制动对关节韧带形态学及超微结构的影响
作者：张长杰
单位：湖南医科大学附属第二医院,湖南长沙 410011
关键词：制动；关节韧带；超微结构
现代康复990922
提要：制动对关节韧带的影响是明显的。制动后关节韧带与周围组织粘连较紧，胶原纤维排列紊乱，韧带骨止点出现骨吸收现象，纤维骨附着处破坏。关节韧带中小直径胶原原纤维的比例减少，大直径原纤维的比例增加。成纤维细胞形状改变，梭形成纤维细胞多见，细胞内肌动蛋白染色加深。
Effect of immobilization on morphology and
ultrastructure of joint ligament
, 百拇医药
ZHANG Chang-jie.
Department of Rehabilitation medicine,The Second Affiliated Hospital,Hunan Medical University ,Changsha 410011, China)
Abstract Immobilization obviously influenced ligament of joint.There were adhesions between ligament and other soft tissues after immobilization .Arrangement of collagen fibers of joint ligament was disorganized under microscope .Insertion sites of ligament showed resorption of bone and disruption of the normal attachment of the bone to the ligament .There was a decrease in the proportion of smaller ,cross-sectional area fibrils following immobilization.There was also an increase in the proportion of larger fibrils following immobilization.Fibroblasts of ligament were ovoid-shaped.In the ligament,staining for the protein actin was heavy.
, 百拇医药
Key words Immobilization;ligament of joint;ultrastructure
制动(immobilization)作为一种治疗手段,在临床上的使用已有相当长的时间.目前应用于创伤、运动损伤、神经损伤及全身多脏器广泛损伤的辅助治疗。尽管制动具有缓解疼痛，加速伤口愈合等作用，但也是引起关节运动障碍的常见原因。越来越多的研究人员已认识到制动的副作用和危害，并对此开展了一系列研究。现将制动对关节韧带形态学及超微结构的影响综述如下。
1 制动对韧带形态学的影响
制动后韧带的外观较毛糙，色泽暗淡，与周围组织粘连较紧。制动40d后韧带的横截面积没有明显变化，但其机械特性发生改变，这可能是由于韧带内部结构改变所致[1～3]。制动9周，内侧副韧带的横截面积明显缩小，胶原纤维束直径明显变细[4]。
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韧带胶原纤维的排列方式，报道的结果不尽相同。同样是前交叉韧带，且制动期均为9周，Newton等[5]观察到胶原纤维的排列没有变化，Akeson等[6]则见胶原纤维随机排列方式增多，平行排列消失。
韧带止点的组织学观察见内侧副韧带股骨止点无大的改变，或有轻度骨吸收[4]，主要变化发生在胫骨止点。胫骨止点处破骨细胞增多，出现骨吸收现象，胶原纤维骨附着处破坏，纤维断裂增加[4,7]。
