中國運動醫(yī)學(xué)雜志2016 年4 月第35 卷第4 期Chin J Sports Med，Apr. 2016，Vol.35，No.4
跑臺運動對兔前交叉韌帶斷裂后膝關(guān)節(jié)軟骨的影響
鐘名金劉振龍張繼英李玳胡曉青敖英芳
北京大學(xué)第三醫(yī)院運動醫(yī)學(xué)研究所（北京100191）
2.2 術(shù)后3 周軟骨損傷情況
術(shù)后3 周，Sham 組股骨髁軟骨未出現(xiàn)損傷， 軟骨表面完整，無墨汁殘留；組織染色上軟骨層次清晰，糖原無減少，II 型膠原豐富。ACLT 組可見軟骨表面墨汁殘留，軟骨表面出現(xiàn)粗糙、裂隙；組織染色上表現(xiàn)為軟骨出現(xiàn)裂隙、表面纖維化，糖原染色降低，II 型膠原輕度減少。ACLT+Ex 組軟骨表面墨汁殘留，有表淺潰瘍，組織學(xué)上出現(xiàn)軟骨表面結(jié)構(gòu)紊亂， 軟骨細胞壞死、腫脹， 糖原和II 型膠原染色變淡。軟骨墨汁染色評分和OARSI 分級、分期及總分統(tǒng)計結(jié)果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統(tǒng)計學(xué)差異（圖4）。
Sham 組無墨汁殘留，組織染色上軟骨層次清晰，糖原無減少，II 型膠原豐富；ACLT 組表面墨汁殘留，組織染色軟骨出現(xiàn)裂隙，糖原和II 型膠原丟失；ACLT+Ex 組出現(xiàn)墨汁殘留，軟骨表面表淺潰瘍，組織學(xué)上出現(xiàn)軟骨表面結(jié)構(gòu)紊亂，糖原和II 型膠原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺藍; d，h，l—II 型膠原）。股骨髁軟骨損傷評分結(jié)果：大體評分（m） 和軟骨損傷OARSI 分級（n）、分期（o） 及總分（p） 結(jié)果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統(tǒng)計學(xué)差異。
圖4 術(shù)后3 周股骨髁軟骨印度墨汁染色、組織學(xué)及II 型膠原染色評估
2.3 術(shù)后4 周軟骨損傷情況
術(shù)后4 周，Sham 組軟骨表面光滑，未見磨損退變，無墨汁殘留。組織染色上軟骨完整，糖原和II 型膠原含量無減少。ACLT 組軟骨損傷明顯加重，墨汁染色可見軟骨表面潰瘍，部分軟骨出現(xiàn)軟骨下骨暴露，損傷范圍超過軟骨面積的50%以上， 組織染色上表現(xiàn)為軟骨結(jié)構(gòu)消失，出現(xiàn)潰瘍、剝離深達軟骨下骨，糖原和II 型膠原丟失。ACLT+Ex 組軟骨損傷也進一步加重，在墨汁染色上出現(xiàn)墨汁殘留，軟骨表面縱行裂隙、潰瘍，直達軟骨下骨，損傷范圍明顯擴大，組織學(xué)上軟骨結(jié)構(gòu)紊亂、層次消失，軟骨剝離、纖維化，糖原和II 型膠原染色變淡。軟骨墨汁染色評分和OARSI 分級、分期及總分統(tǒng)計結(jié)果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統(tǒng)計學(xué)差異（圖5）。
Sham 組無墨汁殘留，組織染色上軟骨完整，糖原和二型膠原無丟失；ACLT 組出現(xiàn)墨汁殘留，軟骨深潰瘍。組織學(xué)上出現(xiàn)軟骨剝離，軟骨下骨顯露；ACLT+Ex 組軟骨表面有縱行裂隙到軟骨下骨，組織學(xué)上出現(xiàn)軟骨表面結(jié)構(gòu)紊亂，層次消失，糖原和II 型膠原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺藍; d，h，l—II 型膠原）。股骨髁軟骨損傷評分結(jié)果：大體評分（m） 和軟骨損傷OARSI 分級（n）、分期（o） 及總分（p） 結(jié)果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統(tǒng)計學(xué)差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統(tǒng)計學(xué)差異。
