被动运动对大鼠软骨退化的效果范文

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《航天医学与医学工程杂志》2014年第三期

1方法

1．1μCT检测

1．1．1取材大鼠腹腔注射30mg/kg戊巴比妥钠麻醉处死，取股骨远端软骨，用含0．1mmol/L蛋白酶抑制剂PBS浸润的无菌纱布包裹，4℃保存备用。

1．1．2μCT扫描及重建股骨远端软骨浸入30%复方泛影葡胺注射液(上海旭东海普药业有限公司)，37℃×15min，μCT(SkyScan1076，比利时)扫描［9］。μCT扫描条件:电压70kV，电流140mA，分辨率18μm，扫描宽度35mm，滤波器Al1．0mm。原始图像重建后(图2a，b)，将横截面图像转换为矢状面图像(图2c)，之后选择自距股骨内侧踝向外侧踝方向的0．3796～1．3286mm范围内进行软骨衰减系数与厚度的计算。

1．1．33D建模将矢状面图像导入Mimics软件进行3D重建，软骨图像分割及建模过程如图2(d)～(e)

1．2软骨组织切片制备与分析扫描结束后立即将软骨浸入PBS，4℃过夜，10%福尔马林固定12h。经过固定，脱钙，冷冻包埋剂包埋后，冷冻切片机(LeicaMicrosystemsNus-slochGmbH，德国)切片，0．1%番红O—0．1%固绿(Sigma公司，美国)对切片进行染色。染色的软骨切片经SZX-16体视显微镜(O-lympus，日本)取像，软骨厚度的测量通过ImageJ软件完成，测多个不同位置的软骨厚度取其均值。

1．3统计学分析结果均以x±s表示，利用SPSS13．0进行one-wayANOVA统计学分析。利用线性回归分析μCT与软骨组织形态计量学相应参数之间的相关性。以P＜0．05为差异具有统计学意义。

2结果

2．1μCT检测结果TS与TSP大鼠股骨远端的软骨厚度较Con均有显著性下降(图3a);TS的软骨体积较Con、TSP有显著性下降，而TSP与Con无显著性差异(图3b)。μCT测得软骨衰减系数如图4所示，TS与TSP组软骨衰减系数较Con组显著升高，TS与TSP组间无显著性差异。

2．2软骨组织切片染色结果软骨番红O—固绿染色切片如图5所示，与Con相比，TS与TSP的软骨细胞减少，且基质染色程度下降(图5b，c)。TS与TSP的软骨厚度较Con的有显著性下降，而TS与TSP无显著性差异(图5d)。

2．3μCT与组织切片检测软骨厚度相关性分析线性回归分析显示，μCT与组织切片所测得的软骨厚度的相关系数r2为0．84(图6)，提示二者具有高度相关性。

3讨论

由于x射线在软组织中衰减系数低，μCT不易检测到软组织，而通过离子造影剂提高μCT对软组织的成像，可用于评估大鼠关节软骨的形态［9-10］。蛋白多糖是软骨基质中最重要的成份之一，主要由葡糖胺聚糖(GAGs)组成，使软骨有一定的力学特性而能承受关节的压应力负荷。有研究显示，软骨退化的早期就会出现GAG的减少［11］。造影剂增强μCT扫描中衰减系数的增加可反映软骨中GAG含量下降［12-13］。而组织切片番红－O染色，不仅可以反映基质中GAG的含量而且也能反映其分布［14］。本实验结果显示，尾吊可导致大鼠软骨中GAG含量下降，且软骨的厚度和体积均下降，提示软骨发生了退化、关节软骨吸收能量的能力下降。Haapala等［15-17］的研究结果也显示尾吊大鼠关节软骨的厚度下降。此外，μCT与组织切片所测得软骨厚度相关性高，因此，μCT在检测和评估软骨功能方面应具有很好的应用价值。关节软骨的早期退化主要与关节动力学改变相关［18］。动物实验研究显示，降低关节负荷及减少关节活动均可导致软骨退化［6，16］。因此，适度的关节负荷与活动在维持软骨正常生理功能及力学性能［4］中具有重要的作用。Johnson等［19］发现一定限度的被动运动可以阻止由关节制动所致的关节功能的紊乱［19］;然而Renner等［20］的研究显示被动拉伸训练不能阻止制动大鼠的关节软骨退化。本研究表明，被动运动不能有效对抗尾吊引起的关节软骨退化。本研究为初步研究，对TSP组每次运动时间设定为200s，没有进一步分组观察更长训练时间的效果。因此运动时间短运动强度低，这可能是导致被动运动对抗效果不佳的主要原因，最佳被动运动时间还有待进一步的实验研究。对抗效果不佳可能不仅与运动时间等有关，还与运动方式(主动或被动运动等)有关。不同运动方式对抗效果及其机制均需继续探讨。空间失重环境对软骨的影响及相应的对抗方法(训练模式、强度及时间等)还有待进一步研究，这不仅有助于对抗航天员的失重性肌骨退化，也将对地面老年性及废用性肌骨病变的防治具有一定意义。

作者：栾会芹黄云飞樊瑜波孙联文单位：北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室