大鼠的不同强度运动对早期关节软骨退变影响的实验研究

目的 运动引起关节软骨损伤的研究很多,但缺乏量化。本研究自制简易动物跑台,建立不同强度大鼠训练模型,观察不同强度运动对大鼠软骨,血液及滑膜中的骨性关节炎(osteoarthritis, OA)的早期生物标记物的影响,通过测定软骨,滑膜及血液中生物标记物的水平来量化运动与OA的关系,同时能进一步证实关节软骨退变的机制。 方法 50只8周龄雄性清洁级S-D大鼠,随机分为非运动对照组(n=8),中等强度训练组(n=21),高等强度训练组(n=21)；运动强度参照Bedford方案,每天中等强度组以18m/min速度跑60min,高等强度组以30m/min速度跑至力竭或60min。自行改装人用跑步机为动物跑台,进行一周适应性训练后,开始正式训练,其间观察各组动物训练状态。训练5周后取静脉血,离心后ELISA法测Ⅱ型胶原的C末端(C-telopeptide of typeⅡcollagen, CTX-Ⅱ)的浓度；同时取膝关节的软骨和滑膜,固定,脱水,切片后软骨行HE,甲苯胺蓝染色和Ⅱ型胶原的免疫组织化学染色；滑膜行HE,金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase-13, MMP-13)的免疫组化染色。Ⅱ型胶原和MMP-13的免疫组化染色图片分别测平均灰密度值,并统计学分析。HE切片进行光镜下形态学观察。 结果 自制简易跑台能保证了动物完成不同强度训练任务,建立了不同强度训练模型,并且能观察到高强度运动组的运动能力较其他组下降,其血液中CTX-Ⅱ浓度比其他组明显增高(P<0.01),高等强度组Ⅱ型胶原免疫组化染色平均灰密度值比对照组明显降低(P<0.01),而高等强度组滑膜MMP-13平均灰密度值比对照组明显增高(P<0.01)。高等强度组软骨甲苯胺蓝染色比对照组变浅,中等强度组软骨甲苯胺蓝染色较对照染色加深。HE染色中：高强度运动组软骨细胞增生明显但基质成分却减少,高强度组滑膜出现大量炎性细胞,而其他组并未发现。 结论 自制的动物跑台能让大鼠成功完成不同强度的训练,比性能完整的专用跑台节省费用,同时能建立不同强度的训练模型。中等强度运动会造成软骨糖胺多糖(glycosaminoglycan, GAG)增加,有益软骨重建。长时间高强度运动会造成软骨退变。高强度运动引起软骨损伤,进一步印证软骨损伤机制：MMP-13的增多,降解了Ⅱ型胶原,造成软骨损伤和退变。