一、概述
骨质疏松症的发生原因十分复杂，可能与遗传、营养、生活习惯、激素、运动、机械负荷和多种细胞因子有关。目前还没有哪一种动物模型能复制人类骨质疏松的所有特征。因此，采用两种或两种以上组织行为的改变在人类骨质疏松症中所检测到的结果相匹配的动物模型是抗骨质疏松药物研究最基本的方法。常用的骨质疏松模型动物有大鼠、小鼠、兔、羊、狗、猪、猴等。
二、治疗骨质疏松症药物主要药效学研究
（一）实验动物选择
1．大鼠
大鼠价廉，易于饲养，能在较短的时间内达到骨建造和骨再建新的平衡，是抗骨质疏松药物研究中最常用的模型动物。研究发现雌性大鼠在6～9个月时进入骨生长静止期，骨骺开始封闭，10个月达峰值骨量，出现一个骨代谢相对稳定的阶段，与人类相似；切除卵巢的雌性大鼠经给予合适的雌激素进行替代实验时并不增加骨转换和骨丢失，这与绝经后妇女雌激素替代疗法的反应相一致。基于这些优点，雌性大鼠广泛用于抗骨质疏松药物研究中。但是大鼠作为骨质疏松的模型动物主要缺点是缺乏脆性而导致的骨折以及哈佛重建不明显而影响皮质骨的观察等。
2．小鼠
小鼠是用途最广泛的实验动物，但能够验证小鼠作为骨质疏松研究模型的数据较少。近几年有研究提示，小鼠性成熟与性周期与大鼠相似，切除卵巢后骨量的变化亦与大鼠相似，松质骨丢失明显，并且小鼠因雌激素缺失的骨丧失同样可被雌激素替代疗法所预防，而且小鼠的基因易于控制，渐渐为研究者所重视，成为研究峰值骨量基因控制方面的有用动物。
SAM／P6是一种衰老加速的小鼠，老化较正常小鼠快，具有低峰值骨量和中老年时易发生骨折的特点，是目前惟一证实可随年龄出现脆性骨折的动物；Kalu等研究发现C57BL／6J去卵巢小鼠适宜用于研究绝经后妇女肠内钙吸收不良。这些研究发现将增加小鼠在骨质疏松动物模型中的运用，能够在骨质疏松领域中解决新的问题。
3．兔
家兔是很好的抗骨质疏松药物研究模型。成年兔有Haversian重建活性，可用作合成代谢药物对松质骨及Haversian系统重建作用的研究。家兔耳缘取血方便，便于长期动态观察，骺板多钙化并消失，与人类相似；亦可用于研究睾酮及雌激素对生长发育过程中骨密度（BMD）的影响；兔卵巢切除后，可作为糖皮质激素及肝素诱导的骨质疏松动物模型。
4．犬
犬性情温和驯良，体型大小适中，易于饲养管理，可以做多次髂骨活检和抽取较大量的血标本，便于反复、长期观察。骨骼可以接受人工装置的植入，胃肠系统与人相似。与其他的动物相比，犬最大的优势在于皮质骨具有Haversian系统，而且其骨代谢和骨结构特征、松质骨与皮质骨的比率、Haversian系统及松质骨重建的形态学与人相似，只是重建的速率比人类稍快；去睾丸狗有类似人类骨吸收大于骨形成的改变。
5．猪
骨质疏松模型的猪大都采用小型猪，其体积小、占用空间少，易于实验操作管理。主要品种有Sinclair、Hartford、Homel、Yucatan、Vietnamese－Pot－Belled、中国贵州小猪等。小猪作为骨质疏松模型有如下优点：①有连续的发情周期，与人相似，每次18～21天；②有层状骨、骨小梁和骨皮质重建，与人相似，其骨量重，骨小梁网比人致密；③骨骼大，足以接受人工装置的植入，可以多次采活检，多次取血标本，④杂食动物是人体消化道功能最佳模型。不足之处是：①小型猪昂贵，有些地区买不到；②卵巢、子宫切除手术比狗更困难，因为子宫的血管更容易破裂。
6．羊
