运动对兔膝退变关节软骨形态学的影响
作者：黄涛 黄昌林
单位：河南洛阳解放军150中心医院骨科，洛阳市，471031
关键词：骨性关节炎；运动疗法；组织形态学
中国康复医学杂志990502 摘要 目的：了解不同运动方式对退变关节软骨的形态学影响。方法：以新西兰白兔为研究对象，用伸膝位石膏固定8周的方法建立骨关节炎动物模型，按运动方式不同，随机分成5组，从光镜、扫描电镜两方面观察运动对退变关节软骨的组织形态学影响。结果：关节制动可诱发关节软骨退变，运动对退变软骨具有保护和促进修复作用。结论：关节适宜运动可促进退变关节软骨的修复和重塑，增加关节稳定性。
The influence of movement on the morphology of the decayed joint cartilage of rabbits
, http://www.100md.com
HUANG Tao, HUANG Changlin
Chinese Journal of Rehabilitation Medicine, 1999, 14(5):198～201
Abstract Objective:To investigate the influence of different ways of movement upon the morphology of decayed joint cartilage of rabbits.Method:Taking Newzealand rabbits as our study objects, we have build some osteoarthritis(OA) animal models by fixing the rabbits′ left posterior knee joint in stretching state plaster for 8 weeks. According to different ways of movement, the influence of movement upon the morphology of decayed arthrochondritis under light microscopy and scanning electron microscopy were observed. Result: Joint immobilization could evoke arthrochondritis decay, while movement could serve to protect and repair decayed arthrochondritis. Conclusion:Proper degree joint movement of could be helpful to repair and rebuild decayed arthrochondritis, and make it more stable.
, 百拇医药
Author′s address No. 150 Central Hospital of the PLA, Luoyang, Henan, 471031
Key words Osteoarthritis; Motortherapy; Histomorphology
关节制动与运动一直困扰着骨科医生的临床治疗选择，随着医学的发展，运动对关节的有益作用越来越受到重视。为了进一步探讨运动对关节功能的影响，本实验以新西兰白兔为研究对象，对关节制动的骨关节炎(osteoarthritis, OA)模型采取不同运动方式，来观察运动对退变关节软骨的影响。
1 材料与方法
1.1 实验对象与分组
实验采用新西兰白兔，雌雄不限，体重2.5～3.0kg，平均2.8kg，6～8月龄，共30只。按随机分组原则，将其分为5组，Ⅰ组：制动8周；Ⅱ组：制动8周后自由活动8周；Ⅲ组：制动8周后主动活动8周；Ⅳ组：制动8周后被动活动8周；Ⅴ组：制动8周后主动活动加被动活动8周。左后膝为实验侧，右后膝为对照侧，所有动物均在同样条件下分笼饲养管理。
, 百拇医药
1.2 运动方式
1.2.1 自由活动：去除石膏后不施加任何处理因素，任其在笼内自由活动。
1.2.2 主动活动：采用4跑道动物实验跑台进行训练，跑台平板运动速度15m/min，每天2次，每次1小时。在高压电和音响刺激驱使下保证实验对象基本按平板速度进行训练(本实验跑台平板速度值是根据预试验结果选择的中等量强度速度)。