2 制动与胶原原纤维的变化
韧带超微结构的变化与韧带机械特性改变有关联。制动使胶原原纤维的大小，密度改变，新合成的胶原纤维因缺乏应力刺激排列紊乱，不能抵抗较大的载荷，所承受的机械应力相应降低。Binkley等[1]采用透射电镜观察发现，制动后鼠内侧副韧带横截面积较小的(0～10000nm2)胶原原纤维比例明显减少，而较大横截面积(30～40000nm2和40～50000nm2)原纤维的比例则明显增多，且分布不均等。制动侧韧带的胶原原纤维密度也明显低于对侧，估计每条制动韧带胶原原纤维平均计数明显低于对侧。小直径的原纤维比例减少提示制动期中胶原合成减少，大直径原纤维的比例增加提示胶原原纤维降解率降低。合成减少和降解减少使韧带胶原纤维代谢保持平衡，胶原含量没有改变[8]。Parry等[9]发现小直径原纤维比大直径原纤维有更大的表面面积。原纤维表面面积大可以增加胶原原纤维与基质成份的接触面积，有利于相互反应。制动使小直径胶原原纤维的比例减少导致原纤维与基质的接触减少，因而韧带抗拉伸强度和刚度降低。
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比较有意思的是发现胶原原纤维的密度明显降低。一般说来，制动使基质物质如水和粘多糖的浓度减少[10]。基质浓度减少，胶原原纤维彼此间的空间缩小，胶原原纤维的密度应增加。对这种事实上的密度减少的解释，是由于制动后韧带中小直径原纤维的减少所致。
3 制动对成纤维细胞的影响
制动对成纤维细胞的影响是明显的，挛缩韧带成纤维细胞数量增加。Dehner等[11]体外研究证实韧带组织成纤维细胞增多。成纤维细胞的形状有改变，制动侧韧带以梭形细胞多见，对侧韧带则圆形细胞多见。透射电镜下正常韧带的成纤维细胞呈圆形或椭圆形，在纤维束间成串排列，细胞与胶原纤维间由无形的基质带隔离，9周制动后，制动韧带成纤维细胞以梭形占优势，细胞内溶酶体和粗面内质网增多，细胞不再由无形基质带包绕[5]。而Wilson等[12]则发现挛缩韧带的成纤维细胞变大、变圆、成行排列。这几乎与Newton[5]的结果完全相反，结果的明显差异除了动物种系不同外，其确切原因并不清楚，有待进一步深入研究。
, 百拇医药
制动3周后鼠的前交叉韧带肌动蛋白(actin)染色持续加深[12]，透射电镜下，成纤维细胞的胞浆突出向外，伸入胶原纤维内，这可用来解释为什么韧带肌动蛋白染色加深。制动后韧带的肌动蛋白染色加深提示每个细胞肌动蛋白含量增加，意味着每个细胞的收缩成份增多。
制动后韧带成纤维细胞中肌动蛋白成份的改变与韧带挛缩的发生有关。Dahners等[11]将大鼠的内侧副韧带行“Z”型延长术，3周后发现韧带回复到原先的长度，说明韧带组织能够主动收缩，几个可收缩组织病理模型，如肉芽组织，显示含有改变了的成纤维细胞。进一步的研究表明，成纤维细胞能够衍变成功能上和结构上完全类似平滑肌的细胞[15～16]。Gabbiani和Majno[17]把这种改变了的成纤维细胞命名为肌成纤维细胞(myofibrobl-ast)，该类细胞含有聚集的微丝束，这些微丝束的主要成份是肌动蛋白，肌凝蛋白。在某种外部因素的影响下，例如应力消失，肌成纤维细胞伸出更多或更大的伪足(pseudopodial)进入周围胶原纤维，肌动蛋白的收缩使胶原随着移动，彼此贴近，限制其滑动，最终导致韧带组织的挛缩。
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成纤维细胞衍变为肌成纤维细胞是韧带挛缩机理中的一种，其细节还有待进一步研究阐明，如成纤维细胞发生转变的时机、条件、启动因素等。肌动蛋白肯定在韧带组织的挛缩中起着重要作用。
个人简介：张长杰(1962-),男,湖南澧县人，博士.康复科副主任，主要研究方向：磁场的生物学效应，关节周围软组织损伤康复处理.
