异常应力条件下关节软骨的变化

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.46.003

中国组织工程研究 ›› 2010, Vol. 14 ›› Issue (46): 8559-.doi: 10.3969/j.issn.1673-8225.2010.46.003

异常应力条件下关节软骨的变化

许可，马信龙，张园，王志钢，张义修

天津医科大学总医院骨科，天津市 300052

出版日期:2010-11-12 发布日期:2010-11-12
通讯作者: 马信龙，硕士，主任医师，教授，天津医科大学总医院骨科，天津市 300052 m829a1@163.com
作者简介:许可★，男，1978年生, 天津市人，汉族，2005年天津医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨与关节损伤方面的研究。
基金资助:
天津市科学技术委员会自然科学基金(No. 993607711)。

Variation of articular cartilages under abnormal stress

Xu Ke, Ma Xin-long, Zhang Yuan, Wang Zhi-gang, Zhang Yi-xiu

Department of Orthopaedics, General Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China

Online:2010-11-12 Published:2010-11-12
Contact: Ma Xin-long, Master, Chief physician, Professor, Department of Orthopaedics, General Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China m829a1@163.com
About author:Xu Ke★, Master, Attending physician, Department of Orthopaedics, General Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Tianjin Municipal Science and Technology Commission, No. 993607711*

摘要/Abstract

摘要：

背景：关节软骨细胞的正常生理功能与其受到的正常应力刺激密切相关，研究应力在关节软骨退行性变中的作用对临床治疗软骨退行性改变具有重要意义。
目的：观察兔膝关节软骨在异常应力条件下的变化，探讨应力对于关节软骨正常生长代谢以及修复过程的影响。
方法：将42只新西兰大白兔随机分为对照组和制动2，4，6周组。采用兔伸膝制动动物模型，对制动2，4，6周及正常兔的膝关节全层软骨进行苏木精-伊红染色及Ⅱ型胶原免疫组织化学染色，比较制动前后软骨组织学、病理积分及Ⅱ型胶原分泌的变化情况。
结果与结论：随着制动时间的延长，关节软骨的退变程度逐渐加深，病理积分结果显示各组间差异具有显著性意义(P < 0.01)。免疫组织化学染色结果显示随着制动时间的延长，软骨细胞分泌的Ⅱ型胶原先增多，后减少。说明异常应力可影响兔关节软骨细胞正常生理活动及其分泌Ⅱ型胶原的能力。

关键词: 异常应力, 关节软骨, Ⅱ型胶原, 免疫组织化学, 制动

Abstract:

BACKGROUND: The normal function of articular cartilages is closely associated with normal stress stimulation. The study of effect of stress on articular cartilage degeneration plays an important role for the treatment of articular cartilage degeneration in clinic.
OBJECTIVE: To study the characteristic of articular cartilage degeneration under abnormal stress, and to explore the effect of stress on normal growth and repair of articular cartilage.
METHODS: Totally 42 New Zealand white rabbits were randomly divided into the control and 2-, 4- and 6-week immobilization groups, all of them were immobilized the right hind limb with plaster bandage in extension position except those in the control group. The articular cartilage of the lateral tibial plateau was harvested for hematoxylin-eosin staining and immunohistochemistry to observe the pathological change and the content of type Ⅱ collagen.
RESULTS AND CONCLUSION: The articular cartilage appeared destruction and erosion aggravated with time prolonged, and the pathological scores showed there were significant differences among groups (P < 0.01). Immunohistochemistry results showed that the articular cartilage secreted type Ⅱ collagen was increased followed by decreased with immobilization time prolonged. Abnormal stress can lead to articular cartilage degeneration and affect type Ⅱ collagen secretion.

中图分类号:

R318

许可，马信龙，张园，王志钢，张义修. 异常应力条件下关节软骨的变化[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(46): 8559-.

Xu Ke, Ma Xin-long, Zhang Yuan, Wang Zhi-gang, Zhang Yi-xiu. Variation of articular cartilages under abnormal stress[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(46): 8559-.

