游泳运动对大鼠创伤性关节挛缩的影响及机制

doi:10.12307/2025.241

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (2): 262-268.doi: 10.12307/2025.241

• 组织构建实验造模 experimental modeling in tissue construction • 上一篇下一篇

游泳运动对大鼠创伤性关节挛缩的影响及机制

税晓平1，2，李春莹3，张鑫4，李彬2，冯超2，周宏宇1，陈科4，廖莹莹4

1四川中医药高等专科学校，四川省绵阳市 621000；2绵阳市骨科医院，四川省绵阳市 621000；3绵阳市中医医院，四川省绵阳市 621000；4四川省骨科医院，四川省成都市 610041

收稿日期:2024-01-09 接受日期:2024-02-26 出版日期:2025-01-18 发布日期:2024-05-24
通讯作者: 税晓平，博士，副教授，四川中医药高等专科学校，四川省绵阳市 621000；绵阳市骨科医院，四川省绵阳市 621000
作者简介:税晓平，男，1984年生，四川省射洪市人，汉族，博士，副教授，主要从事运动损伤防治与健康促进方向研究、骨与关节系统疾病临床康复治疗与基础理论研究。
基金资助:
2023年度中国康复医学会立项科技发展培育项目(培育项目14)，项目负责人：税晓平；四川中医药高等专科学校科研创新团队(TD-2022-04)，项目负责人：税晓平；绵阳市骨科医院科研创新团队和绵阳市高等教育“三三工程”(优势特色专业-康复治疗技术专业建设)项目(202055)，项目负责人：税晓平

Effects and mechanisms of swimming for inhibiting traumatic joint contracture in a rat model

Shui Xiaoping1, 2, Li Chunying3, Zhang xin4, Li Bin2, Feng Chao2, Zhou Hongyu1, Chen Ke4, Liao Yingying4

1Sichaun College of Traditional Chinese Medicine, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 2Mianyang Orthopedic Hospital, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 3Mianyang Hospital of Traditional Chinese Medicine, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 4Sichuan Province Orthopedic Hospital, Chengdu 610041, Sichuan Province, China

Received:2024-01-09 Accepted:2024-02-26 Online:2025-01-18 Published:2024-05-24
Contact: Shui Xiaoping, Sichaun College of Traditional Chinese Medicine, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; Mianyang Orthopedic Hospital, Mianyang 621000, Sichuan Province, China
About author:Shui Xiaoping, PhD, Associate professor, Sichaun College of Traditional Chinese Medicine, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; Mianyang Orthopedic Hospital, Mianyang 621000, Sichuan Province, China
Supported by:
Science and Technology Development Cultivation Project of the Chinese Association of Rehabilitation Medicine (Cultivation Project 14) (to SXP); Scientific Research and Innovation Team of Sichaun College of Traditional Chinese Medicine, No. TD-2022-04 (to SXP); Scientific Research and Innovation Team of Mianyang Orthopaedic Hospital and Mianyang Municipal Higher Education "Three-Shift Project" (Advantageous and Characteristic Specialties - Rehabilitation Therapy Technology Specialty Construction) Project, No. 202055 (to SXP)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

关节挛缩：由创伤、制动、神经系统病变等因素导致的关节活动受限，表现为关节主动和被动运动范围减少。关节挛缩早期以肌肉源性为主，后期以关节源性为主。肌源性挛缩主要由关节周围肌肉短缩、萎缩或瘢痕等原因造成，关节源性挛缩主要由关节内组织粘连等原因造成。
关节囊纤维化：指在关节损伤、炎症、关节固定等因素作用下，关节囊成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，细胞外基质合成增多，纤维结缔组织增加，引起关节囊胶原纤维沉积、关节囊增厚等病理变化。关节囊纤维化是导致关节挛缩的主要因素。