参考文献
[1] Binrley JM,Peat M.The effects of immobilization on the ultras tructure and mechanical properties of the medial collateral liga-ment of rats[J].Clin Orthop,1986,203:301～ 308
[2] Woo SL,Gomez MA,WooYK,et al.Mechanical properties of tendons andligamentsⅡ ,The relationships of immobilization and exercise on tissue remodeling[J].Biorheology,1982,19(3):397～ 408
, http://www.100md.com
[3] Noyes FR,Functional properties of knee ligaments and alter-ations induced by immobilization[J].Clin Orthop,1977,123:210～ 242
[4] 吴毅,范振华,屠丹云,等.制动对兔膝关节韧带力学特性和形态学的影响[J].中国运动医学杂志,1992,11(1):1～5
[5] Newton PO,WooSL,Mackenna DA,et al.lmmobilization of the knee joint alters the mechanical and ultrastructural properties of the rabbit anterior cruciate ligament [J].J Orthop Res,1995,13(2): 191～ 199
, http://www.100md.com [6] Akeson WH,Amiel D,WooSL,et al.lmmobility effects on synovial joints:the pathomechanics of joint contracture [J].Biorheology, 1980,17(1):95～ 110
[7] Amiel D,Woo SL,Herwood FL,et al.The effect of immobilization on collagen turnover in connective tissue:a biochemical- biome-chanical correlation[J].Acta Orthop Scand,1982,53(3):325～332
[8] Perry DA,Barnes GR,Graig,AS.A comparison of the size distri-bution of collagen fibrils in connective tissues as a function of age and a possible ralation between fibril size distribytion and mechanical Properties[M].Proc R Soc Lond B.1978.203, 305～ 321
, 百拇医药
[9] Woo SL,Mathews JV,Akeson WH,et al.Connective tissue resp-onse to immobility:correlative study of biomechanical and bio-chemical measurements of normal and immobilized rabbit knees [J]. Arth Rheum,1975,18(3):257～ 264
[10] Akeson WH,Amiel D,Mechanic G,et al.Collagen cross- link alterations in joint contractures[J].Conn Tiss Res,1977,5(1): 15～ 19
[11] Dahners LE,Banes AJ,Burridge KW.The relationship of actin to ligament contraction[M].Clin Orthop,1986.210,246～ 251
, http://www.100md.com
[12] Wilson CJ,Dahners LE,An examination of the mechanism of ligament contracture[M].Clin Orthop,1988.227,286～ 291
[13] Harris AK,Stopak D,Wild P.Fibroblast traction as a mecha-nism for collagen morphogenesis[M].Nature,1981.290,249～251
[14] Harris AK,Wild P,StopakD.Silicone rubber substrata:a new wrinkle in the study of cell locomotion[M]. Science.1980.208,177～ 179
[15] GabbianiG,Ryan GB,Maino G.Presence of modified fibroblasts in granulation tissue and their possible role in wound contrac-tion[J].Experientia,1971,27(5):549～ 552
[16] Majno G,Gabbiani G,Hirschel BJ,et al.contraction of granu lation tissue in vitro:similarity to smooth muscle[M].Science,1971.173,548～ 550
[17] Gabbiani G,Majno G.Dupuytren's contracture:fibroblast contr-action[J].Am J Pathol,1972,66(1):131～ 138
收稿日期：1999-01-04, http://www.100md.com
单位：湖南医科大学附属第二医院,湖南长沙 410011
关键词：制动；关节韧带；超微结构
现代康复990922
提要：制动对关节韧带的影响是明显的。制动后关节韧带与周围组织粘连较紧，胶原纤维排列紊乱，韧带骨止点出现骨吸收现象，纤维骨附着处破坏。关节韧带中小直径胶原原纤维的比例减少，大直径原纤维的比例增加。成纤维细胞形状改变，梭形成纤维细胞多见，细胞内肌动蛋白染色加深。
Effect of immobilization on morphology and
ultrastructure of joint ligament
, 百拇医药
ZHANG Chang-jie.
Department of Rehabilitation medicine,The Second Affiliated Hospital,Hunan Medical University ,Changsha 410011, China)
Abstract Immobilization obviously influenced ligament of joint.There were adhesions between ligament and other soft tissues after immobilization .Arrangement of collagen fibers of joint ligament was disorganized under microscope .Insertion sites of ligament showed resorption of bone and disruption of the normal attachment of the bone to the ligament .There was a decrease in the proportion of smaller ,cross-sectional area fibrils following immobilization.There was also an increase in the proportion of larger fibrils following immobilization.Fibroblasts of ligament were ovoid-shaped.In the ligament,staining for the protein actin was heavy.