羊是一种有潜力的骨质疏松模型动物。羊温顺，容易圈养和处置，可长期提供实验所需的大量血液和骨组织活检标本；髂嵴与人的有相似性；便于安装人工植入体。雌性成年羊具有自动排卵以及与成年妇女相似的排卵周期，但没有自然绝经期。但是，羊为反刍类动物，胃肠道系统与人类相异，不适合口服给药。
7．非人类灵长类动物
非人灵长类与人类的遗传物质有75％～98．5％的同源性，对建立基因显性特征的研究很有帮助，其骨骼解剖、内分泌、月经周期乃至病理生理特性上也都同人类有极大的相似之处。目前骨质疏松研究中以恒河猴和狒狒的应用为多，两者峰值骨量10～11岁出现，15～24岁自然绝经，寿命约25～30年。
（二）实验性骨质疏松动物模型
1．去势动物模型
雌激素和雄激素能促进破骨细胞凋亡，对抗成骨细胞凋亡，具有抗骨丢失作用。目前认为雌激素和雄激素对破骨细胞和成骨细胞的作用主要来自核受体功能，也与细胞外信号调节激酶的信号传导途径有关。雌激素或雄激素缺乏时，非核受体作用减弱，骨形成和骨吸收失去平衡，骨吸收多于骨形成。
（1）去卵巢致骨质疏松模型
①原理：女性绝经或卵巢切除术后，体内雌激素水平降低，骨代谢呈负平衡状态，骨吸收增加，骨量逐渐丢失，形成骨质疏松。实验动物实施卵巢切除术后，雌激素减少，形成骨质疏松，与人类绝经后的骨量丢失、松质骨变化、骨高转化率等相似。
②方法：Wistar或SD雌性大鼠，鼠龄3～12个月，3％戊巴比妥钠（40mg／kg）腹腔注射麻醉，无菌条件下打开腹腔，用小镊子轻轻夹住包埋卵巢的乳白色脂肪团，拉出切口外，分离脂肪团，找到黄红色的卵巢，用细线结扎卵巢下输卵管后摘取卵巢，同法摘除另侧卵巢。术后将子宫角送回腹腔中，缝合肌肉及皮肤，对照组假手术（未切卵巢）。常规饲养，自由饮水和饮食，3～4个月后，可造成骨质疏松模型。
③评价：大鼠双侧去卵巢动物模型已被公认为“金标准”模型。雌性大鼠卵巢切除后，松质骨的骨转换加快，骨量减少，骨强度下降，这种特点类似于人正常绝经后的骨丢失状态。手术后雌性大鼠在骨质疏松性骨折和骨量减少部位上也表现出与人类很大的相似性。此种模型饲养方便，成功率高，稳定性可靠，而且模型动物有足够的健康生存时间可供实验研究用，可进行血、尿生化检验，组织形态，骨密度和骨生物力等多项指标观察，是首选的骨质疏松模型。
（2）去睾丸致骨质疏松模型雄性大鼠去睾丸也可复制骨质疏松模型，但需要时间较长，需两三个月。这类去势模型主要表现为疏松质骨的变化，多表现为骨吸收和骨形成同时增加，骨高转化的改变。然而，目前还没有找到有代表性的骨质疏松动物模型。故美国FDA规定，在进行这类研究时，有必要进行两种不同种类的动物模型的研究，要求不但有小动物模型，而且要有大动物模型，常见的大动物模型有犬、猴、羊、猪等。
2．糖皮质激素造成骨质疏松模型
糖皮质激素可抑制蛋白质合成，尤其抑制胶原合成以及抑制成骨细胞前身向成骨细胞的转变，使骨形成减少。此外，还通过减少性激素的分泌，直接刺激破骨细胞，抑制肠道对钙的吸收，增加肾对钙、磷的排泄，激发甲状旁腺功能亢进等因素，进一步增加骨的吸收，减少骨形成，在总体上骨形成作用减弱，破骨作用加强，导致骨质疏松。
（1）原理大剂量糖皮质激素可抑制成骨细胞的分化，过量糖皮质激素抑制成骨细胞的增殖与分化，使成熟的、具有分泌基质功能的成骨细胞及支撑破骨细胞的成骨细胞数目减少。同时，糖皮质激素还影响成骨细胞的功能，使其不能正常地募集于骨吸收部位来发挥骨形成作用，使骨形成作用延迟，从而造成骨丢失。