背景：早期运动是预防创伤性关节挛缩的主要方式，也是近期研究热点。游泳运动借助水的特殊物理特性，可能是潜在有益的干预方式。
目的：观察游泳运动对大鼠关节挛缩发展的影响，探究游泳运动预防关节挛缩的相关机制。
方法：24只SD大鼠随机分为空白对照组(n=8)和关节挛缩造模组(n=16)，手术制备膝关节挛缩模型后，再随机分为手术对照组(n=8)和游泳干预组(n=8)。游泳干预组在术后第2周开始游泳干预，共干预5周。在术后第6周，测试各组大鼠体质量、术侧膝关节活动度、股四头肌直径，计算直径-体质量指数；苏木精-伊红染色观察膝关节囊和股四头肌病理变化；Masson染色观察关节囊胶原纤维化改变；免疫组化检测膝关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达；Western blot检测股四头肌中MuRF1蛋白的表达。
结果与结论：①与空白对照组比较，手术对照组和游泳干预组大鼠膝关节活动度下降，总伸膝受限角度和关节源性伸膝受限角度均明显增加(P < 0.01)，股四头肌直径下降(P < 0.01)，关节囊出现明显纤维化表现，股四头肌萎缩，手术对照组直径-体质量指数降低(P < 0.01)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠膝关节活动度和股四头肌直径明显增加(P < 0.01)，关节囊纤维化病变和股四头肌萎缩明显改善；②与空白对照组比较，手术对照组和游泳干预组大鼠关节囊中胶原纤维含量、转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达均增加(P < 0.01)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠关节囊中胶原纤维含量、转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达均降低(P < 0.01)；③与空白对照组比较，手术对照组和游泳干预组大鼠股四头肌中MuRF1蛋白表达增加(P < 0.05)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠股四头肌中MuRF1蛋白表达降低(P < 0.05)。结果表明：早期游泳干预能够降低创伤性挛缩大鼠关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达，降低股四头肌中MuRF1蛋白表达，提高关节活动度和股四头肌直径，抑制关节挛缩的发展。
https://orcid.org/0000-0002-9106-0919(税晓平)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 关节挛缩, 肌肉萎缩, 游泳, 运动, 关节活动度, 大鼠

Abstract: BACKGROUND: Early exercise treatment is the main prevention way for traumatic joint contracture and is also a research focus. Swimming may be a potential intervention for joint contracture due to the special physical properties of water.
OBJECTIVE: To explore the effects of swimming on the development of joint contracture in a rat model and study its mechanisms.
METHODS: Twenty-four Sprague-Dawley rats were randomly divided into a blank control group (n=8) and a joint contracture group (n=16). After the surgical operation of knee joint contracture rat models, the joint contracture group was randomly subdivided into a surgical control group (n=8) and a swimming treatment group (n=8). Swimming started in the swimming treatment group in the second week after surgery and lasted for a total of 5 weeks. At the 6th week after surgery, the body mass, knee joint range of motion, and quadriceps diameter were tested, and the diameter/body mass index was calculated. Hematoxylin-eosin staining was performed to detect the pathological changes in the knee joint capsule and quadriceps muscle, and Masson staining was used to observe fibrotic changes in the knee joint capsule. Furthermore, the protein expression of transforming growth factor β1 and type I collagen in the knee joint capsule was quantified by immunohistochemical assay and western blot was performed to detect the protein expression of MuRF1 in the quadriceps femoris.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the blank control group, the knee range of motion decreased in the surgical control and swimming treatment groups (P < 0.01), and knee extension deficit and arthrogenic extension deficit were significantly increased (P < 0.01), the diameter of the quadriceps muscle was decreased (P < 0.01), the joint capsule showed significant fibrosis, the quadriceps muscle was atrophied, and the diameter/body mass index was decreased (P < 0.01). Compared with the surgical control group, the swimming treatment group showed a significant increase in knee joint range of motion and quadriceps diameter (P < 0.01), and significant improvement in joint capsule fibrosis and quadriceps atrophy. Compared with the blank control group, collagen fiber content and expression of transforming growth factor β1 and type I collagen were increased in the joint capsule of rats in both the surgical control group and the swimming treatment group (P < 0.01). Compared with the surgical control group, collagen fiber content and expression of transforming growth factor β1 and type I collagen protein in the joint capsule were decreased in the swimming treatment group. Compared with the blank control group, the expression of MuRF1 protein in the quadriceps muscle of rats in the surgical control group and the swimming treatment group was increased (P < 0.05). Compared with the surgical control group, the expression of MuRF1 protein in the quadriceps muscle of rats in the swimming treatment group was decreased
(P < 0.05). To conclude, early swimming intervention reduces transforming growth factor β1 and type I collagen expression in the joint capsule of traumatic joint contracture rats, decreases MuRF1 expression in the quadriceps muscle, and increases joint range of motion and quadriceps diameter, thereby inhibiting the development of joint contracture.

