趙景新,王瑜,何曼,金宇,白倫浩
骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是最常見(jiàn)的關(guān)節(jié)炎形式和慢性致殘的首要因素,關(guān)節(jié)軟骨的退行性改變是OA的基本病變。OA通常分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩類,而在繼發(fā)性O(shè)A中,由運(yùn)動(dòng)引起關(guān)節(jié)軟骨損傷所導(dǎo)致的創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎占很大比例。近年來(lái),越來(lái)越多的研究表明,白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1beta,IL-1β)在OA的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。
2月齡清潔級(jí)健康雄性Sprague-Dawley大鼠24只,體重(209±11)g,購(gòu)自承德醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室。分籠飼養(yǎng),每籠3只,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物飼養(yǎng),自由攝食飲水,動(dòng)物房溫度18~22℃,相對(duì)濕度40%~60%,飼養(yǎng)室每天的明暗時(shí)間各為12 h。所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前均未進(jìn)行過(guò)跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn),亦未受過(guò)任何刺激干擾。
大鼠平衡膳食1周后開(kāi)始在由跑步機(jī)改裝的跑臺(tái)上進(jìn)行適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練3 d,坡度0°,速度10 m/min,時(shí)間10 min。適應(yīng)訓(xùn)練后將大鼠隨機(jī)分為安靜對(duì)照組和高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組,每組12只。休息2 d后進(jìn)行正式運(yùn)動(dòng)。根據(jù)Bedford[1]的研究確定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。正式運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)坡度0°,初始速度10 m/min,在10 min內(nèi)逐漸增加到28 m/min,并維持此速度60 min,每天1次,每周5 d,共6周。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠分別于上午8:00~12:00進(jìn)行跑臺(tái)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中采用聲音、小木棒驅(qū)趕等方式刺激大鼠使其持續(xù)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)電刺激。
最后一次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后24 h,10%水合氯醛0.3 mg/kg腹腔麻醉大鼠。取材前各組大鼠禁食12 h。取各組大鼠左側(cè)膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)側(cè)髁及滑膜組織,置4%多聚甲醛中固定,股骨內(nèi)側(cè)髁EDTA脫鈣4周,常規(guī)石蠟包埋切片,HE染色,光鏡下觀察關(guān)節(jié)軟骨及滑膜組織結(jié)構(gòu)變化;免疫組化法測(cè)定IL-1β在大鼠滑膜中的表達(dá)。隨機(jī)選取5個(gè)視野,在10×40倍鏡下照相,用OlympusBX52 VIEWER顯微圖像采集系統(tǒng)測(cè)定陽(yáng)性單位的積分光密度值(IOD)。
切開(kāi)大鼠右側(cè)膝關(guān)節(jié)皮膚及皮下組織,從髕上囊部位向關(guān)節(jié)腔注入生理鹽水0.5 ml,反復(fù)活動(dòng)關(guān)節(jié)后,抽取灌洗液約0.2 ml。關(guān)節(jié)灌洗液置-70℃保存?zhèn)溆?。大鼠關(guān)節(jié)液中IL-1β水平測(cè)定采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)。測(cè)定時(shí)將每份關(guān)節(jié)腔灌洗液5倍稀釋后,分別取100 μl稀釋液,嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書操作。免疫組化及ELISA試劑盒均購(gòu)自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
圖1 安靜對(duì)照組關(guān)節(jié)軟骨(HE染色,100×)
安靜對(duì)照組大鼠關(guān)節(jié)軟骨表面光滑,表層軟骨細(xì)胞呈梭形,排列密集,其長(zhǎng)軸平行于軟骨表面;中間層軟骨細(xì)胞呈圓形,排列無(wú)規(guī)律,呈雙細(xì)胞“背靠背”分布;肥大細(xì)胞層細(xì)胞大,由雙細(xì)胞逐漸過(guò)渡到多細(xì)胞成團(tuán)分布,無(wú)明顯的潮線;鈣化軟骨層及軟骨下骨無(wú)明顯病理改變(圖1)。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠關(guān)節(jié)軟骨表面出現(xiàn)潰瘍?nèi)睋p和小裂隙,軟骨細(xì)胞數(shù)目減少,排列紊亂,有簇聚現(xiàn)象(圖2)。安靜對(duì)照組大鼠滑膜組織滑膜細(xì)胞為1~2層,細(xì)胞分布較規(guī)則,滑膜組織無(wú)慢性炎癥表現(xiàn)(圖3)。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠滑膜組織增生明顯,滑膜細(xì)胞層增生為3~5層,排列紊亂,滑膜下層纖維組織和毛細(xì)血管增生,出現(xiàn)單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),并可見(jiàn)到滑膜脂肪水腫(圖4)。
