中国运动医学杂志2016 年4 月第35 卷第4 期Chin J Sports Med，Apr. 2016，Vol.35，No.4
跑台运动对兔前交叉韧带断裂后膝关节软骨的影响
钟名金刘振龙张继英李玳胡晓青敖英芳
北京大学第三医院运动医学研究所（北京100191）
2.2 术后3 周软骨损伤情况
术后3 周，Sham 组股骨髁软骨未出现损伤， 软骨表面完整，无墨汁残留；组织染色上软骨层次清晰，糖原无减少，II 型胶原丰富。ACLT 组可见软骨表面墨汁残留，软骨表面出现粗糙、裂隙；组织染色上表现为软骨出现裂隙、表面纤维化，糖原染色降低，II 型胶原轻度减少。ACLT+Ex 组软骨表面墨汁残留，有表浅溃疡，组织学上出现软骨表面结构紊乱， 软骨细胞坏死、肿胀， 糖原和II 型胶原染色变淡。软骨墨汁染色评分和OARSI 分级、分期及总分统计结果表明，ACLT 组和ACLT+Ex 组分别与Sham 组存在显著统计学差异；ACLT 组与ACLT+Ex 组无统计学差异（图4）。
Sham 组无墨汁残留，组织染色上软骨层次清晰，糖原无减少，II 型胶原丰富；ACLT 组表面墨汁残留，组织染色软骨出现裂隙，糖原和II 型胶原丢失；ACLT+Ex 组出现墨汁残留，软骨表面表浅溃疡，组织学上出现软骨表面结构紊乱，糖原和II 型胶原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺蓝; d，h，l—II 型胶原）。股骨髁软骨损伤评分结果：大体评分（m） 和软骨损伤OARSI 分级（n）、分期（o） 及总分（p） 结果表明，ACLT 组和ACLT+Ex 组分别与Sham 组存在显著统计学差异；ACLT 组与ACLT+Ex 组无统计学差异。
图4 术后3 周股骨髁软骨印度墨汁染色、组织学及II 型胶原染色评估
2.3 术后4 周软骨损伤情况
术后4 周，Sham 组软骨表面光滑，未见磨损退变，无墨汁残留。组织染色上软骨完整，糖原和II 型胶原含量无减少。ACLT 组软骨损伤明显加重，墨汁染色可见软骨表面溃疡，部分软骨出现软骨下骨暴露，损伤范围超过软骨面积的50%以上， 组织染色上表现为软骨结构消失，出现溃疡、剥离深达软骨下骨，糖原和II 型胶原丢失。ACLT+Ex 组软骨损伤也进一步加重，在墨汁染色上出现墨汁残留，软骨表面纵行裂隙、溃疡，直达软骨下骨，损伤范围明显扩大，组织学上软骨结构紊乱、层次消失，软骨剥离、纤维化，糖原和II 型胶原染色变淡。软骨墨汁染色评分和OARSI 分级、分期及总分统计结果表明，ACLT 组和ACLT+Ex 组分别与Sham 组存在显著统计学差异；ACLT 组与ACLT+Ex 组无统计学差异（图5）。
Sham 组无墨汁残留，组织染色上软骨完整，糖原和二型胶原无丢失；ACLT 组出现墨汁残留，软骨深溃疡。组织学上出现软骨剥离，软骨下骨显露；ACLT+Ex 组软骨表面有纵行裂隙到软骨下骨，组织学上出现软骨表面结构紊乱，层次消失，糖原和II 型胶原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺蓝; d，h，l—II 型胶原）。股骨髁软骨损伤评分结果：大体评分（m） 和软骨损伤OARSI 分级（n）、分期（o） 及总分（p） 结果表明，ACLT 组和ACLT+Ex 组分别与Sham 组存在显著统计学差异；ACLT 组与ACLT+Ex 组无统计学差异。
图5 术后4 周股骨髁软骨印度墨汁染色、组织学及II 型胶原染色评估
3 讨论
前交叉韧带（ACL）是维持膝关节前向稳定的重要组织结构，ACL 断裂后导致胫骨出现向前的反向异常活动，造成关节间的接触力和接触面发生改变，关节软骨在异常应力的作用下出现关节软骨损伤， 表现出软骨磨损退变，甚至全层脱离，软骨下骨暴露，进而发展为OA[8]。临床研究发现，ACL 断裂后关节软骨损伤的严重程度与时间呈正相关性，一般来说ACL 断裂后1 年内关节软骨磨损已经很严重[9]。为了更好地观察ACL断裂后关节软骨损伤的病理变化过程， 需要建立合适的动物模型。大鼠ACL 切断后，术后1 周即可出现软骨损伤，软骨表层软骨细胞丢失、肿胀、纤维化，术后2周软骨损伤进一步加重， 术后4 周已经出现明显的软骨损伤[10]。在犬和小型猪等ACL 断裂模型中，软骨损伤出现在术后1~2 个月[11，12]。大鼠ACL 断裂模型中软骨损伤出现很早，不利于发现很早期的软骨损伤，而大型动物模型软骨损伤出现时间晚，同时面临着获取不便、饲养困难和经济成本高等不利因素，因此，在ACL 断裂动物模型中，往往选择兔作为建立ACL 断裂的合适动物。本实验和我所前期的研究结果表明，兔ACL 断裂后，软骨损伤出现在术后第3 周，出现早期软骨损伤表现，术后4 周软骨损伤加重，表现为中晚期软骨损伤[4]，与文献报道结果一致[13]。