Key words: joint contracture, muscle atrophy, swimming, exercise, joint range of motion, rat

中图分类号:

税晓平, 李春莹, 张鑫, 李彬, 冯超, 周宏宇, 陈科, 廖莹莹. 游泳运动对大鼠创伤性关节挛缩的影响及机制[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(2): 262-268.

Shui Xiaoping, Li Chunying, Zhang xin, Li Bin, Feng Chao, Zhou Hongyu, Chen Ke, Liao Yingying. Effects and mechanisms of swimming for inhibiting traumatic joint contracture in a rat model [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(2): 262-268.

图/表（结果） 9

2.1 实验动物数量分析 16只大鼠造模均成功，每组8只大鼠进入结果分析，所有大鼠均无脱落。
2.2 大鼠体质量、股四头肌直径和直径-体质量指数表1和图2显示，游泳干预组大鼠体质量明显低于空白对照组和手术对照组(P < 0.01)。与空白对照组相比，手术对照组大鼠股四头肌直径和直径-体质量指数明显降低(P < 0.01)，游泳干预组大鼠股四头肌直径降低(P < 0.01)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠股四头肌直径和直径-体质量指数增加(P < 0.01)。

2.3 膝关节活动度表2和图3显示，与空白对照组相比，手术对照组和游泳干预组大鼠膝关节总伸直受限角度和关节源性伸直受限角度均明显增加(P < 0.01)。与手术对照组比较，游泳干预组大鼠总伸直受限角度和关节源性伸直受限角度均降低(P < 0.05，P < 0.01)。

2.4 股四头肌苏木精-伊红染色结果图4显示，空白对照组大鼠股四头肌细胞呈不规则的多边形，细胞核多且在边缘，细胞间隙均匀；与空白对照组比较，手术对照组大鼠股四头肌细胞明显萎缩，表现为细胞核减少，细胞固缩，形态圆润，相邻细胞间隙增宽；而游泳干预组细胞萎缩程度明显减轻。
2.5 关节囊苏木精-伊红染色结果图 5显示，空白对照组大鼠关节囊中有少量形态规则的胶原纤维和成纤维细胞，周边有较多排列规则的脂肪细胞。手术对照组关节囊纤维化病变明显，可见大量不规则团块状胶原纤维且排列紊乱，关节囊中脂肪细胞减少。游泳干预组大鼠关节囊纤维化病变程度减轻，胶原纤维减少，成纤维细胞、胶原纤维和脂肪细胞排列较规则。
2.6 关节囊Masson染色结果图6显示，空白对照组大鼠关节囊胶原纤维数量少，呈波浪状规则排列；手术对照组大鼠关节囊纤维明显增加，表现为致密的团块状，且排列紊乱；游泳干预组大鼠关节囊胶原减少，且部分区域胶原纤维排列规则整齐。图7显示，与空白对照组比较，手术对照组与游泳干预组大鼠关节囊胶原密度均显著增加(P < 0.01)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠关节囊胶胶原密度降低(P < 0.01)。
2.7 各组大鼠关节囊转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白免疫组化结果表3，图8，9显示，与空白对照组比较，手术对照组和游泳干预组大鼠关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达增加(P < 0.01)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达减少(P < 0.01)。

