被動運(yùn)動對大鼠軟骨退化的效果范文

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《航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程雜志》2014年第三期

1方法

1．1μCT檢測

1．1．1取材大鼠腹腔注射30mg/kg戊巴比妥鈉麻醉處死，取股骨遠(yuǎn)端軟骨，用含0．1mmol/L蛋白酶抑制劑PBS浸潤的無菌紗布包裹，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1．1．2μCT掃描及重建股骨遠(yuǎn)端軟骨浸入30%復(fù)方泛影葡胺注射液(上海旭東海普藥業(yè)有限公司)，37℃×15min，μCT(SkyScan1076，比利時)掃描［9］。μCT掃描條件:電壓70kV，電流140mA，分辨率18μm，掃描寬度35mm，濾波器Al1．0mm。原始圖像重建后(圖2a，b)，將橫截面圖像轉(zhuǎn)換為矢狀面圖像(圖2c)，之后選擇自距股骨內(nèi)側(cè)踝向外側(cè)踝方向的0．3796～1．3286mm范圍內(nèi)進(jìn)行軟骨衰減系數(shù)與厚度的計算。

1．1．33D建模將矢狀面圖像導(dǎo)入Mimics軟件進(jìn)行3D重建，軟骨圖像分割及建模過程如圖2(d)～(e)

1．2軟骨組織切片制備與分析掃描結(jié)束后立即將軟骨浸入PBS，4℃過夜，10%福爾馬林固定12h。經(jīng)過固定，脫鈣，冷凍包埋劑包埋后，冷凍切片機(jī)(LeicaMicrosystemsNus-slochGmbH，德國)切片，0．1%番紅O—0．1%固綠(Sigma公司，美國)對切片進(jìn)行染色。染色的軟骨切片經(jīng)SZX-16體視顯微鏡(O-lympus，日本)取像，軟骨厚度的測量通過ImageJ軟件完成，測多個不同位置的軟骨厚度取其均值。

1．3統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果均以x±s表示，利用SPSS13．0進(jìn)行one-wayANOVA統(tǒng)計學(xué)分析。利用線性回歸分析μCT與軟骨組織形態(tài)計量學(xué)相應(yīng)參數(shù)之間的相關(guān)性。以P＜0．05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié)果

2．1μCT檢測結(jié)果TS與TSP大鼠股骨遠(yuǎn)端的軟骨厚度較Con均有顯著性下降(圖3a);TS的軟骨體積較Con、TSP有顯著性下降，而TSP與Con無顯著性差異(圖3b)。μCT測得軟骨衰減系數(shù)如圖4所示，TS與TSP組軟骨衰減系數(shù)較Con組顯著升高，TS與TSP組間無顯著性差異。

2．2軟骨組織切片染色結(jié)果軟骨番紅O—固綠染色切片如圖5所示，與Con相比，TS與TSP的軟骨細(xì)胞減少，且基質(zhì)染色程度下降(圖5b，c)。TS與TSP的軟骨厚度較Con的有顯著性下降，而TS與TSP無顯著性差異(圖5d)。

2．3μCT與組織切片檢測軟骨厚度相關(guān)性分析線性回歸分析顯示，μCT與組織切片所測得的軟骨厚度的相關(guān)系數(shù)r2為0．84(圖6)，提示二者具有高度相關(guān)性。

3討論

由于x射線在軟組織中衰減系數(shù)低，μCT不易檢測到軟組織，而通過離子造影劑提高μCT對軟組織的成像，可用于評估大鼠關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)［9-10］。蛋白多糖是軟骨基質(zhì)中最重要的成份之一，主要由葡糖胺聚糖(GAGs)組成，使軟骨有一定的力學(xué)特性而能承受關(guān)節(jié)的壓應(yīng)力負(fù)荷。有研究顯示，軟骨退化的早期就會出現(xiàn)GAG的減少［11］。造影劑增強(qiáng)μCT掃描中衰減系數(shù)的增加可反映軟骨中GAG含量下降［12-13］。而組織切片番紅－O染色，不僅可以反映基質(zhì)中GAG的含量而且也能反映其分布［14］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，尾吊可導(dǎo)致大鼠軟骨中GAG含量下降，且軟骨的厚度和體積均下降，提示軟骨發(fā)生了退化、關(guān)節(jié)軟骨吸收能量的能力下降。Haapala等［15-17］的研究結(jié)果也顯示尾吊大鼠關(guān)節(jié)軟骨的厚度下降。此外，μCT與組織切片所測得軟骨厚度相關(guān)性高，因此，μCT在檢測和評估軟骨功能方面應(yīng)具有很好的應(yīng)用價值。關(guān)節(jié)軟骨的早期退化主要與關(guān)節(jié)動力學(xué)改變相關(guān)［18］。動物實(shí)驗(yàn)研究顯示，降低關(guān)節(jié)負(fù)荷及減少關(guān)節(jié)活動均可導(dǎo)致軟骨退化［6，16］。因此，適度的關(guān)節(jié)負(fù)荷與活動在維持軟骨正常生理功能及力學(xué)性能［4］中具有重要的作用。Johnson等［19］發(fā)現(xiàn)一定限度的被動運(yùn)動可以阻止由關(guān)節(jié)制動所致的關(guān)節(jié)功能的紊亂［19］;然而Renner等［20］的研究顯示被動拉伸訓(xùn)練不能阻止制動大鼠的關(guān)節(jié)軟骨退化。本研究表明，被動運(yùn)動不能有效對抗尾吊引起的關(guān)節(jié)軟骨退化。本研究為初步研究，對TSP組每次運(yùn)動時間設(shè)定為200s，沒有進(jìn)一步分組觀察更長訓(xùn)練時間的效果。因此運(yùn)動時間短運(yùn)動強(qiáng)度低，這可能是導(dǎo)致被動運(yùn)動對抗效果不佳的主要原因，最佳被動運(yùn)動時間還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。對抗效果不佳可能不僅與運(yùn)動時間等有關(guān)，還與運(yùn)動方式(主動或被動運(yùn)動等)有關(guān)。不同運(yùn)動方式對抗效果及其機(jī)制均需繼續(xù)探討。空間失重環(huán)境對軟骨的影響及相應(yīng)的對抗方法(訓(xùn)練模式、強(qiáng)度及時間等)還有待進(jìn)一步研究，這不僅有助于對抗航天員的失重性肌骨退化，也將對地面老年性及廢用性肌骨病變的防治具有一定意義。

作者：欒會芹黃云飛樊瑜波孫聯(lián)文單位：北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院生物力學(xué)與力生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室