ACL 断裂后软骨损伤的损伤率、损伤程度与伤后膝关节活动方式和强度存在密切联系。临床上也有一部分ACL 断裂患者由于误诊、漏诊和自身条件等因素无法及时行ACL 重建术，患者在伤后仍进行运动。因此需要建立一种可有效用于观察ACL 断裂后运动对软骨影响的实验运动模型，来研究ACL 断裂后运动对关节软骨的影响。研究已证实关节制动会导致肌肉萎缩、关节僵硬，关节失去活动，关节软骨失去了通过关节活动产生的力学刺激来维持软骨营养的动力， 导致软骨营养代谢障碍，引发软骨退行性改变[14]。关节的持续被动活动（continuous passive motion，CPM）可以刺激软骨细胞代谢， 持续的应力和适当的负荷可以调节软骨细胞的代谢反应，增加蛋白多糖等软骨基质的合成，改善软骨质量，从而起到保护软骨的作用[15]。目前CPM更多应用于ACL 重建术后和软骨修复术后的康复。Galois 等[16]研究了不同运动强度对膝OA 软骨的影响。
他们切断大鼠ACL 后予以不同强度的运动，通过观察关节软骨的损伤程度， 发现适度的运动可以保护关节软骨，而过度的运动则加重软骨损伤。但是，目前尚无关于兔ACL 断裂后运动对关节软骨影响的研究报道。本实验**应用实验跑台运动来研究兔ACL 断裂后早期运动对关节软骨的影响。
本研究中兔的运动为ACL 切断术后第5 天开始，在实验跑台上进行，每周5 天，每天10 分钟，跑台速度为0.3 英里/小时（约8 米/分钟）。Oyen-Tiesma 等[5]研究认为，兔可以很好地适应于该运动强度，长期进行该强度的运动不会出现并发症和继发性损伤，因此，该运动方案是建立兔实验运动模型并进行相关研究的成熟有效方案。Bryan 等[17]应用此运动方案研究兔髌腱重建ACL， 发现早期关节主动运动可以改善取腱区的腱组织**，增强取腱区的塑形改造能力，增加髌腱术后强度。本研究通过观察ACL 断裂后股骨髁软骨的大体观与组织学， 发现ACL 断裂后无论进行跑台运动与否，关节软骨损伤都不可避免，ACLT+Ex 组与ACLT 组均在术后第3 周出现软骨损伤， 术后第4 周软骨损伤进一步加重。在术后第3 周和4 周，ACLT 组、ACLT+Ex组和Sham 组间在大体观评分和OARSI 分级、分期和总分上存在统计学显著差异。术后2、3、4 周，ACLT 组与ACLT+Ex 组间在各评分上均无统计学差异，这表明兔ACL 断裂后， 无论笼养自由活动还是实验跑台运动，均出现早期软骨损伤，与笼养自由活动相比，实验跑台运动在早期对关节软骨损伤的进程无影响。
临床研究对比运动员与非运动员ACL 断裂后软骨损伤的情况发现，运动员ACL 断裂后软骨损伤率并
不比非运动员软骨损伤率高。虽然运动员在ACL 伤后的运动量和运动强度较非运动员都要大， 但是由于运动员具备了专业的训练以及良好的医务监督条件，伤后即使从事高强度、大运动量运动训练和比赛，只要通过安排合理的运动和康复， 就可以一定程度上降低和减轻软骨损伤的发生[18]。本动物实验研究的运动方案为兔合适的运动强度，符合兔的日常活动和运动量，对比兔ACL 断裂后运动与不运动关节软骨损伤情况，发现运动并未加重软骨损伤。因此，我们认为，ACL 断裂后早期合适的运动未必会加重软骨损伤。ACL 断裂后早期进行合理的运动调整和康复，不会加重软骨损伤，
其原因可能有以下几点：（1）ACL 断裂早期肌肉并未萎缩， 而肌肉力量是维持关节稳定和避免韧带损伤的关键[19]。（2）运动强度相对低、温和，没有急转、急停等产生切线力的动作， 进行合理适宜的运动不会对软骨造成不利影响[20]。（3） 临床上ACL 断裂的原因往往是暴力， 通常造成外侧股骨髁软骨与外侧胫骨平台软骨的“对吻伤”， 而局部软骨损伤可能造成关节其他部位软骨损伤[21]。实验中通过手术切断ACL 并没有暴力作用而造成的软骨损伤。但是在临床工作中，对ACL 断裂
后的患者，如何合理调整伤后的运动强度、运动方式和运动时间等方面需要进一步研究， 而且要考虑长期活动对关节软骨的影响， 以免不恰当的运动方案加重关节软骨损伤。
4 结论
跑台运动是可用于研究兔ACL 断裂后对关节软骨影响的有效实验运动模型；兔ACL 断裂后早期出现关节软骨损伤，但与笼养自由活动相比，本实验跑台运动对关节软骨损伤进程无影响，表明ACL 断裂后早期进行合理运动与康复不会加重膝关节软骨损害。在临床实践中，应结合ACL 断裂患者的实际情况合理调整运动方案，以免对关节软骨造成不利影响。