2.8 各组大鼠股四头肌MuRF1蛋白表达图10显示，与空白对照组比较，手术对照组和游泳干预组大鼠股四头肌中MuRF1蛋白表达明显增加(P < 0.05)；与手术对照组比较，游泳干预组大鼠股四头肌中MuRF1蛋白表达减少
(P < 0.05)。

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引言

创伤性关节挛缩是一种由创伤引起的关节功能障碍，其特征是关节活动不可逆丧失和周围组织形态改变，关节囊纤维化和骨骼肌肉萎缩是创伤后关节挛缩的重要病理过程[1-2]。虽然后期治疗可以在一定程度上改善创伤后关节挛缩，但关节活动度很难完全恢复[3-4]，因此早期预防或减轻关节挛缩十分重要。
运动是预防创伤性关节挛缩的主要手段，临床研究证实在术后早期进行关节限制负重运动训练可有效预防肌肉萎缩，促进关节功能恢复[5]。但早期运动干预对挛缩关节的关节囊纤维化是否有影响？目前相关研究较少，且存有一定争议。研究发现，在膝关节固定3周后，大鼠进行跑台运动可导致关节囊中促纤维化转化生长因子β1基因上调、成纤维细胞增殖以及Ⅰ型胶原蛋白表达增加，进一步加重关节挛缩[6]。还有研究显示，在创伤性肘关节挛缩术后第3天进行低强度的跑台运动能够减轻大鼠肘关节囊纤维化病变，改善关节活动度[7]。以上研究共同提示康复早期阶段剧烈运动会增强关节囊的纤维化反应，从而加剧关节挛缩[5]，未来应进一步探索早期低强度运动对创伤性关节挛缩的影响。
与跑台运动相比，游泳运动可以借助水的浮力减少关节负重，在骨关节炎和骨折术后康复中广泛应用[8]。在射线辐射后早期进行低强度游泳运动可减轻关节挛缩，提示早期游泳运动可能是关节挛缩潜在有益的干预方式[9]。为此，该研究假设关节术后早期进行游泳运动干预可减轻创伤性关节挛缩大鼠关节囊的纤维化，预防肌肉萎缩。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计按动物体质量均衡原则，进行随机对照动物实验。检查方差齐性后，组间比较采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)。
1.2 时间及地点实验于2022年6月至2023年5月分别在四川中医药高等专科学校及成都里来生物科技有限公司完成。
1.3 材料 24只8周龄雄性Sprague-Dawley大鼠，体质量200-250 g，由成都达硕实验动物有限公司提供，动物批号：SCXK(川) 2020-030。大鼠饲养在四川中医药高等专科学校动物房，室温20-25 ℃，湿度50%-60%，标准饲料喂养，自由饮食和饮水。实验方案由四川中医药高等专科学校批准，批准号：2021DS01。
1.4 实验方法
1.4.1 造模方案 24只大鼠适应性喂养1周后，随机分为空白对照组(n=8)和关节挛缩造模组(n=16)。造模组大鼠按5 mL/kg腹腔注射1%戊巴比妥钠溶液麻醉，麻醉后按团队前期操作流程进行手术[10]，在大鼠右侧做股骨外侧入路，切开皮肤，在肌间隙分离肌肉，暴露股骨外侧髁。利用电钻在股骨外侧髁非软骨区域钻一个2 mm宽、5 mm深的孔，形成关节内损伤。在股骨干上，向胫骨方向钻一个0.8 mm的孔；切开胫骨内侧皮肤，向股骨干方向钻一个0.8 mm的孔。利用0.6 mm克氏针穿过股骨和胫骨上的钻孔，将克氏针弯折固定在股骨和胫骨上，使膝关节固定在屈膝145°，见图1。术后3 d，在饮用水中以3 mg/mL加入阿莫西林和塞来昔布，预防大鼠伤口感染和术后镇痛，每日进行伤口换药，观察伤口愈合情况[11]。
1.4.2 游泳方案将16只关节挛缩模型大鼠再次随机分为手术对照组(n=8)和游泳干预组(n=8)。术后第2周起，游泳干预组大鼠在游泳池内进行游泳干预，游泳水池规格为120 cm ×80 cm ×80 cm，水深50 cm，水温维持在(30±2) ℃。
根据参考文献[11]中等强度运动方案和前期预实验，进行为期5周的游泳运动。游泳运动分为适应和训练2个阶段，前2周为适应阶段，第1周前3 d进行适应性游泳，游泳15 min/次，1次/d，后2 d游泳30 min/次，1次/d；第2周前3 d游泳45 min/次，1次/d，后2 d游泳60 min/次，1次/d。第3-5周为训练阶段，游泳60 min/次，1次/d，每周工作日训练5 d，周末休息。
