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正常关节中滑液量仅能覆盖滑膜的所有折叠面，不能使关节面相互分开。目前对正常滑液的研究甚少，多数都是对病理性滑液的研究间接获得。
成熟的关节软骨无血管、淋巴管及神经组织，由于软骨下钙化带的存在，阻断了血管对软骨细胞的营养作用。因此，营养物质由滑液向关节软骨组织扩散是软骨营养的主要方式。通过对软骨组织的间歇性挤压，造成软骨组织受压时释放液体进入滑液、压力解除后软骨组织弹性回胀这种挤压-释放、解压-吸收的过程，实现滑液与软骨组织之间的物质交换，完成营养软骨的功能。滑液与关节软骨间关系密切，一旦滑液性质发生改变，也将影响到软骨的形态、功能。
近几年来，相关研究表明，在骨关节炎关节液中，关节液的成分发生了改变，与软骨损伤密切相关^[1] 。这些成分包括基本液态成分、营养性物质，以及一些细胞因子等。
本实验旨在研究早期骨性关节炎关节液中一些重要成分的变化，包括关节液的基本离子成分、白细胞、pH值，透明质酸，与软骨损伤关系密切的细胞因子白细胞介素1、肿瘤坏死因子α(tunlornecrosisfactor，TNF-α)，研究他们与软骨损伤之间的关系以及变化趋势，了解骨性关节炎关节液成分的变化情况，获取一些参考数值，为进一步研究做准备。

3.1  关节液的各种理化成分 
血浆源性关节液成分：该成分来源于血浆的滤过，其中的小分子物质以扩散方式通过滑膜组织间隙。正常关节液电解质浓度与血浆一致，糖浓度也接近。实验数据统计结果显示，关节液中的主要离子成分数值与文献报道中的数值接近，这也证实了关节液来源于血浆滤过。早期骨性关节炎离子成分变化不大，可能与软骨细胞损伤程度相关，早期骨性关节炎软骨损伤程度相对较轻，滤过机制并未受到太大影响，从而离子浓度变化不明显，具体机制有待进一步实验研究。
细胞源性关节液成分：该成分由滑膜细胞合成和分泌，包括透明质酸和滑液素等。透明质酸是一类非硫酸性糖胺聚糖，是滑液具有黏性的最重要因素，具有润滑、营养以及保护关节软骨的重要作用，具体表现在以下几个方面：①透明质酸具有分子屏障保护作用，可限制关节腔内各种炎性介质以及组织降解、代谢产物等在关节腔里的扩散。②机械保护作用：透明质酸以能够以各种不同形式积聚在关节腔内软骨和滑膜的表面从而降低软骨和滑膜之间的摩擦力，这种积聚方式还可以有效的阻止炎性介质的侵入并防止软骨基质的破坏。③关节软骨的营养保护作用：透明质酸通过和糖蛋白结合形成结合体以维护正常软骨组织的完整性，这种结合体还有利于受损软骨的修复。④关节疼痛的缓解作用：透明质酸的粘弹性能够稳定并升高痛觉感受器得域值，同时透明质酸能够阻止炎性递质的释放以减少化学物质得疼痛刺激。很多学者从不同方面验证了透明质酸的功能：Rydell和Balazs^[3]对犬人工创伤性骨关节炎关节腔注射透明质酸后，发现透明质酸能够在关节软骨表面形成一层黏弹性的保护层，同时观察到该黏弹性保护层下的受损软骨有修复行为；Gotoh 等^[4-5]用透明质酸注射大鼠关节腔内能有效消除缓激肽诱导的大鼠关节疼痛的作用。对骨关节炎滑液的测定结果显示，在第4周时，透明质酸在实验组中的水平明显要高于正常对照组，差异有显著性。其机制在于早期软骨基质发生降解，蛋白聚糖聚合体解离，单体与透明质酸分离。虽然此时透明质酸合成增加，甚至超过单体的合成速度，以期能重新与单体发生聚合，抑制蛋白聚糖从软骨中释放，但是透明质酸的快速丢失更超过了其合成的速度，透明质酸含量的减少限制了蛋白聚糖的聚合，使聚合反应的形成在数量上明显减少。但是到第8周，实验组滑液透明质酸水平反而呈下降趋势。有研究表明，到了骨关节炎中晚期，软骨中的透明酸合成随着基质降解程度的增加而显著减少，因此释放入滑液中的透明质酸量也明显降低。有研究显示，滑液透明质酸浓度是骨性关节炎相对独立的炎症反应指标^[6] 。