圖5 術(shù)后4 周股骨髁軟骨印度墨汁染色、組織學(xué)及II 型膠原染色評估
3 討論
前交叉韌帶（ACL）是維持膝關(guān)節(jié)前向穩(wěn)定的重要組織結(jié)構(gòu)，ACL 斷裂后導(dǎo)致脛骨出現(xiàn)向前的反向異?；顒樱斐申P(guān)節(jié)間的接觸力和接觸面發(fā)生改變，關(guān)節(jié)軟骨在異常應(yīng)力的作用下出現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷， 表現(xiàn)出軟骨磨損退變，甚至全層脫離，軟骨下骨暴露，進而發(fā)展為OA[8]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，ACL 斷裂后關(guān)節(jié)軟骨損傷的嚴重程度與時間呈正相關(guān)性，一般來說ACL 斷裂后1 年內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨磨損已經(jīng)很嚴重[9]。為了更好地觀察ACL斷裂后關(guān)節(jié)軟骨損傷的病理變化過程， 需要建立合適的動物模型。大鼠ACL 切斷后，術(shù)后1 周即可出現(xiàn)軟骨損傷，軟骨表層軟骨細胞丟失、腫脹、纖維化，術(shù)后2周軟骨損傷進一步加重， 術(shù)后4 周已經(jīng)出現(xiàn)明顯的軟骨損傷[10]。在犬和小型豬等ACL 斷裂模型中，軟骨損傷出現(xiàn)在術(shù)后1~2 個月[11，12]。大鼠ACL 斷裂模型中軟骨損傷出現(xiàn)很早，不利于發(fā)現(xiàn)很早期的軟骨損傷，而大型動物模型軟骨損傷出現(xiàn)時間晚，同時面臨著獲取不便、飼養(yǎng)困難和經(jīng)濟成本高等不利因素，因此，在ACL 斷裂動物模型中，往往選擇兔作為建立ACL 斷裂的合適動物。本實驗和我所前期的研究結(jié)果表明，兔ACL 斷裂后，軟骨損傷出現(xiàn)在術(shù)后第3 周，出現(xiàn)早期軟骨損傷表現(xiàn)，術(shù)后4 周軟骨損傷加重，表現(xiàn)為中晚期軟骨損傷[4]，與文獻報道結(jié)果一致[13]。
ACL 斷裂后軟骨損傷的損傷率、損傷程度與傷后膝關(guān)節(jié)活動方式和強度存在密切聯(lián)系。臨床上也有一部分ACL 斷裂患者由于誤診、漏診和自身條件等因素?zé)o法及時行ACL 重建術(shù)，患者在傷后仍進行運動。因此需要建立一種可有效用于觀察ACL 斷裂后運動對軟骨影響的實驗運動模型，來研究ACL 斷裂后運動對關(guān)節(jié)軟骨的影響。研究已證實關(guān)節(jié)制動會導(dǎo)致肌肉萎縮、關(guān)節(jié)僵硬，關(guān)節(jié)失去活動，關(guān)節(jié)軟骨失去了通過關(guān)節(jié)活動產(chǎn)生的力學(xué)刺激來維持軟骨營養(yǎng)的動力， 導(dǎo)致軟骨營養(yǎng)代謝障礙，引發(fā)軟骨退行性改變[14]。關(guān)節(jié)的持續(xù)被動活動（continuous passive motion，CPM）可以刺激軟骨細胞代謝， 持續(xù)的應(yīng)力和適當(dāng)?shù)呢摵煽梢哉{(diào)節(jié)軟骨細胞的代謝反應(yīng)，增加蛋白多糖等軟骨基質(zhì)的合成，改善軟骨質(zhì)量，從而起到保護軟骨的作用[15]。目前CPM更多應(yīng)用于ACL 重建術(shù)后和軟骨修復(fù)術(shù)后的康復(fù)。Galois 等[16]研究了不同運動強度對膝OA 軟骨的影響。
他們切斷大鼠ACL 后予以不同強度的運動，通過觀察關(guān)節(jié)軟骨的損傷程度， 發(fā)現(xiàn)適度的運動可以保護關(guān)節(jié)軟骨，而過度的運動則加重軟骨損傷。但是，目前尚無關(guān)于兔ACL 斷裂后運動對關(guān)節(jié)軟骨影響的研究報道。本實驗**應(yīng)用實驗跑臺運動來研究兔ACL 斷裂后早期運動對關(guān)節(jié)軟骨的影響。
