老齡骨性關(guān)節(jié)炎大鼠內(nèi)側(cè)副韌帶蠕變特性

孟慶陽(yáng) 樸成東 馬洪順 (吉林大學(xué)第二醫(yī)院,吉林 長(zhǎng)春 3004)

骨性關(guān)節(jié)炎是多發(fā)于老年人的慢性、退行性關(guān)節(jié)疾病,是危害老年人健康、嚴(yán)重影響老年人生活質(zhì)量的疾病之一〔1〕。骨性關(guān)節(jié)炎可累及骨、軟骨、滑膜及關(guān)節(jié)周?chē)С纸Y(jié)構(gòu)。膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶作為膝關(guān)節(jié)的支持結(jié)構(gòu),骨性關(guān)節(jié)炎后其蠕變特性是否改變,有一個(gè)什么程度的改變是需要搞清楚的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于此,本文通過(guò)建立骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型,比較正常和老齡骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型內(nèi)側(cè)副韌帶的蠕變特性,研究骨性關(guān)節(jié)炎對(duì)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶蠕變特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為普通級(jí)雄性6月齡SD大鼠12只,體重210～218 g,設(shè)為正常對(duì)照組;12月齡 SD大鼠12只,體重225～230 g;設(shè)為老齡骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型組。均由長(zhǎng)春高新醫(yī)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,許可證號(hào):SCXY(吉)2003-0004。

1.2 造模 采用閉合關(guān)節(jié)刻痕法模型建立骨性關(guān)節(jié)炎,按參考文獻(xiàn)〔2〕的方法對(duì) 12月齡 SD大鼠進(jìn)行建模。將大鼠用3%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)耳緣靜脈麻醉后,仰臥于手術(shù)臺(tái)上固定,雙膝關(guān)節(jié)局部脫毛,備皮,消毒。一手使膝關(guān)節(jié)屈曲90°,另一手觸摸找出股骨髁、髕骨及髕韌帶。緊靠髕韌帶兩側(cè)髕骨下方對(duì)準(zhǔn)股骨髁方向進(jìn)針,用小針刀在股骨髁軟骨面上刻痕,每側(cè)刻痕4～5道。然后調(diào)整方向分別在髕軟骨及脛骨平臺(tái)上刻痕,在脛骨平臺(tái)上刻痕時(shí)應(yīng)注意盡量不要傷及半月板,也就是要盡量刻在每側(cè)平臺(tái)中間,同時(shí)每道刻痕深度最好不要超過(guò)軟骨全層。由于是閉合刻痕,針眼小,每側(cè)僅有1 mm左右,出針后不全縫合,創(chuàng)傷小,對(duì)其他因素影響小。術(shù)后每天肌注青霉素10萬(wàn)U,連續(xù)3 d以預(yù)防感染。由于雙側(cè)膝關(guān)節(jié)都進(jìn)行了造模,故術(shù)后不用將對(duì)側(cè)肢骨固定于軀體上。根據(jù)臨床上疲勞容易出現(xiàn)關(guān)節(jié)炎的發(fā)病特點(diǎn),手術(shù)后第2天即開(kāi)始每日強(qiáng)迫驅(qū)趕動(dòng)物活動(dòng)30 min,驅(qū)趕動(dòng)物活動(dòng)至5 w時(shí),即得到明顯的 OA模型。兩組動(dòng)物飼養(yǎng)5 w后,以腹主動(dòng)脈放血法處死動(dòng)物,解剖取出大鼠雙側(cè)內(nèi)側(cè)副韌帶,以生理鹽水浸濕的紗布包裹標(biāo)本,裝入塑料袋中,密封后置于-20℃冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 蠕變實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)前取出標(biāo)本,在常溫下解凍,以手術(shù)刀切取試樣,試樣長(zhǎng)10～12 mm,寬 1.0～1.4 mm,厚0.2～0.4 mm。將試樣的長(zhǎng)度和直徑輸入到控制機(jī)器的計(jì)算機(jī)內(nèi),內(nèi)側(cè)副韌帶和其他軟組織一樣,其彈性主要來(lái)自熵的改變,因而不存在唯一的狀態(tài)。組織會(huì)隨加載、卸載循環(huán)次數(shù)而變化,要多次重復(fù)才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)在同一應(yīng)力水平下分別對(duì)每個(gè)標(biāo)本反復(fù)加-卸載20次,預(yù)調(diào)處理后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)〔3〕。

將標(biāo)本置于pH7.4的生理鹽水有機(jī)玻璃缸內(nèi),將有機(jī)玻璃缸置于試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上,標(biāo)本上端與試驗(yàn)機(jī)上夾頭連接,下端與試驗(yàn)機(jī)下夾頭連接,試驗(yàn)機(jī)帶有-35℃～250℃環(huán)境溫箱,可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和保持溫度恒定,本實(shí)驗(yàn)在(36.5±0.5)℃的溫度下進(jìn)行 。以0.01 GPa/s的應(yīng)力增加速度對(duì)標(biāo)本施加應(yīng)力。當(dāng)正常對(duì)照組標(biāo)本應(yīng)變達(dá)到7.02%,模型組應(yīng)變達(dá)到6.75%,各組應(yīng)力達(dá)到7.12 mPa時(shí)使應(yīng)力保持恒定,應(yīng)變隨時(shí)間改變不斷上升。計(jì)算機(jī)程序設(shè)定從時(shí)間t(o)開(kāi)始采集數(shù)據(jù),每0.6 s采集1個(gè)數(shù)據(jù),采集10次;之后每 10 s采集 1個(gè)數(shù)據(jù),采集40次;之后每136 s采集1個(gè)數(shù)據(jù),采集50次,共采集100個(gè)數(shù)據(jù),歷時(shí)7 200 s。達(dá)到設(shè)定時(shí)間后打印機(jī)自動(dòng)打印出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 以SPSS11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)量資料以±s表示,采用隨機(jī)分組設(shè)計(jì)的單因素法進(jìn)行分析,采用Dunnett-t方法進(jìn)行兩兩比較。

