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骨质疏松与雌激素缺乏影响骨质量及超声波速研究。采用微Brillouin散射和X射线微计算机断层扫描技术研究ovariectomized和spontaneously menopausal小鼠skull骨及胫骨的骨矿物质密度和超声波速变化，发现两组v.BMD显著低于对照组，SM组胫骨波速降低且与骨密度呈正相关，skull骨因缺乏机械负荷表现出复杂的各向异性特性。
和田泰加（Taiga Wada）|北岛翔太（Shouta Kitajima）|土屋良文（Yoshifumi Tsuchiya）|松川麻美（Mami Matsukawa）
日本京都府京田边市同志社大学科学与工程学院，邮编610-0321
摘要
骨质疏松症是一个与更年期和衰老密切相关的公共卫生问题。在本研究中，使用卵巢切除（OVX）和自然绝经（SM）的C57BL/6J小鼠来实验性地探讨更年期和衰老对颅骨（无负荷状态下的骨骼）的影响。通过微布里渊散射（μ-BS）和X射线微计算机断层扫描（μ-CT）技术测量了超声波纵波速度和骨体积密度（v.BMD）。实验结果表明，OVX组和SM组的v.BMD显著低于对照组（Sham组）小鼠。胫骨前后方向的波速在SM组中显著降低，而Sham组和OVX组之间没有显著差异。波速的平方与v.BMD之间存在正相关关系（r = 0.65）。由于缺乏机械负荷，颅骨表现出复杂的弹性特性。在承重骨骼（胫骨）中，负荷方向与最大波速方向一致。然而，颅骨中最大和最小波速的方向因样本而异。不过，SM组颅骨样本的波速较低。
引言
骨质疏松症是一个与更年期和衰老密切相关的公共卫生问题[1]。骨质疏松引起的骨折会导致老年人长期行动不便和生活质量（QOL）下降。因此，早期检测由更年期和衰老引起的骨骼变化至关重要。
骨组织主要由胶原纤维和无机矿物质（如羟基磷灰石）组成，形成复杂的层次结构。骨组织包含三种主要细胞类型：成骨细胞、骨细胞和破骨细胞。其中，胶原约占骨重的20%和骨体积的50%[2]。胶原在决定骨骼的粘弹性特性方面起着关键作用。美国国立卫生研究院指出，骨强度不仅取决于骨密度（BMD），还取决于骨质量，后者包括影响弹性的微观和宏观结构及材料特性[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。即使在骨密度正常的绝经后女性中也会观察到骨折[8]；这部分可以归因于骨胶原特性的变化。Saito等人[9]、[10]报告了异常交联（即晚期糖基化终产物AGEs）对骨骼的影响，这些物质会随着年龄增长和更年期而积累。Imoto等人[11]发现，骨骼中的超声波速度是骨骼退化的指标，在产生AGEs的骨样本中波速会降低。由于波速与弹性硬度相关，波速的降低表明弹性下降。然而，这些研究使用的是人工生成AGEs的离体骨样本。
在本研究中，我们重点关注更年期和衰老对骨骼中超声波速度的影响。正如Wolff在1892年指出的那样，骨骼在机械负荷作用下会增强强度[12]。本研究主要关注颅骨样本（非承重骨骼）。颅骨受机械负荷的影响较小，可能更直接反映年龄和激素相关的变化[13]。由于缺乏机械负荷，颅骨的结构更为复杂，其骨基质的各向异性仍有争议[14]、[15]、[16]。为了准确评估骨基质特性，需要进行最小化结构影响的微观级评估。因此，本研究采用了空间分辨率高达约10微米的微布里渊散射（μ-BS）技术[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。我们使用μ-BS技术评估了卵巢切除（OVX）和自然绝经（SM）小鼠的骨骼，并通过X射线CT图像估算了骨体积密度（v.BMD）。
样本制备
样本制备
将18只雌性C57BL/6J小鼠随机分为两组：OVX组和Sham组。OVX组中的9只C57BL/6J小鼠（6或7周龄）在麻醉状态下通过下腹部切口进行了双侧卵巢切除术。Sham组中的9只C57BL/6J小鼠仅接受了假手术。手术后24周（小鼠年龄为30或31周），测量了每只小鼠的体重，并提取了骨骼样本（颅骨和胫骨）及子宫。
卵巢切除对体重和子宫的影响
图3(a)显示了卵巢切除术和假手术后的体重变化。两组小鼠的体重均有所增加。这些小鼠相当于人类12-32岁的年龄[24]，因此体重增加可能是由于生长所致。OVX组的平均体重始终高于Sham组，这可能是由于雌激素分泌减少导致的脂质代谢恶化[30]、[31]。在OVX组小鼠中，子宫重量也有所变化
结论
通过测量卵巢切除（OVX）和自然绝经（SM）的C57BL/6J小鼠的超声波纵波速度和骨体积密度（v.BMD），分析了更年期和衰老对颅骨的影响。OVX组的体重和子宫体积均小于Sham组。OVX组和SM组的v.BMD显著低于Sham组，表明雌激素缺乏和衰老的影响。然而，由于骨骼的复杂各向异性
作者贡献声明
和田泰加（Taiga Wada）：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验研究、数据分析。北岛翔太（Shouta Kitajima）：方法设计、实验研究、数据分析。土屋良文（Yoshifumi Tsuchiya）：资源获取、实验研究、资金申请。松川麻美（Mami Matsukawa）：撰写修订稿、监督工作、项目管理、方法设计、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究的部分工作得到了同志社大学Harris科学研究研究所基金会的支持。