1.2.3 被动活动：实验者对实验侧膝关节进行反复柔和的屈伸活动，第1周持续被动活动200次/日，以后每周递增150次/日，直至实验期满。
1.2.4 主动活动加被动活动：按上述方法和强度同时施加主被动活动，其中被动活动在两次主动活动间期进行。
1.3 OA动物模型制作方法
, 百拇医药
左后膝长腿石膏管型固定于伸直位。固定范围：自腹股沟至趾端，踝关节背屈60°〔1〕。制动时间8周。
1.4 标本制作
实验期满后，在麻醉状态下(1.25%硫喷妥钠2ml/kg，耳静脉缓慢静脉推注给药)，解剖膝关节，切取股骨内侧、胫骨内侧平台关节面，按形态学检查常规要求行标本固定，供光学、电子显微镜检查。
1.5 观察指标
1.5.1 光镜观察：将各组取材标本，用10%中性福尔马林固定，经5%硝酸脱钙，递增浓度乙醇脱水，石腊包埋处理后，切片机连续纵向切片，厚度6μm，常规HE染色，用光学显微镜观察软骨及软骨下骨病理变化。
1.5.2 扫描电镜观察：将标本放入无水酒精中浸泡30～45min，空气中放置3～5min,反复3次，浸泡在无水酒精中，然后浸入液氮中3～5min；在观察部分取样。用2%戊二醛和2%四氧化锇双重固定，二氧化碳临界点干燥，冰箱冷藏保存，表面镀金，用S-520扫描电镜观察软骨表面的组织形态学变化。
, 百拇医药
2 结果
光镜观察Ⅰ组：软骨变薄、破损，表面纤维化有裂隙，软骨细胞广泛丢失，排列紊乱。Ⅱ组：软骨部分破坏，软骨下骨增厚，有团状软骨细胞增生现象。Ⅲ组：软骨表面粗糙、软骨细胞排列趋向规则，可见软骨细胞部分丢失和灶性增生。Ⅳ组：软骨表面不平整，有炎性反应，软骨细胞排列不规则，软骨与骨交界区可见裂隙。Ⅴ组：软骨表面纤维化，裂隙消失，软骨细胞增生与退变同时可见，细胞排列稍紊乱。
扫描电镜观察：Ⅰ组：圆形突起消失，并出现胶原纤维囊样变。Ⅱ组偶见圆形突起，部分暴露表层胶原纤维。Ⅲ组：胶原纤维网增粗、断裂、剥脱，圆形突起增多。Ⅳ组圆形突起增多，表面破损，可见退变软骨细胞。Ⅴ组突起明显增多，可见胶原纤维断裂及软骨细胞巢状增生。见图1～10。
图1 软骨变薄，表面纤维化，有裂隙，软骨细胞广泛丢失(10×10)
, 百拇医药
图2 部分软骨破坏，表面破损(10×10)
图3 软骨表面有裂隙，软骨细胞丢失和灶性增生同时存在(10×10)
图4 软骨表面不平滑，纤维化，软骨细胞排列不规则(10×10)
图5 软骨表面纤维化，软骨细胞排列稍紊乱(10×10)
图6 圆形突起消失(×4400)
, 百拇医药
图7 表层胶原纤维部分暴露(×5400)
图8 圆形突起增多，胶原纤维网增多(×2000)
图9 圆形突起增多，可见退变软骨细胞(×4400)
图10 新生软骨细胞群巢状排列(×1000)
3 讨论
3.1 制动与运动对关节软骨状态学的影响
正常关节软骨表面呈浅蓝色，光滑耐磨，富有弹性，具有传导载荷、吸收震荡、润滑关节等功能。在光学显微镜下分4层结构：表层带、中间带、深层带、钙化带。扫描电镜下观察软骨表面为无数直径10～20μm的圆形突起，表面为膜样结构保护的胶原网，纤维直径0.1～0.12μm。深部纤维与关节面垂直，起支架作用，直径5～15μm。大量实验研究和临床观察认为膝关节制动大于30天时，由于软骨压力泵作用丧失，关节周围软组织挛缩，滑膜浸润软骨或与之粘连等，关节软骨的退变过程不可避免〔1〕。
, 百拇医药
本实验观察到，关节制动8周时病变加重，软骨表面纤维化，软骨细胞数量明显减少。圆形突起消失。实验结果证实了制动可引起软骨退变的论点，同时也说明本实验模型与OA的形态学改变是符合的。持续被动运动理论的提出已近30年历史，运动对关节软骨损伤和退变具有修复作用已被众多学者所接受。本课题的实验结果也从组织形态学上证实了这一点，并发现适宜的运动计划可使退变软骨的组织学形态趋向正常，但修复能力有限。
3.2 运动在OA防治中的地位
OA具有起病隐蔽，发展缓慢，易被忽视，发病率高等特点。随着世界人口老龄化，已给社会经济带来负担，给中老年人的生活质量和身心健康造成威胁，虽经医学家们的不懈努力和大胆探索，创立了全身治疗、药物治疗、手术治疗和运动治疗等诸多治疗方法，但临床疗效尚不满意。评价治疗效果的好坏还仅限于以下3个方面：①症状的缓解，关节功能的改善和恢复；②能否延缓和减轻关节软骨的破坏；③是否能促进关节软骨的修复和修复能力〔3〕。但这远远不能解决OA的根本问题，特别是对于晚期OA患者，疗效的评价只能由功能障碍的轻重来判断，因此对OA的早期诊断，正确及时判断OA易患人群，并采取相应措施，有效防治OA的发生、发展就显得尤为重要。本实验的目的是评价运动对OA的防治作用，力图为临床OA防治提供实验依据和有效手段。结果显示：制动8周时关节软骨发生OA的晚期病理变化，表现为关节间隙模糊，软骨层变薄，表面纤维化，软骨细胞广泛丢失，排列紊乱。电镜下圆形突起消失。虽主被动活动8周，关节的X线表现和组织形态学特征只能得到部分恢复，扫描电镜下虽突起增多，但仍有胶原纤维网断裂现象。提示退变软骨可在运动中愈合再生，病变越轻，修复越完全。结合我们的实验推测，运动可提高退变关节软骨修复能力。促进关节软骨形态学的恢复，使负重关节表面应力重新分布，重建关节稳定性。由于运动可使退变关节软骨有限重塑，因此在临床上应强调早期实施运动计划的重要性。