2 結(jié) 果

兩組標(biāo)本實(shí)驗(yàn)曲線經(jīng)計(jì)算機(jī)擬合后見(jiàn)圖1,兩組標(biāo)本歸一化蠕變函數(shù)曲線見(jiàn)圖2。正常對(duì)照組內(nèi)側(cè)副韌帶7 200 s蠕變量為1.622%,模型組內(nèi)側(cè)副韌帶72 00 s蠕變量為1.144%。蠕變最初600 s變化較快,之后應(yīng)變緩慢上升,7 200 s時(shí)蠕變曲線基本平衡,蠕變曲線是以指數(shù)關(guān)系變化的。正常對(duì)照組內(nèi)側(cè)副韌帶7 200 s蠕變量顯著大于老齡骨性關(guān)節(jié)炎模型組(P＜0.05)。

圖1 蠕變曲線

圖2 歸一化蠕變函數(shù)曲線

蠕變曲線是以指數(shù)關(guān)系變化的,因此設(shè):

由最小二乘法確定a、b

正則方程

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入(4)式解出各組的a、b值,將各組的 a、b值代入(3)式得出:

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了正常和老齡骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型大鼠內(nèi)側(cè)副韌帶的蠕變特性,具有以下特點(diǎn):蠕變實(shí)驗(yàn)是長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn),需要對(duì)試樣保濕,本實(shí)驗(yàn)將試樣置于生理鹽水槽中,解決了試樣的保濕問(wèn)題;本實(shí)驗(yàn)在同一環(huán)境溫度下和同一實(shí)驗(yàn)速度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),避免了溫度和實(shí)驗(yàn)速度不同產(chǎn)生的偏倚;以6月和12月老齡大鼠進(jìn)行分組,均為雄性,避免了年齡和性別不同產(chǎn)生的偏倚。

韌帶等生物材料均為黏彈性材料,黏彈性特性是以應(yīng)力松弛和蠕變?yōu)楸憩F(xiàn)形式的,是為適應(yīng)人體的生理功能需要存在的。內(nèi)側(cè)副韌帶正常范圍內(nèi)的蠕變有利于對(duì)膝關(guān)節(jié)的支持,有利于膝關(guān)節(jié)的平衡和穩(wěn)定,超出正常范圍的蠕變則不利于膝關(guān)節(jié)的平衡和穩(wěn)定。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)側(cè)副韌帶蠕變最初600 s變化速度快說(shuō)明韌帶內(nèi)的固有膨脹壓小于局部壓力水分向外溢出的速度,隨著韌帶內(nèi)液不斷溢出,其固有的膨脹壓與局部壓力減小,因此600 s后應(yīng)變變化緩慢。

骨骼系統(tǒng)周?chē)z原組織為韌帶等,韌帶發(fā)揮引導(dǎo)關(guān)節(jié)活動(dòng)和防止過(guò)度活動(dòng)的作用。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,韌帶主要承受張力,關(guān)節(jié)活動(dòng)產(chǎn)生的拉伸載荷作用在韌帶上。膠原纖維主要由三種纖維組成:膠原纖維、彈性纖維和網(wǎng)狀纖維。膠原纖維使膠原組織具有一定的強(qiáng)度和剛度,彈性纖維使膠原組織在載荷作用下具有延伸的能力〔4〕。骨性關(guān)節(jié)炎不僅引起關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生病變,還造成脛股關(guān)節(jié)的應(yīng)力增大,由于脛股關(guān)節(jié)的力學(xué)軸向發(fā)生了改變,造成負(fù)重力線的內(nèi)移,膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)應(yīng)力傳遞超出許用應(yīng)力,打亂了膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的平衡和穩(wěn)定,內(nèi)側(cè)副韌帶承受應(yīng)力和應(yīng)變?cè)黾?隨著時(shí)間的推移,超常的應(yīng)力和應(yīng)變使內(nèi)側(cè)副韌帶膠原組織中的膠原纖維斷裂、變細(xì),從而改變了其蠕變特性。

骨性關(guān)節(jié)炎的治療以預(yù)防為主,應(yīng)正確對(duì)待骨性關(guān)節(jié)炎,全面了解其發(fā)病原因、機(jī)制和病理特點(diǎn)。積極主動(dòng)地參與各種防治活動(dòng),提高抗衰退和抗病能力,堅(jiān)持體育療法,根據(jù)本人的體質(zhì)和條件進(jìn)行適當(dāng)合理的活動(dòng)和鍛煉,防止下肢關(guān)節(jié)長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷活動(dòng),控制體質(zhì)量增長(zhǎng),過(guò)度肥胖時(shí)應(yīng)適當(dāng)減肥,以減輕對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的壓應(yīng)力〔2〕。

1 楊斌輝,劉繼超,李 維,等 .膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)鏡診斷治療〔J〕.航空航天醫(yī)藥,2006;17(4):193-4.

2 李 釗,節(jié)曉光,仲秀艷,等.閉合關(guān)節(jié)刻痕法骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型建立〔J〕.貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2007;29(6):63-4.

3 樸成東,張維蛟,劉月瑩.骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型外側(cè)副韌帶的拉伸力學(xué)性質(zhì)〔J〕.中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2009;13(46):9097-100.

4 Victor H,Nordin Fm,eds.戴克戎,王以進(jìn),周健男,等,譯.骨骼系統(tǒng)的生物力學(xué)基礎(chǔ)〔M〕.上海:學(xué)林出版社,1985:89.