1.5 主要观察指标
1.5.1 股四头肌直径与直径-体质量指数在游泳干预结束后48 h取材。取材前，大鼠禁食禁饮4 h。称取大鼠体质量，按5 mL/kg腹腔注射1%戊巴比妥钠溶液麻醉大鼠，消毒、备皮后，切开大鼠术侧膝关节周围皮肤，暴露膝关节。用电子游标卡尺在膝关节上10 mm处测量股四头肌直径，测量3次，取平均值。直径-体质量指数
(D/W)=(大鼠股四头肌直径/体质量)×100。以股四头肌直径和直径-体质量指数共同判断股四头肌萎缩情况。
1.5.2 关节活动度股四头肌直径测试结束后，去除克氏针。将大鼠置于左侧卧位，保持脊柱平直，右髋关节屈曲90°，施加0.7 N的牵引力牵拉右踝，使右侧膝关节伸直。以膝关节中心、外踝和股骨大转子为标记点，测量外踝和股骨大转子与膝关节中心连线形成的夹角为关节活动角度(range of motion，ROM)，记为ROM1；在膝关节上下各10 mm处切断所有软组织，再次测量关节角度，记为ROM2。所有角度均测量3次，取平均值。
膝关节总伸直受限由肌肉源性受限和关节源性受限构成。以180°减去ROM1，为总关节伸直受限角度(extension deficit，ED)。切断膝关节周围软组织后，增加的关节活动度为肌肉源性关节伸直受限角度(myogenic extension deficit，MED)，因此以ROM2与ROM1之间的差值代表肌肉源性关节伸直受限角度，总关节伸直受限角度与肌肉源性关节伸直受限角度之间的差值代表关节源性关节伸直受限角度(arthrogenic extension deficit，AED)[10]。具体公式为ED=180°-ROM1；MED=ROM2-ROM1；AED=ED-MED。
1.5.3 取材关节活动度测试结束后，取2份股四头肌置于体积分数10%中性甲醛固定液和液氮中，分别用于病理学检查和Western blot检测。术侧膝关节置于体积分数10%中性甲醛固定液中固定48 h，再转入脱钙液中脱钙6周，用于后续病理学和免疫组化检测。
1.5.4 病理学分析股四头肌和脱钙后的膝关节标本经全自动脱水机脱水，石蜡包埋，切片(切片厚度5 μm)。按标准流程进行苏木精-伊红染色和Masson染色，采用Panthera数码三目显微摄像系统对切片进行图像采集，先在40倍下观察全部组织的大体病变，然后分别采集200倍和400倍图片，Masson染色图片使用Image-Pro Plus 6.0软件分析胶原密度。每张切片选择3个不同区域进行分析，取平均值。
1.5.5 免疫组化膝关节石蜡切片脱蜡，依次进行抗原修复、阻断内源性过氧化物酶和血清封闭，加入一抗转化生长因子β1(1∶50；北京博奥森生物技术有限公司，货号Bs-20411r)和Ⅰ型胶原(1∶50；北京博奥森生物技术有限公司，货号Bs-0578)孵育过夜后，加入二抗、DAB显色、复染细胞核和脱水封固。细胞核染为蓝色，目标蛋白染为棕黄色为阳性表达。使用Image-Pro Plus 6.0软件分析每张切片上目标蛋白的平均吸光度，每张切片选择3个不同区域进行分析，取平均值。
1.5.6 Western blot检测股四头肌样本放入2 mL研磨管中，利用高速低温组织研磨仪研磨，提取总蛋白，将蛋白样品调至等浓度。依次进行上样电泳、转膜和封闭，分别加入MuRF1(1∶1 000；美国Proteintech公司，货号55456-1-AP)和Tubulin β(1∶5 000；中国Abclonal公司，货号AC021)一抗孵育，再加入相应二抗(1∶5 000)，采用发光法显影和定影，得到相应指标的条带。Image J 1.50i图像软件分析条带灰度值，MuRF1的灰度值与内参蛋白Tubulin β灰度值比值为其相对表达量。
1.6 统计学分析数据以x±s表示。使用Graphpad Prism 8 软件进行统计学分析，检查方差齐性后，组间分析采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)，显著性差异标准P < 0.05，非常显著性差异标准P < 0.01。文章统计学方法已经通过四川中医药高等专科学校生物统计学专家审核。

