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跑台运动对兔前交叉韧带断裂后膝关节软骨的影响(上)

中国运动医学杂志2016 年4 月第35 卷第4 期Chin J Sports Med,Apr. 2016,Vol.35,No.4

跑台运动对兔前交叉韧带断裂后膝关节软骨的影响

钟名金刘振龙张继英李玳胡晓青敖英芳

北京大学第三医院运动医学研究所(北京100191)

摘要目的:建立一种可有效用于研究兔前交叉韧带(ACL)断裂后运动对软骨影响的实验运动模型,进而研究早期运动对兔ACL 断裂后关节软骨的影响。方法:45 只成年新西兰大白兔(4~5 月龄,重2.5~3kg),随机平均分为:I 组,假手术自由活动组(Sham 组);II 组,前交叉韧带切断(ACL transection)自由活动组(ACLT 组);III 组,前交叉韧带切断跑台运动组(ACLT with exercise,ACLT+Ex 组)。运动组在实验跑台上定期运动,运动始于术后第5 天,运动强度为5 天/周,10 分钟/天,跑台速度为0.3 英里/小时(约8 米/分钟)。分别于术后第2、3、4 周每组处死5 只兔子 对兔膝关节股骨髁软骨进行印度墨汁染色大体观评分、组织学和二型胶原**组化染色并使用国际骨关节炎研究会(OARSI)软骨损伤评分注册送288试玩金可提现进行软骨损伤评估。结果:术后2 周,Sham 组、ACLT 组和ACLT+Ex 组未见明显软骨损伤;术后3 周、4 周,Sham 组软骨未见明显损伤退变;ACLT 组和ACLT+Ex 组均出现软骨损伤,在大体观评分和OARSI 分级、分期、总分上分别与Sham 组存在显著统计学差异;ACLT 组与ACLT+Ex 组在大体观评分和OARSI 软骨损伤评分上无统计学差异。结论:跑台运动是可用于研究兔ACL 断裂后对关节软骨损伤研究的有效实验运动模型;兔ACL 断裂后早期出现关节软骨损伤,但与笼养自由活动相比,实验跑台运动对关节软骨损伤进程无影响,表明ACL 断裂后早期进行合理运动与康复不会加重膝关节软骨损害。

关键词前交叉韧带断裂;软骨损伤;运动;实验跑台

      前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂是临床中十分常见的运动创伤。ACL 断裂后造成膝关节活动时失去维持胫骨前向稳定的限制力 关节不稳引发关节软骨退变加剧 *终导致骨性关节炎(Osteoarthritis,OA 的发生[1]。文献报道,ACL 断裂后OA 的发生率、严重程度与伤后关节活动方式和强度有密切关系[2]。动物模型可以很好地反映ACL 断裂后关节软骨损伤的病理变化过程。兔膝关节与人膝关节的解剖相类似,并且兔易获得、易饲养和经济成本低,因此兔前交叉韧带切断(anterior cruciate ligamenttransection,ACLT)是模拟ACL 断裂和进行相关实验研究的合适模型[3]。实验模型原则上应该尽可能模拟临床患者的日常活动或运动情形。既往文献报道的关于兔ACL 断裂后的活动只限于笼养自由活动[4],不能反映临床上人的日常活动和运动 也无法进一步研究运动条件下软骨损伤的病理变化。因此需要建立一种用于兔ACL 断裂后的运动模型 来模拟ACL 断裂后的运动,进而观察ACL 伤后运动对关节软骨的影响。本研究通过切断兔ACL 并予以跑台运动来模拟ACL 断裂后的运动 观察兔ACL 断裂后早期运动对关节软骨的影响,从而为ACL 断裂后进行早期合理运动和康复提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验动物

由北京大学医学部动物部提供成年新西兰大白兔,4~5 月龄,体重2.5~3 kg,共45 只,由专业饲养员分笼饲养,所有动物均可充分获得食物和饮用水。

1.2 兔运动跑台及运动方案

实验跑台采用兔运动训练跑台(北京智鼠多宝生物科技公司)。根据实验设计要求,跑台主要由跑道、电机、操作台、升降机等构成。跑台内含3 个跑道,规格为1560 mm×996 mm×280 mm 长度适用于兔的奔跑,跑道速度由电动马达驱动,速度可无级调整,范围为1~40 米/分(图1)。兔运动开始于手术后第5 天,每周5天,每天10 分钟,跑台速度为0.3 英里/小时(约8 米/分钟)。Oyen-Tiesma 等[5]研究认为此运动方案符合兔的运动量 可安全有效地用于兔运动损伤的相关研究