3.2  白细胞介素1与软骨损伤   炎症情况下，一方面粒细胞以及巨噬细胞集落刺激因子的水平升高，它们能够促进白细胞介素1的表达上调，从而增加白细胞介素1的合成；另外关节滑膜细胞也可自分泌白细胞介素1。白细胞介素1在骨性关节炎早期就会出现量的变化，本实验在造模后4周即出现白细胞介素1水平的显著升高，与相关研究结果是一致的。白细胞介素1有白细胞介素1α 、白细胞介素1β两种亚型，以白细胞介素1β为主，它们之间有25%同源性,二者均是以前体的形式分泌,在白细胞介素转换酶作用下转换生成成有活性的白细胞介素1。
白细胞介素1被认为是导致软骨功能衰退和破坏的最具有影响力的细胞因子之一，许多动物实验的研究结果也证实白细胞介素1在K骨性关节炎的发病进程中起着关键性作用^[7-8] 。白细胞介素1 通过上调基质金属蛋白酶基因mRNA 表达，从而引起胶原酶、明胶酶、基质溶解酶等各种基质金属蛋白酶的酶原合成及分泌的增加。白细胞介素1α能够刺激软骨细胞出现特定的基因图谱，从而导致软骨基质降解性蛋白质的产生增加，造成软骨的破坏，并参与血管重塑、新生血管形成、软骨基质的破坏和重塑^[9] 。白细胞介素1还可以抑制软骨细胞前胶原mRNA的表达及Ⅱ型胶原蛋白多糖的合成，具有骨吸收作用^[10] 。此外，白细胞介素1可通过对磷脂酶A2和环氧合酶等分解酶产生的增加，促进滑膜细胞及软骨细胞合成并释放前列环素(PGE2)及其他炎性递质(如PAF-acether)，从而产生强大的促炎作用，引起关节腔的滑膜炎症及软骨和骨的破坏及吸收。白细胞介素1β刺激滑膜的成纤维细胞增殖加快，促进滑膜细胞黏附分子的表达上调，又可使滑膜细胞与浸润性炎性细胞的反应性增强，从而造成关节软骨生存和生长的恶劣微环境。已有研究发现，KOA动物模型关节液和血清中白细胞介素1水平均高于正常组^[11] ，本实验亦证实实验组和对照组间白细胞介素1水平差异有显著性意义(P < 0.05)，同时也发现，在白细胞介素1水平显著升高的基础上，实验动物第4周与第6周白细胞介素1浓度比较差异无显著性意义，第6周与第8周白细胞介素1浓度比较差异无显著性意义，但第4周与第8周白细胞介素1浓度比较有统计学意义(P < 0.05)。有研究报道膝关节液中白细胞介素1与其病情综合评分呈正相关，本实验中，第4，6，8周白细胞介素1浓度持续维持较高的水平，总体呈递增趋势，与关节软骨病理程度加重一致，这也验证了白细胞介素1是导致软骨功能衰退和破坏的最具有影响力的细胞因子之一。
3.3  TNF-α与软骨损伤   TNF是一类能引起肿瘤组织出血和坏死的细胞因子，主要来源于外周血和滑膜的单核-巨噬细胞系统，参与免疫应答、抗肿瘤、介导炎症反应。TNF-α主要分布于滑膜组织的衬里层细胞，软骨与滑膜组织的血管翳及少量软骨组织。研究证实TNF-α也是调节骨性关节炎发病的重要的细胞因子^[12-13] ，其作用包括：能激活多形核细胞，刺激滑膜细胞的PGE2产生，增加软骨下骨的分解吸收，使骨与软骨的合成减少、代谢增加，导致Ⅱ型胶原分解破坏，从而造成关节软骨退变；其下游产物PGE2的增加会产生骨关节炎疼痛症状； TNF-α通过一系列途径能诱导其他细胞因子生成增加，这些炎性细胞因子包括白细胞介素1、单核粒细胞刺激因子等，在炎性条件下发挥不同的促炎作用^[14] 。有人研究发现创伤性骨关节炎的发生也与TNF-α介导的炎性反应有关^[15] ，本实验中证实TNF-α在骨性关节炎组显著升高，进一步证实了TNF-α是骨性关节炎发病过程中重要的细胞因子，在骨性关节炎早期就会发生水平上调，其后水平呈逐渐上升趋势，总体水平较正常关节液高。本实验检测结果为后续骨性关节炎关节腔中培养工程软骨实验在好铺垫，可尝试与加入相关拮抗剂培养做对照 ，为临床软骨腔内培养准备。