本研究中兔的運動為ACL 切斷術(shù)后第5 天開始，在實驗跑臺上進行，每周5 天，每天10 分鐘，跑臺速度為0.3 英里/小時（約8 米/分鐘）。Oyen-Tiesma 等[5]研究認為，兔可以很好地適應(yīng)于該運動強度，長期進行該強度的運動不會出現(xiàn)并發(fā)癥和繼發(fā)性損傷，因此，該運動方案是建立兔實驗運動模型并進行相關(guān)研究的成熟有效方案。Bryan 等[17]應(yīng)用此運動方案研究兔髕腱重建ACL， 發(fā)現(xiàn)早期關(guān)節(jié)主動運動可以改善取腱區(qū)的腱組織**，增強取腱區(qū)的塑形改造能力，增加髕腱術(shù)后強度。本研究通過觀察ACL 斷裂后股骨髁軟骨的大體觀與組織學(xué)， 發(fā)現(xiàn)ACL 斷裂后無論進行跑臺運動與否，關(guān)節(jié)軟骨損傷都不可避免，ACLT+Ex 組與ACLT 組均在術(shù)后第3 周出現(xiàn)軟骨損傷， 術(shù)后第4 周軟骨損傷進一步加重。在術(shù)后第3 周和4 周，ACLT 組、ACLT+Ex組和Sham 組間在大體觀評分和OARSI 分級、分期和總分上存在統(tǒng)計學(xué)顯著差異。術(shù)后2、3、4 周，ACLT 組與ACLT+Ex 組間在各評分上均無統(tǒng)計學(xué)差異，這表明兔ACL 斷裂后， 無論籠養(yǎng)自由活動還是實驗跑臺運動，均出現(xiàn)早期軟骨損傷，與籠養(yǎng)自由活動相比，實驗跑臺運動在早期對關(guān)節(jié)軟骨損傷的進程無影響。
臨床研究對比運動員與非運動員ACL 斷裂后軟骨損傷的情況發(fā)現(xiàn)，運動員ACL 斷裂后軟骨損傷率并
不比非運動員軟骨損傷率高。雖然運動員在ACL 傷后的運動量和運動強度較非運動員都要大， 但是由于運動員具備了專業(yè)的訓(xùn)練以及良好的醫(yī)務(wù)監(jiān)督條件，傷后即使從事高強度、大運動量運動訓(xùn)練和比賽，只要通過安排合理的運動和康復(fù)， 就可以一定程度上降低和減輕軟骨損傷的發(fā)生[18]。本動物實驗研究的運動方案為兔合適的運動強度，符合兔的日常活動和運動量，對比兔ACL 斷裂后運動與不運動關(guān)節(jié)軟骨損傷情況，發(fā)現(xiàn)運動并未加重軟骨損傷。因此，我們認為，ACL 斷裂后早期合適的運動未必會加重軟骨損傷。ACL 斷裂后早期進行合理的運動調(diào)整和康復(fù)，不會加重軟骨損傷，
其原因可能有以下幾點：（1）ACL 斷裂早期肌肉并未萎縮， 而肌肉力量是維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定和避免韌帶損傷的關(guān)鍵[19]。（2）運動強度相對低、溫和，沒有急轉(zhuǎn)、急停等產(chǎn)生切線力的動作， 進行合理適宜的運動不會對軟骨造成不利影響[20]。（3） 臨床上ACL 斷裂的原因往往是暴力， 通常造成外側(cè)股骨髁軟骨與外側(cè)脛骨平臺軟骨的“對吻傷”， 而局部軟骨損傷可能造成關(guān)節(jié)其他部位軟骨損傷[21]。實驗中通過手術(shù)切斷ACL 并沒有暴力作用而造成的軟骨損傷。但是在臨床工作中，對ACL 斷裂
后的患者，如何合理調(diào)整傷后的運動強度、運動方式和運動時間等方面需要進一步研究， 而且要考慮長期活動對關(guān)節(jié)軟骨的影響， 以免不恰當(dāng)?shù)倪\動方案加重關(guān)節(jié)軟骨損傷。
4 結(jié)論
跑臺運動是可用于研究兔ACL 斷裂后對關(guān)節(jié)軟骨影響的有效實驗運動模型；兔ACL 斷裂后早期出現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷，但與籠養(yǎng)自由活動相比，本實驗跑臺運動對關(guān)節(jié)軟骨損傷進程無影響，表明ACL 斷裂后早期進行合理運動與康復(fù)不會加重膝關(guān)節(jié)軟骨損害。在臨床實踐中，應(yīng)結(jié)合ACL 斷裂患者的實際情況合理調(diào)整運動方案，以免對關(guān)節(jié)軟骨造成不利影響。