, http://www.100md.com
参考文献
1 邱贵兴，王桂生.兔膝关节制动引起关节软骨退变的实验研究.中华外科杂志，1987，25(3)：175.
2 Videman T. Experimental osteoarthritis in the rabbit: comparison of different periods of repeated immobilization. Acta Orthop Scard, 1982, 53(3):339.
3 Enneking WF, et al. The intro-articular effects of immobilization of the human knee. J Bone Joint Surg, 1992, 54:973.
收稿日期：1998-11-02, http://www.100md.com
单位：河南洛阳解放军150中心医院骨科，洛阳市，471031
关键词：骨性关节炎；运动疗法；组织形态学
中国康复医学杂志990502 摘要 目的：了解不同运动方式对退变关节软骨的形态学影响。方法：以新西兰白兔为研究对象，用伸膝位石膏固定8周的方法建立骨关节炎动物模型，按运动方式不同，随机分成5组，从光镜、扫描电镜两方面观察运动对退变关节软骨的组织形态学影响。结果：关节制动可诱发关节软骨退变，运动对退变软骨具有保护和促进修复作用。结论：关节适宜运动可促进退变关节软骨的修复和重塑，增加关节稳定性。
The influence of movement on the morphology of the decayed joint cartilage of rabbits
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HUANG Tao, HUANG Changlin
Chinese Journal of Rehabilitation Medicine, 1999, 14(5):198～201
Abstract Objective:To investigate the influence of different ways of movement upon the morphology of decayed joint cartilage of rabbits.Method:Taking Newzealand rabbits as our study objects, we have build some osteoarthritis(OA) animal models by fixing the rabbits′ left posterior knee joint in stretching state plaster for 8 weeks. According to different ways of movement, the influence of movement upon the morphology of decayed arthrochondritis under light microscopy and scanning electron microscopy were observed. Result: Joint immobilization could evoke arthrochondritis decay, while movement could serve to protect and repair decayed arthrochondritis. Conclusion:Proper degree joint movement of could be helpful to repair and rebuild decayed arthrochondritis, and make it more stable.