（2）方法
①取3月龄雄性大鼠，以醋酸泼尼松4．5mg／kg，每周两次灌胃给药，3个月后出现骨小梁面积减少，密度降低和间隙增加等现象。
②取12月龄大鼠，以地塞米松肌注，每次剂量1mg／kg，每周两次，连续6周以上，可形成骨质疏松。出现大鼠全身骨量密度显著减少，股骨抗弯强度降低，骨折倾向增加等症状。
（3）评价制备此种模型的常用药物有：泼尼松、泼尼松龙、地塞米松。此模型对研究人类糖皮质激索引起的继发性骨质疏松有积极意义，超生理剂量的糖皮质激素可直接抑制成骨细胞的活性，在使用后最早10天、最晚48周出现明显的骨丢失。但糖皮质激素性骨质疏松与原发性骨质疏松的发病机制与病程发展不一致，因此，此模型对试图评价药物对骨吸收抑制作用的研究并不完全合适。
3．维甲酸造成骨质疏松模型
（1）原理维甲酸是维生素A的衍生物，可以引起动物骨质疏松，其发生机制可能是由于维A酸激活破骨细胞，促进骨吸收，但不抑制成骨细胞的活性，最终使骨吸收超过骨形成，导致大鼠出现骨质疏松。
（2）方法取3月龄的SD大鼠，维甲酸75mg／kg（以1％纤维素溶液配制）灌胃，每日1次，2周后停用，对照组以1％纤维素溶液灌胃。停止给药后，常规饲养及自由饮水，诱发形成骨质疏松，测试可见卵巢重量减轻，子宫萎缩，胫骨髓腔变大，皮质变薄，类骨质增多，骨密度下降，骨吸收大于骨形成。
（3）评价该模型操作简便，造模时间短，成功率高。维甲酸诱导的骨质疏松大鼠模型近期效果好、远期效果较差。模型大鼠松质骨的丢失比皮质骨的丢失明显而持久，停药后随时间的延长，大鼠疏松的骨质有通过自身修复的作用。虽然在病因上与人类骨质疏松不同，但此模型在发病症状、组织形态学表现以及对雌激素的骨反应上与人类有较好的相似性，是急性骨质疏松的有用造模方法。
4．营养性骨质疏松模型
通过给动物喂饲缺乏钙、磷、维生素D等的饮食，可使骨密度下降，血钙、磷浓度上升，尿钙增加，符合骨质疏松的表现。
（1）原理钙是骨的基本成分，通过在饲料中实验动物限制钙的供给，干扰其骨组织的生长发育，可以造成骨质疏松性病理学改变。
（2）方法
①低钙饲养致骨质疏松：取1月龄大鼠，持续供以低钙膳食；以含钙量为0．1％的颗粒饲料饲养，对照组以含钙量为1．1％的普通饲料喂养。每天每只动物限食25g，连续4周。低钙组出现明显骨质疏松性病理改变。如骨小梁细小，疏松排列，骨髓腔相对变宽。另外体重、身长、骨骼长度也明显下降。
②对去势狗，给予含钙量为0．08％的低钙饲养，6个月可造成典型的骨质疏松模型。
（3）评价营养性骨质疏松动物模型的制备对研究因营养缺陷引起的骨质疏松有重要意义。用营养控制建立的大鼠骨质疏松模型更接近于营养疗法，比用激素手术因素造成骨质疏松具有现实意义，有助于探讨膳食不平衡引起的骨质疏松发病机制，同时也为预防和治疗骨质疏松药物筛选打下了基础。
5．废用性骨质疏松
（1）原理机体由于运动受限或功能障碍（如器官疾病、骨折固定卧床或失重等），处于不荷重状态，会出现骨矿化水平降低，钙磷代谢负平衡，骨小梁变细，进而引起废用性骨质疏松。此模型就是将动物的实验部位制动，影响其骨代谢，造成骨质疏松。常用方法有：机械固定法、悬吊法、腱切除法、坐骨神经切除法等。
（2）方法
①机械固定法：用石膏，绷带等物品将动物肢体固定于特殊的不荷重位置，使被固定的肢体处于废用状态而造成骨质疏松。
