著低于年轻成年小鼠,而在 4 周时又明显高于年轻成年小鼠;高矿化骨体积(hm BV)在 2 - 3 周时显著降低。同时,老年小鼠在骨折后的 2、3、5 周,小梁厚度降低,2 周时小梁分离度增加、小梁数量减少,且在 2 - 3 周时骨密度(BMD)也明显低于年轻成年小鼠。
- 衰老改变早期和晚期破骨细胞反应:通过 TRAP 染色分析发现,老年小鼠在骨折后的 1 - 2 周,其骨痂组织中的破骨细胞数量显著增多;而在 3 - 5 周,破骨细胞数量明显少于年轻成年小鼠。
- 衰老延迟血管成熟:CD31 和 α - SMA 染色结果表明,老年小鼠在骨折后的 1 - 2 周,CD31 阳性细胞数量较多,但在 3 - 4 周明显减少;并且在 2 周时,α - SMA 阳性微血管数量较少,这意味着老年小鼠的血管成熟延迟。
- 衰老延长炎症反应:对巨噬细胞和粒细胞的分析显示,老年小鼠在骨折后的 2 - 3 周,CD68 阳性巨噬细胞数量较少,4 - 5 周显著增多;粒细胞数量在 3 周时较少,5 周时则有增多的趋势。
研究结论和讨论部分指出,老年小鼠骨折愈合延迟,与骨小梁结构受损、早期破骨细胞反应过度、血管成熟延迟以及炎症反应延长有关。这些病理生理变化为理解老年患者骨折愈合困难提供了重要线索。针对这些变化,有望开发出新型治疗方法,促进老年患者的骨再生。例如,通过调节破骨细胞活性、促进血管成熟和控制炎症反应等途径,或许能够改善老年患者的骨折愈合情况。这一研究成果为老年患者骨折治疗的临床实践提供了理论依据和新的研究方向,对提高老年患者的生活质量具有重要意义。