讨论

3.1 创伤性关节挛缩动物模型的病变特点创伤性关节挛缩的病变过程十分复杂，当关节出现创伤或者手术后，一方面在创伤、炎症和细胞因子释放等因素的作用下，关节囊出现纤维化，导致关节源性活动下降[12]，另一方面由于关节源性肌肉抑制的影响，骨骼肌肉出现萎缩[2]。
目前认为在形成关节创伤后，再利用克氏针固定大鼠膝关节4-6周是制备创伤性挛缩模型的主要方法，该方法将导致关节源性的关节活动度下降和伸肌萎缩[13]，符合创伤性关节挛缩的临床表现。该实验采用此方法制备创伤性膝关节挛缩模型，结果显示，关节损伤后6周屈曲固定导致了创伤性膝关节挛缩，关节活动受限，其中总伸直受限角度和关节源性伸直受限角度均明显增加；关节囊出现纤维化，表现为胶原密度显著增加[10，14]。实验中各组肌肉源性关节伸直受限角度未见明显差异。研究认为，长期屈曲固定后，关节源性挛缩受限是关节屈曲僵硬的主要原因，而肌肉源性受限占比很小，且肌肉源性挛缩可以恢复到正常水平[15]。关节源性肌肉抑制和长期失用均会导致股四头肌萎缩[2]，该研究结果也显示，6周屈曲固定导致股四头肌出现明显萎缩病变，股四头肌直径减少。以上结果与相关研究结果一致[10，14-15]，为后续研究提供了基础。
3.2 游泳运动对关节囊纤维化的影响创伤性关节挛缩发生后，虽然可以通过物理治疗、运动训练和手术等多种方式进行干预，但关节活动度和肌肉萎缩很难完全恢复[3-4，16]，因此早期预防和减轻术后关节挛缩十分重要。关节囊纤维化是导致关节源性僵硬的主要病变过程[1，4，11]。
在组织纤维化过程中，转化生长因子β1是促进组织纤维化的重要蛋白[11，17]。转化生长因子β1及其下游信号通路激活后Ⅰ型和Ⅲ型胶原大量分泌合成，导致胶原沉积[18]。转化生长因子β1和Ⅰ型胶原过度表达是关节囊纤维化的主要标志[12，17，19-20]。此次实验结果显示，创伤和屈曲固定使关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达明显升高，导致关节囊纤维化，关节活动度下降。而游泳运动干预降低了关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达，减轻了关节囊的纤维化，提高了关节活动度。
规律运动具有抑制纤维化的作用。8周游泳运动能够减轻自发性高血压大鼠肾脏纤维化，降低肾脏组织中转化生长因子β1和Smad2/3等蛋白的表达[21]；4周有氧运动能够减轻阿尔茨海默病模型大鼠海马中转化生长因子β1 mRNA表达，提高脑源性神经营养因子的表达，改善空间记忆能力[22]。但运动对创伤性关节囊纤维化及相关蛋白表达的影响存在争议。有研究认为，跑台运动使关节囊中转化生长因子β1、Ⅰ型和Ⅲ型胶原基因的表达增加，加重创伤性挛缩大鼠关节源性挛缩[6]。而此次实验结果显示，游泳运动能够减少关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白的表达，减轻大鼠关节源性挛缩。出现这种差异可能与运动形式有关，跑台运动产生的纵向机械应力可能加重了关节囊损伤，进一步激活纤维化机制[5]。而借助水的浮力，游泳运动产生的纵向机械应力较少，不会加重关节囊损伤。