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Author′s address No. 150 Central Hospital of the PLA, Luoyang, Henan, 471031
Key words Osteoarthritis; Motortherapy; Histomorphology
关节制动与运动一直困扰着骨科医生的临床治疗选择，随着医学的发展，运动对关节的有益作用越来越受到重视。为了进一步探讨运动对关节功能的影响，本实验以新西兰白兔为研究对象，对关节制动的骨关节炎(osteoarthritis, OA)模型采取不同运动方式，来观察运动对退变关节软骨的影响。
1 材料与方法
1.1 实验对象与分组
实验采用新西兰白兔，雌雄不限，体重2.5～3.0kg，平均2.8kg，6～8月龄，共30只。按随机分组原则，将其分为5组，Ⅰ组：制动8周；Ⅱ组：制动8周后自由活动8周；Ⅲ组：制动8周后主动活动8周；Ⅳ组：制动8周后被动活动8周；Ⅴ组：制动8周后主动活动加被动活动8周。左后膝为实验侧，右后膝为对照侧，所有动物均在同样条件下分笼饲养管理。
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1.2 运动方式
1.2.1 自由活动：去除石膏后不施加任何处理因素，任其在笼内自由活动。
1.2.2 主动活动：采用4跑道动物实验跑台进行训练，跑台平板运动速度15m/min，每天2次，每次1小时。在高压电和音响刺激驱使下保证实验对象基本按平板速度进行训练(本实验跑台平板速度值是根据预试验结果选择的中等量强度速度)。
1.2.3 被动活动：实验者对实验侧膝关节进行反复柔和的屈伸活动，第1周持续被动活动200次/日，以后每周递增150次/日，直至实验期满。
1.2.4 主动活动加被动活动：按上述方法和强度同时施加主被动活动，其中被动活动在两次主动活动间期进行。
1.3 OA动物模型制作方法
, 百拇医药
左后膝长腿石膏管型固定于伸直位。固定范围：自腹股沟至趾端，踝关节背屈60°〔1〕。制动时间8周。
1.4 标本制作
实验期满后，在麻醉状态下(1.25%硫喷妥钠2ml/kg，耳静脉缓慢静脉推注给药)，解剖膝关节，切取股骨内侧、胫骨内侧平台关节面，按形态学检查常规要求行标本固定，供光学、电子显微镜检查。
1.5 观察指标
1.5.1 光镜观察：将各组取材标本，用10%中性福尔马林固定，经5%硝酸脱钙，递增浓度乙醇脱水，石腊包埋处理后，切片机连续纵向切片，厚度6μm，常规HE染色，用光学显微镜观察软骨及软骨下骨病理变化。
1.5.2 扫描电镜观察：将标本放入无水酒精中浸泡30～45min，空气中放置3～5min,反复3次，浸泡在无水酒精中，然后浸入液氮中3～5min；在观察部分取样。用2%戊二醛和2%四氧化锇双重固定，二氧化碳临界点干燥，冰箱冷藏保存，表面镀金，用S-520扫描电镜观察软骨表面的组织形态学变化。
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2 结果
光镜观察Ⅰ组：软骨变薄、破损，表面纤维化有裂隙，软骨细胞广泛丢失，排列紊乱。Ⅱ组：软骨部分破坏，软骨下骨增厚，有团状软骨细胞增生现象。Ⅲ组：软骨表面粗糙、软骨细胞排列趋向规则，可见软骨细胞部分丢失和灶性增生。Ⅳ组：软骨表面不平整，有炎性反应，软骨细胞排列不规则，软骨与骨交界区可见裂隙。Ⅴ组：软骨表面纤维化，裂隙消失，软骨细胞增生与退变同时可见，细胞排列稍紊乱。
扫描电镜观察：Ⅰ组：圆形突起消失，并出现胶原纤维囊样变。Ⅱ组偶见圆形突起，部分暴露表层胶原纤维。Ⅲ组：胶原纤维网增粗、断裂、剥脱，圆形突起增多。Ⅳ组圆形突起增多，表面破损，可见退变软骨细胞。Ⅴ组突起明显增多，可见胶原纤维断裂及软骨细胞巢状增生。见图1～10。
图1 软骨变薄，表面纤维化，有裂隙，软骨细胞广泛丢失(10×10)
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图2 部分软骨破坏，表面破损(10×10)