IL-1β在安靜對(duì)照組大鼠的滑膜中有少量表達(dá)(圖5)。在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠滑膜的滑膜細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞呈陽(yáng)性表達(dá),胞質(zhì)呈棕黃色(圖6)。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠滑膜IL-1β的IOD值明顯高于安靜對(duì)照組(P<0.01)。見(jiàn)表1。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組大鼠膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)液中IL-1β較安靜對(duì)照組升高(P<0.05)。見(jiàn)表1。
表1 兩組大鼠IL-1β比較
圖2 高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組關(guān)節(jié)軟骨(HE染色,100×)
圖5 安靜對(duì)照組滑膜(IL-1β免疫組化染色,400×)
本研究顯示,6周高強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)關(guān)節(jié)軟骨造成損傷,有導(dǎo)致OA的潛在危險(xiǎn)。關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨退變即創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎,其終末階段與原發(fā)性O(shè)A末期的臨床表現(xiàn)相同。由于外傷或過(guò)度訓(xùn)練導(dǎo)致的關(guān)節(jié)軟骨機(jī)械性損傷是OA發(fā)生的常見(jiàn)原因[2]。一些優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員,即使他們沒(méi)有損傷史,膝關(guān)節(jié)OA發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加[3]。運(yùn)動(dòng)組大鼠滑膜還出現(xiàn)了滑膜細(xì)胞層次增多,炎細(xì)胞浸潤(rùn)等滑膜炎表現(xiàn)。滑膜炎時(shí),滑膜能產(chǎn)生細(xì)胞因子和蛋白水解酶,加速關(guān)節(jié)軟骨的退變[4]。近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明,滑膜組織參與了OA的發(fā)病過(guò)程。
圖4 高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組滑膜(HE染色,400×)
圖6 高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組滑膜(IL-1β免疫組化染色,400×)
有關(guān)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)關(guān)節(jié)液及滑膜中IL-1β的研究報(bào)道較少。IL-1β在OA的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用[5-7],OA患者關(guān)節(jié)液和滑膜中IL-1β呈現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)[8]。IL-1β由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和滑膜細(xì)胞等細(xì)胞產(chǎn)生[9]。IL-1β前體在細(xì)胞內(nèi)合成后,被酶切為成熟形態(tài)后排出到細(xì)胞外。IL-1β通過(guò)與軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞表面的受體結(jié)合,刺激基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)、前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)、IL-6、IL-8和一氧化氮(NO)的合成,同時(shí)抑制Ⅱ型膠原和蛋白多糖的合成及軟骨細(xì)胞增殖,對(duì)軟骨產(chǎn)生破壞作用[7,10]。尤其在關(guān)節(jié)軟骨已經(jīng)損傷的情況下,關(guān)節(jié)液及滑膜中IL-1β的高表達(dá)勢(shì)必造成軟骨基質(zhì)得不到有效的修復(fù),從而使軟骨損傷進(jìn)一步加重。目前,研究者們已將IL-1β作為OA的治療靶點(diǎn),通過(guò)信號(hào)通路調(diào)節(jié)其表達(dá)來(lái)發(fā)揮治療作用[11-13]。但還處于試驗(yàn)階段。
長(zhǎng)期進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng),會(huì)造成軟骨機(jī)械性損傷、滑膜炎癥反應(yīng)和IL-1β在關(guān)節(jié)液與滑膜中的高表達(dá)三者之間的惡性循環(huán),導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行性損害,逐漸發(fā)生退變,引起骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的關(guān)節(jié)軟骨損傷、滑膜炎癥以及關(guān)節(jié)液、滑膜中IL-1β的異常表達(dá)可能是創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的機(jī)制之一。通過(guò)合理的治療手段調(diào)節(jié)IL-1β的表達(dá),可能延緩甚至阻斷創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎病情的發(fā)生與發(fā)展。但針對(duì)IL-1β的治療目前仍不成熟,需進(jìn)一步的研究。
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中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐2013年5期