3.4  白细胞介素1与TNF-α在软骨损伤中的联系   白细胞介素1能提高TNF-α活性，体外实验证实TNF-α与白细胞介素1有着协同作用，增加对关节骨及软骨组织的破坏，有效的治疗能够使这两种细胞因子水平显著降低^[8，16] 。TNF-α能够促进成纤维细胞和软骨细胞合成多种胶原酶,这些酶对软骨基质具有很强的降解破坏作用。TNF-α在基因水平可以抑制软骨细胞特异性前胶原α1(Ⅱ)mRNA表达，而诱导软骨细胞表达非特异性前胶原α1(Ⅱ)mRNA，使软骨细胞呈现出成纤维细胞胶原表型使组织发生纤维化。很多研究都证实在骨性关节炎患者关节软骨细胞和滑膜细胞中TNF-α的表达明显增加。体外实验显示TNF-α能够促进骨性关节炎的软骨和正常的关节软骨合成基质金属蛋白酶、PGE2、N0，从而抑制Ⅱ型胶原和蛋白多糖的合成并促进其降解，最终抑制了软骨细胞的生成，加速软骨细胞发生程序性细胞死亡，破坏关节软骨组织^[17-18] 。然而有研究发现，白细胞介素1和TNF-α转基因小鼠虽然都能自发形成多个关节破坏性的骨关节炎模型，但白细胞介素1转基因小鼠关节软骨的破坏明显比后者更迅速^[19] ，程度更厉害。动物实验发现，TNF-α拮抗剂及白细胞介素1抗体在骨关节炎的治疗中具有良好的作用^[20-21] ，并且白细胞介素1抗体比TNF-α拮抗剂能更有效地抑制小鼠胶原诱导的关节软骨和骨的破坏^[22] 。基因治疗研究方面也证实，同TNF-α拮抗剂相比白细胞介素1抗体能更加显著的抑制骨性关节炎兔关节软骨基质的降解和增加保护软骨基质的合成，并抑制滑膜炎和关节腔内白细胞的浸润；而TNF-a拮抗剂治疗过程中发现TNF-α拮抗剂仅仅抑制滑膜炎和关节腔内白细胞的浸润，抑制骨性关节炎兔关节软骨基质的降解和增加保护软骨基质的合成的作用并不明显^[23] 。这些研究说明在关节炎软骨和骨的破坏过程中白细胞介素1可能起更重要的作用。白细胞介素1和TNF-a在关节炎发生中所起的作用不同可能与其不同的分子机制有关。研究发现，白细胞介素1和TNF-a都能够促进骨性关节炎软骨细胞基质金属蛋白酶1和基质金属蛋白酶3的合成增加，但只有白细胞介素1能促进基质金属蛋白酶13的合成^[24] 。基质金属蛋白酶13一直被认为是降解骨性关节炎软骨胶原的主要来源，具有较强的降解Ⅱ型胶原的能力，可能在骨性关节炎中起比较重要的作用。转录因子核因子κB和AP-1共同介导了兔滑膜细胞的基质金属蛋白酶1 mRNA的表达^[25] ，虽然白细胞介素1和TNF-a都能够激活转录因子核因子κB，但只有白细胞介素1能诱导滑膜细胞基质金属蛋白酶l的转录，这主要是由于TNF-a不能激活AP-1途径。因此白细胞介素1和TNF-a在关节炎中的作用方向不同可能与其能调控不同的基因转录或者对相同基因的调控方向不同有关系。
结论： ①Hulth方法造模术后2周即可见软骨层软骨细胞群聚，4~8周软骨面即可出现软骨裂隙以及破坏，8周后即可出现骨质暴露﹑增生等明显骨关节炎表现。②早期骨关节炎关节液中的主要离子成分变化不大，白细胞计数逐渐增高；透明质酸早期水平升高显著，随病变进展出现逐渐下降趋势，至第8周与正常水平相当。③早期骨关节炎白细胞介素1水平即发生显著变化，4到8周中有波动，但与正常关节液白细胞介素1水平相比显著升高；TNF-a水平早期也出现明显升高，并随关节软骨破坏加重而逐渐升高。④透明质酸、白细胞介素1、TNF-a与软骨破坏密切相关，在构建腔内培养时，应根据其相关水平进行干预。

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