图3 软骨表面有裂隙，软骨细胞丢失和灶性增生同时存在(10×10)
图4 软骨表面不平滑，纤维化，软骨细胞排列不规则(10×10)
图5 软骨表面纤维化，软骨细胞排列稍紊乱(10×10)
图6 圆形突起消失(×4400)
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图7 表层胶原纤维部分暴露(×5400)
图8 圆形突起增多，胶原纤维网增多(×2000)
图9 圆形突起增多，可见退变软骨细胞(×4400)
图10 新生软骨细胞群巢状排列(×1000)
3 讨论
3.1 制动与运动对关节软骨状态学的影响
正常关节软骨表面呈浅蓝色，光滑耐磨，富有弹性，具有传导载荷、吸收震荡、润滑关节等功能。在光学显微镜下分4层结构：表层带、中间带、深层带、钙化带。扫描电镜下观察软骨表面为无数直径10～20μm的圆形突起，表面为膜样结构保护的胶原网，纤维直径0.1～0.12μm。深部纤维与关节面垂直，起支架作用，直径5～15μm。大量实验研究和临床观察认为膝关节制动大于30天时，由于软骨压力泵作用丧失，关节周围软组织挛缩，滑膜浸润软骨或与之粘连等，关节软骨的退变过程不可避免〔1〕。
, 百拇医药
本实验观察到，关节制动8周时病变加重，软骨表面纤维化，软骨细胞数量明显减少。圆形突起消失。实验结果证实了制动可引起软骨退变的论点，同时也说明本实验模型与OA的形态学改变是符合的。持续被动运动理论的提出已近30年历史，运动对关节软骨损伤和退变具有修复作用已被众多学者所接受。本课题的实验结果也从组织形态学上证实了这一点，并发现适宜的运动计划可使退变软骨的组织学形态趋向正常，但修复能力有限。
3.2 运动在OA防治中的地位
OA具有起病隐蔽，发展缓慢，易被忽视，发病率高等特点。随着世界人口老龄化，已给社会经济带来负担，给中老年人的生活质量和身心健康造成威胁，虽经医学家们的不懈努力和大胆探索，创立了全身治疗、药物治疗、手术治疗和运动治疗等诸多治疗方法，但临床疗效尚不满意。评价治疗效果的好坏还仅限于以下3个方面：①症状的缓解，关节功能的改善和恢复；②能否延缓和减轻关节软骨的破坏；③是否能促进关节软骨的修复和修复能力〔3〕。但这远远不能解决OA的根本问题，特别是对于晚期OA患者，疗效的评价只能由功能障碍的轻重来判断，因此对OA的早期诊断，正确及时判断OA易患人群，并采取相应措施，有效防治OA的发生、发展就显得尤为重要。本实验的目的是评价运动对OA的防治作用，力图为临床OA防治提供实验依据和有效手段。结果显示：制动8周时关节软骨发生OA的晚期病理变化，表现为关节间隙模糊，软骨层变薄，表面纤维化，软骨细胞广泛丢失，排列紊乱。电镜下圆形突起消失。虽主被动活动8周，关节的X线表现和组织形态学特征只能得到部分恢复，扫描电镜下虽突起增多，但仍有胶原纤维网断裂现象。提示退变软骨可在运动中愈合再生，病变越轻，修复越完全。结合我们的实验推测，运动可提高退变关节软骨修复能力。促进关节软骨形态学的恢复，使负重关节表面应力重新分布，重建关节稳定性。由于运动可使退变关节软骨有限重塑，因此在临床上应强调早期实施运动计划的重要性。
, http://www.100md.com
参考文献
1 邱贵兴，王桂生.兔膝关节制动引起关节软骨退变的实验研究.中华外科杂志，1987，25(3)：175.
2 Videman T. Experimental osteoarthritis in the rabbit: comparison of different periods of repeated immobilization. Acta Orthop Scard, 1982, 53(3):339.
3 Enneking WF, et al. The intro-articular effects of immobilization of the human knee. J Bone Joint Surg, 1992, 54:973.
收稿日期：1998-11-02, http://www.100md.com