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Key words Immobilization;ligament of joint;ultrastructure
制动(immobilization)作为一种治疗手段,在临床上的使用已有相当长的时间.目前应用于创伤、运动损伤、神经损伤及全身多脏器广泛损伤的辅助治疗。尽管制动具有缓解疼痛，加速伤口愈合等作用，但也是引起关节运动障碍的常见原因。越来越多的研究人员已认识到制动的副作用和危害，并对此开展了一系列研究。现将制动对关节韧带形态学及超微结构的影响综述如下。
1 制动对韧带形态学的影响
制动后韧带的外观较毛糙，色泽暗淡，与周围组织粘连较紧。制动40d后韧带的横截面积没有明显变化，但其机械特性发生改变，这可能是由于韧带内部结构改变所致[1～3]。制动9周，内侧副韧带的横截面积明显缩小，胶原纤维束直径明显变细[4]。
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韧带胶原纤维的排列方式，报道的结果不尽相同。同样是前交叉韧带，且制动期均为9周，Newton等[5]观察到胶原纤维的排列没有变化，Akeson等[6]则见胶原纤维随机排列方式增多，平行排列消失。
韧带止点的组织学观察见内侧副韧带股骨止点无大的改变，或有轻度骨吸收[4]，主要变化发生在胫骨止点。胫骨止点处破骨细胞增多，出现骨吸收现象，胶原纤维骨附着处破坏，纤维断裂增加[4,7]。
2 制动与胶原原纤维的变化
韧带超微结构的变化与韧带机械特性改变有关联。制动使胶原原纤维的大小，密度改变，新合成的胶原纤维因缺乏应力刺激排列紊乱，不能抵抗较大的载荷，所承受的机械应力相应降低。Binkley等[1]采用透射电镜观察发现，制动后鼠内侧副韧带横截面积较小的(0～10000nm2)胶原原纤维比例明显减少，而较大横截面积(30～40000nm2和40～50000nm2)原纤维的比例则明显增多，且分布不均等。制动侧韧带的胶原原纤维密度也明显低于对侧，估计每条制动韧带胶原原纤维平均计数明显低于对侧。小直径的原纤维比例减少提示制动期中胶原合成减少，大直径原纤维的比例增加提示胶原原纤维降解率降低。合成减少和降解减少使韧带胶原纤维代谢保持平衡，胶原含量没有改变[8]。Parry等[9]发现小直径原纤维比大直径原纤维有更大的表面面积。原纤维表面面积大可以增加胶原原纤维与基质成份的接触面积，有利于相互反应。制动使小直径胶原原纤维的比例减少导致原纤维与基质的接触减少，因而韧带抗拉伸强度和刚度降低。
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比较有意思的是发现胶原原纤维的密度明显降低。一般说来，制动使基质物质如水和粘多糖的浓度减少[10]。基质浓度减少，胶原原纤维彼此间的空间缩小，胶原原纤维的密度应增加。对这种事实上的密度减少的解释，是由于制动后韧带中小直径原纤维的减少所致。
3 制动对成纤维细胞的影响
制动对成纤维细胞的影响是明显的，挛缩韧带成纤维细胞数量增加。Dehner等[11]体外研究证实韧带组织成纤维细胞增多。成纤维细胞的形状有改变，制动侧韧带以梭形细胞多见，对侧韧带则圆形细胞多见。透射电镜下正常韧带的成纤维细胞呈圆形或椭圆形，在纤维束间成串排列，细胞与胶原纤维间由无形的基质带隔离，9周制动后，制动韧带成纤维细胞以梭形占优势，细胞内溶酶体和粗面内质网增多，细胞不再由无形基质带包绕[5]。而Wilson等[12]则发现挛缩韧带的成纤维细胞变大、变圆、成行排列。这几乎与Newton[5]的结果完全相反，结果的明显差异除了动物种系不同外，其确切原因并不清楚，有待进一步深入研究。
, 百拇医药
制动3周后鼠的前交叉韧带肌动蛋白(actin)染色持续加深[12]，透射电镜下，成纤维细胞的胞浆突出向外，伸入胶原纤维内，这可用来解释为什么韧带肌动蛋白染色加深。制动后韧带的肌动蛋白染色加深提示每个细胞肌动蛋白含量增加，意味着每个细胞的收缩成份增多。
制动后韧带成纤维细胞中肌动蛋白成份的改变与韧带挛缩的发生有关。Dahners等[11]将大鼠的内侧副韧带行“Z”型延长术，3周后发现韧带回复到原先的长度，说明韧带组织能够主动收缩，几个可收缩组织病理模型，如肉芽组织，显示含有改变了的成纤维细胞。进一步的研究表明，成纤维细胞能够衍变成功能上和结构上完全类似平滑肌的细胞[15～16]。Gabbiani和Majno[17]把这种改变了的成纤维细胞命名为肌成纤维细胞(myofibrobl-ast)，该类细胞含有聚集的微丝束，这些微丝束的主要成份是肌动蛋白，肌凝蛋白。在某种外部因素的影响下，例如应力消失，肌成纤维细胞伸出更多或更大的伪足(pseudopodial)进入周围胶原纤维，肌动蛋白的收缩使胶原随着移动，彼此贴近，限制其滑动，最终导致韧带组织的挛缩。
, http://www.100md.com
成纤维细胞衍变为肌成纤维细胞是韧带挛缩机理中的一种，其细节还有待进一步研究阐明，如成纤维细胞发生转变的时机、条件、启动因素等。肌动蛋白肯定在韧带组织的挛缩中起着重要作用。
个人简介：张长杰(1962-),男,湖南澧县人，博士.康复科副主任，主要研究方向：磁场的生物学效应，关节周围软组织损伤康复处理.