在该实验中，大鼠膝关节被固定，游泳时不会产生大幅度关节运动，因此游泳抑制关节固定期间关节囊纤维化的机制仍需要探讨。关节囊纤维化是复杂的病理过程，炎症细胞因子如肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素17等均具有促进纤维化的作用[5，23-24]。研究显示，中等强度耐力运动可以降低糖尿病大鼠血清中肿瘤坏死因子α和白细胞介素6水平，降低糖尿病大鼠肾脏纤维化[23]；中等强度的有氧运动还可以降低慢性阻塞性肺疾病大鼠血清中肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β和白细胞介素17水平，降低肺部促纤维化因子转化生长因子β1 表达，减轻肺部的纤维化程度[25]。以上提示运动可以通过改善整体抗炎和抗纤维化能力，达到局部抑制关节囊纤维化的目的。这可能是此次实验在关节固定期间进行游泳干预能够改善关节囊纤维化的机制，但仍需后续研究证实。
3.3 游泳运动对关节挛缩动物骨骼肌萎缩的影响肌肉萎缩是创伤性关节挛缩的另一种表现，特别是关节创伤后，由于关节源性肌肉抑制，股四头肌最先出现萎缩[26-27]，而关节制动将进一步加重肌肉萎缩。导致肌肉萎缩的机制复杂，其中泛素-蛋白酶依赖途径是主要途径，该途径激活将导致促进肌肉萎缩的MAFbx和MuRF1表达增加，因此MAFbx和MuRF1也被认为是骨骼肌萎缩的主要标志[28]。该研究主要观察游泳运动对创伤性关节挛缩大鼠骨骼肌MuRF-1的影响。
为了排除体质量对骨骼肌直径的影响，采用股四头肌直径和直径-体质量指数两个指标来判断骨骼肌萎缩情况。此次实验结果显示，创伤和屈曲固定使股四头肌中的MuRF1表达增加，股四头肌出现肌肉萎缩，股四头肌直径和直径-体质量指数均下降。而游泳运动降低了股四头肌中MuRF1表达，减轻了肌肉萎缩程度，提高了股四头肌直径和直径-体质量指数。
运动抑制萎缩骨骼肌中MuRF1表达的研究较多。研究显示，有氧和抗阻运动均可以下调 MuRF1的表达，改善去负荷大鼠的骨骼肌萎缩，提升骨骼肌收缩性能[29]。游泳运动主要通过调控IGF-1/AKT/FOXO3信号通路，提高胰岛素样生长因子1蛋白表达，减少MuRF1蛋白表达，减轻肌萎缩侧索硬化模型小鼠骨骼肌萎缩[30]。此次研究结果显示关节创伤术后早期进行游泳运动干预，可降低肌肉中MuRF1蛋白表达，减轻股四头肌萎缩，但仍需要进一步研究相关机制。
3.4 结论关节创伤术后早期进行游泳运动干预能够减轻大鼠关节囊中转化生长因子β1和Ⅰ型胶原蛋白表达，降低股四头肌中MuRF1蛋白的表达，提高关节活动度和股四头肌直径，抑制创伤性关节挛缩的发展。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

游泳运动对大鼠创伤性关节挛缩的影响及机制

Effects and mechanisms of swimming for inhibiting traumatic joint contracture in a rat model

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