参考文献

引言

材料方法

讨论

随着对关节软骨退变研究的不断深入，人们已逐步认清了软骨退变的病理过程，但是对于异常应力作用下关节软骨退变的机制仍有不少争议^[8] 。应力刺激对于关节软骨细胞的正常生理功能不可或缺，关节软骨的应力主要表现为负载时垂直方向的压应力及由此导致软骨发生形变时产生的平行于关节面的张应力^[9] 。正常情况下作用于软骨的压应力为(1.4~3.5)×10⁶ N，在正常应力刺激下，软骨细胞通过其自身的应力感受装置及细胞内信号传递途径对其合成分泌的软骨基质进行调控。有实验表明，在适当的时间范围内施以适当的压力可促进单层培养的软骨细胞增殖和基质分泌[^10] 。软骨细胞在缺乏足够应力刺激时，会出现生理功能下降^[11] ，合成与分泌功能也相应下降，从而导致合成-损耗平衡被破坏，进而发生软骨组织退变^[12] 。
顾延等^[13]利用手术切除大鼠一侧跟腱，使膝关节负重降低并保持该膝关节的活动度，术后2个月即发生低应力侧膝关节软骨发生不可逆退变，光镜、电镜结果与伸膝制动软骨退变模型类似，这表明引起关节软骨退变的主要因素为应力环境变化，即关节软骨的正常应力对于软骨细胞正常生理功能的维持起主导作用^[14]。
实验中，兔膝伸膝位制动2周即出现软骨细胞散在肥大、软骨层次欠清晰、细胞分泌Ⅱ型胶原旺盛等早期关节软骨退变的表现^[15] ，说明在异常应力情况下，关节软骨正常生理功能受到影响，出现异常分泌功能亢进等早期主动修复现象。制动4周，关节软骨表面出现裂隙，少量软骨细胞出现固缩，形成陷窝，并出现双重潮线，提示软骨破坏进一步加重，此时Ⅱ型胶原免疫组织化学染色程度进一步增高，分布于移行层和深层上部，一些软骨细胞周围出现晕染或者浅染，尤以移行层中上部为重，说明软骨细胞破坏已经开始向深层进展，软骨细胞代偿性分泌Ⅱ型胶原增加^[16] 。制动6周时，软骨变薄，表面出现大量裂隙，有部分纤维化，切线层大部分缺失，移行层受损，软骨细胞大量簇聚，边缘有骨赘形成，毛细血管侵入软骨下骨和钙化层并突破潮线。而Ⅱ型胶原免疫组织化学染色却减弱，主要分布于移行层中下部和深层上部。表明在该期，随着损伤突破切线层，软骨破坏速度加快，随着软骨损伤加剧，软骨细胞代偿功能不足以抵消损伤速度，开始出现失代偿情况，软骨表面出现裂隙，有纤维化现象以及骨赘等退变晚期表现，并且由于损伤因素的持续作用，软骨细胞分泌Ⅱ型胶原的功能开始受到抑制^[17] ，Ⅱ型胶原分泌减少，尤以浅层缺失最为明显。
实验中，异常应力早期关节软骨Ⅱ型胶原分泌高于对照组，与其他方法的研究结果较一致^[18] ，但是Ⅱ型胶原的分泌是先递增，然后逐渐减少，该转折点对应的超微结构变化是软骨切线层的丧失^[19] ，因此可以说切线层的破坏是软骨退变的关键阶段，退变早期软骨细胞对Ⅱ型胶原的分泌增加反映了软骨细胞具有强大的修复能力，至于调动这种修复能力的机制还有待进一步研究^[20] 。
固定4周开始，部分软骨细胞周围出现晕状失染区，并且从移行层上方到下方逐渐加重，有学者针对裂解Ⅱ型胶原的基质金属蛋白酶进行的研究也有类似的表现，提示退变早期，软骨细胞生理功能异常，分泌破坏Ⅱ型胶原的基质金属蛋白酶可能是损伤因素作用于软骨细胞后出现软骨细胞表型改变的结果^[21] 。
总之，实验对异常应力与关节软骨细胞的关系进行了研究，在一定程度上明确了应力作用对于关节软骨正常生长代谢过程的影响，对应力因素在关节软骨退行性变过程中所起的作用有了初步的了解，而对于关节软骨退变这个病理变化来说，详细的机制还需要更多的研究来阐明。

[1]	李静, 谢建山, 崔慧林, 曹锡梅, 杨艳萍, 李海荣. 不同毛色小鼠背部皮肤中甘油二酯激酶ζ和蛋白激酶CβⅡ的表达和定位[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1196-1200.
[2]	吴刚, 陈建文, 王世隆, 段笑然, 刘海军, 董建峰. 单纯HyProCure跗骨螺钉治疗青少年柔韧性平足合并痛性副舟骨[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 901-905.
[3]	邓桢翰, 黄勇, 肖璐璐, 陈昱霖, 朱伟民, 陆伟, 王大平. 骨形态发生蛋白在关节软骨再生过程中的作用与应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 798-806.
[4]	杨彩会, 刘启成, 董明, 王丽娜, 左美娜, 陆颖, 牛卫东. 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶促进慢性根尖周炎模型小鼠的骨破坏[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(23): 3654-3659.
[5]	闫鹏, 马玉斐, 崔京福, 郝少飞, 刘金辉, 关春雷, 王潇燃, 杨小玉. 阳极阻滞电刺激骶神经根重构膀胱功能的作用机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(23): 3684-3689.
[6]	任文博, 廖远朋. 基于CiteSpace对创伤性骨关节炎研究热点与内容的可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3374-3381.
[7]	卢明峰, 赵立连, 邢基斯, 何利雷, 许挺, 王昌兵. 前交叉韧带重建后二次关节镜探查关节软骨的转归分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(2): 222-227.
[8]	韩磊, 刘海英, 张浩. 步态周期下各级骨关节炎软骨力学行为的数值分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(18): 2810-2815.
[9]	程兵坤, 梁建飞, 秦东泽, 程子绪, 赵云转. 高纯度大鼠下颌骨来源间充质干细胞的分离、培养及生物学特性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(1): 67-72.
[10]	涂鹏程, 郭杨, 马勇, 潘娅岚, 郑苏阳, 王礼宁, 吴承杰, 过俊杰. 威灵仙提取物可促进体外牵张应力环境下软骨细胞表型的维持[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1182-1187.
[11]	占龙, 孟农钦, 农桔安, 李小峰, 杨渊, 余雪. 原儿茶酸可减轻退变软骨细胞的损伤[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1149-1154.
[12]	曹国龙, 田发明, 刘家寅. 洛伐他汀联合胰岛素干预双侧卵巢切除2型糖尿病SD模型大鼠骨折的愈合[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(5): 673-681.
[13]	伍琦, 廖瑛, 孙光华, 周桂娟, 廖源, 刘静, 钟培瑞, 成果, 邓程远, 王甜甜. 依降钙素干预膝骨关节炎模型大鼠软骨下骨的变化[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(5): 709-715.
[14]	靳少锋, 郑蕊, 杰永生, 陈磊, 綦惠, 孙磊, 舒雄. 真皮脱细胞基质复合骨髓间充质干细胞修复比格犬关节软骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(4): 532-537.
[15]	林义才, 吴正远, 罗颖丽, 姚军. 紫檀芪干预人软骨细胞的氧化应激性凋亡[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(32): 5092-5096.

异常应力条件下关节软骨的变化

Variation of articular cartilages under abnormal stress

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价