参考文献
[1] Binrley JM,Peat M.The effects of immobilization on the ultras tructure and mechanical properties of the medial collateral liga-ment of rats[J].Clin Orthop,1986,203:301～ 308
[2] Woo SL,Gomez MA,WooYK,et al.Mechanical properties of tendons andligamentsⅡ ,The relationships of immobilization and exercise on tissue remodeling[J].Biorheology,1982,19(3):397～ 408
, http://www.100md.com
[3] Noyes FR,Functional properties of knee ligaments and alter-ations induced by immobilization[J].Clin Orthop,1977,123:210～ 242
[4] 吴毅,范振华,屠丹云,等.制动对兔膝关节韧带力学特性和形态学的影响[J].中国运动医学杂志,1992,11(1):1～5
[5] Newton PO,WooSL,Mackenna DA,et al.lmmobilization of the knee joint alters the mechanical and ultrastructural properties of the rabbit anterior cruciate ligament [J].J Orthop Res,1995,13(2): 191～ 199
, http://www.100md.com [6] Akeson WH,Amiel D,WooSL,et al.lmmobility effects on synovial joints:the pathomechanics of joint contracture [J].Biorheology, 1980,17(1):95～ 110
[7] Amiel D,Woo SL,Herwood FL,et al.The effect of immobilization on collagen turnover in connective tissue:a biochemical- biome-chanical correlation[J].Acta Orthop Scand,1982,53(3):325～332
[8] Perry DA,Barnes GR,Graig,AS.A comparison of the size distri-bution of collagen fibrils in connective tissues as a function of age and a possible ralation between fibril size distribytion and mechanical Properties[M].Proc R Soc Lond B.1978.203, 305～ 321
, 百拇医药
[9] Woo SL,Mathews JV,Akeson WH,et al.Connective tissue resp-onse to immobility:correlative study of biomechanical and bio-chemical measurements of normal and immobilized rabbit knees [J]. Arth Rheum,1975,18(3):257～ 264
[10] Akeson WH,Amiel D,Mechanic G,et al.Collagen cross- link alterations in joint contractures[J].Conn Tiss Res,1977,5(1): 15～ 19
[11] Dahners LE,Banes AJ,Burridge KW.The relationship of actin to ligament contraction[M].Clin Orthop,1986.210,246～ 251
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[12] Wilson CJ,Dahners LE,An examination of the mechanism of ligament contracture[M].Clin Orthop,1988.227,286～ 291
[13] Harris AK,Stopak D,Wild P.Fibroblast traction as a mecha-nism for collagen morphogenesis[M].Nature,1981.290,249～251
[14] Harris AK,Wild P,StopakD.Silicone rubber substrata:a new wrinkle in the study of cell locomotion[M]. Science.1980.208,177～ 179
[15] GabbianiG,Ryan GB,Maino G.Presence of modified fibroblasts in granulation tissue and their possible role in wound contrac-tion[J].Experientia,1971,27(5):549～ 552
[16] Majno G,Gabbiani G,Hirschel BJ,et al.contraction of granu lation tissue in vitro:similarity to smooth muscle[M].Science,1971.173,548～ 550
[17] Gabbiani G,Majno G.Dupuytren's contracture:fibroblast contr-action[J].Am J Pathol,1972,66(1):131～ 138
收稿日期：1999-01-04, http://www.100md.com