中而不会产生任何相关并发症或继发性损伤。自由活动组**于饲养笼(550 mm×450 mm×400 mm 内活动。

 

1.3 实验动物与分组

兔经过1 周的适应性笼养后 随机均分为3 组:I组,假手术自由活动组(Sham 组);II 组,前交叉韧带切断自由活动组(ACLT 组);III 组,前交叉韧带切断跑台运动组(ACLT with exercise,ACLT+Ex 组)。每组分别于术后2、3、4 周处死兔子获取膝关节 每次每组5 只兔子。

1.4 手术方法(图2)

采用耳缘静脉注射20%乌拉坦(5 ml/kg)对动物进行全身麻醉,将膝关节固定、备皮、**及铺巾,经膝关节内侧髌旁切口,逐层分离至打开关节腔,将髌骨向外侧脱位后屈膝下完全暴露前交叉韧带 用眼科剪在韧带中段予以切断并剪除2 mm 韧带组织防止粘连**,行Lachman 试验确定韧带完全切断 生理盐水冲洗关节腔,将髌骨复位,严密缝合关节腔及皮肤。假手术组动物采用相同的切口在相同条件下切开皮肤和打开关节腔,暴露前交叉韧带不予以切断,生理盐水冲洗后关闭伤口。为防止术后关节感染,术后予以每只动物肌注40 万单位的青霉素,连续3 天。

 

1.5 大体形态观察

解剖膝关节,充分暴露股骨髁,观察股骨內外髁软骨的大体形态 进行印度墨汁染色后并采用如下评分注册送288试玩金可提现进行评价[6]:1 分:软骨表面光滑,色泽光鲜,无墨汁残留;2 分:软骨表面裂隙,范围0~4 mm;3 分:软骨表面裂隙,范围4~8 mm;4 分 软骨表面裂隙,范围大于8 mm;5 分:软骨全层磨损,深度0~2 mm;6 分:软骨全层磨损,深度2~5 mm;7 分:软骨全层磨损,深度大于5 mm。股骨内外髁软骨损伤墨汁染色的平均分代表股骨髁软骨损伤分值。

1.6 组织学和Ⅱ型胶原**组化染色

大体观察后将兔膝关节固定于4%的中性多聚甲醛固定溶液中,固定72 小时。标本经固定后自来水冲洗,用10%甲酸脱钙液进行脱钙,每日更换脱钙液至脱钙充分,标本用蒸馏水漂洗,至恢复中性PH。修整股骨内外髁软骨组织,经脱水、透明、浸蜡、包埋后,以5 μm/层切片 行苏木精-伊红染色(hematoxylin and eosin,HE)、甲苯胺蓝染色(Toluidine Blue)。组织学评分采用国际骨关节炎研究会(Osteoarthritis Research SocietyInternational,OARSI)推出的关节软骨组织病理学评分注册送288试玩金可提现[7],此评分注册送288试玩金可提现能准确评估软骨损伤情况。HE 染色主要用于观察软骨的层次结构 甲苯胺蓝可以观察软骨蛋白多糖的含量。该评分注册送288试玩金可提现根据软骨损伤严重性和深度将软骨损伤分为0~6 级(Grade0~Grade6)(表1),根据软骨损伤范围将软骨损伤分为0~4 期(Stage0~Stage4)(表2), *终的OARSI 总分为分级与分期的乘积(0~24 分)(表3)。将股骨内外髁软骨损伤分级、分期和总分的平均分代表股骨髁软骨损伤分值。同时对软骨组织切片采用“二步法”进行II 型胶原COL.II)**组化染色用于观察软骨基质的II 型胶原变化。

  


1.7 统计学处理

数据采用中位数(*小值 *大值 表示 采用SPSS 18.0 软件进行统计学分析,两组中位数的比较采用非参数Mann-Whitney 检验进行,三组间两两比较调整了检验水准,P<0.05 差异有统计学意义。

2 结果

2.1 术后2 周软骨损伤情况

术后2 周,Sham 组、ACLT 组和ACLT+Ex 组软骨均未见明显损伤,软骨表面光滑,色泽鲜亮,无墨汁残留。HE 组织学染色表现为软骨结构清晰,软骨结构完整。甲苯胺蓝染色表现为软骨染色均一,糖原含量无减少。II 型胶原**组化染色未见II 型胶原丢失。软骨墨汁染色评分和OARSI 分级、分期及总分统计结果表明三组间无统计学差异(图3)。