中國運動醫學雜志2016 年4 月第35 卷第4 期Chin J Sports Med，Apr. 2016，Vol.35，No.4
跑臺運動對兔前交叉韌帶斷裂后膝關節軟骨的影響
鐘名金劉振龍張繼英李玳胡曉青敖英芳
北京大學第三醫院運動醫學研究所（北京100191）
2.2 術后3 周軟骨損傷情況
術后3 周，Sham 組股骨髁軟骨未出現損傷， 軟骨表面完整，無墨汁殘留；組織染色上軟骨層次清晰，糖原無減少，II 型膠原豐富。ACLT 組可見軟骨表面墨汁殘留，軟骨表面出現粗糙、裂隙；組織染色上表現為軟骨出現裂隙、表面纖維化，糖原染色降低，II 型膠原輕度減少。ACLT+Ex 組軟骨表面墨汁殘留，有表淺潰瘍，組織學上出現軟骨表面結構紊亂， 軟骨細胞壞死、腫脹， 糖原和II 型膠原染色變淡。軟骨墨汁染色評分和OARSI 分級、分期及總分統計結果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統計學差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統計學差異（圖4）。
Sham 組無墨汁殘留，組織染色上軟骨層次清晰，糖原無減少，II 型膠原豐富；ACLT 組表面墨汁殘留，組織染色軟骨出現裂隙，糖原和II 型膠原丟失；ACLT+Ex 組出現墨汁殘留，軟骨表面表淺潰瘍，組織學上出現軟骨表面結構紊亂，糖原和II 型膠原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺藍; d，h，l—II 型膠原）。股骨髁軟骨損傷評分結果：大體評分（m） 和軟骨損傷OARSI 分級（n）、分期（o） 及總分（p） 結果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統計學差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統計學差異。
圖4 術后3 周股骨髁軟骨印度墨汁染色、組織學及II 型膠原染色評估
2.3 術后4 周軟骨損傷情況
術后4 周，Sham 組軟骨表面光滑，未見磨損退變，無墨汁殘留。組織染色上軟骨完整，糖原和II 型膠原含量無減少。ACLT 組軟骨損傷明顯加重，墨汁染色可見軟骨表面潰瘍，部分軟骨出現軟骨下骨暴露，損傷范圍超過軟骨面積的50%以上， 組織染色上表現為軟骨結構消失，出現潰瘍、剝離深達軟骨下骨，糖原和II 型膠原丟失。ACLT+Ex 組軟骨損傷也進一步加重，在墨汁染色上出現墨汁殘留，軟骨表面縱行裂隙、潰瘍，直達軟骨下骨，損傷范圍明顯擴大，組織學上軟骨結構紊亂、層次消失，軟骨剝離、纖維化，糖原和II 型膠原染色變淡。軟骨墨汁染色評分和OARSI 分級、分期及總分統計結果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統計學差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統計學差異（圖5）。
Sham 組無墨汁殘留，組織染色上軟骨完整，糖原和二型膠原無丟失；ACLT 組出現墨汁殘留，軟骨深潰瘍。組織學上出現軟骨剝離，軟骨下骨顯露；ACLT+Ex 組軟骨表面有縱行裂隙到軟骨下骨，組織學上出現軟骨表面結構紊亂，層次消失，糖原和II 型膠原染色降低（a，e，i—印度墨汁；b，f，j—HE；c，g，k—甲苯胺藍; d，h，l—II 型膠原）。股骨髁軟骨損傷評分結果：大體評分（m） 和軟骨損傷OARSI 分級（n）、分期（o） 及總分（p） 結果表明，ACLT 組和ACLT+Ex 組分別與Sham 組存在顯著統計學差異；ACLT 組與ACLT+Ex 組無統計學差異。
圖5 術后4 周股骨髁軟骨印度墨汁染色、組織學及II 型膠原染色評估
3 討論
前交叉韌帶（ACL）是維持膝關節前向穩定的重要組織結構，ACL 斷裂后導致脛骨出現向前的反向異?；顒?，造成關節間的接觸力和接觸面發生改變，關節軟骨在異常應力的作用下出現關節軟骨損傷， 表現出軟骨磨損退變，甚至全層脫離，軟骨下骨暴露，進而發展為OA[8]。臨床研究發現，ACL 斷裂后關節軟骨損傷的嚴重程度與時間呈正相關性，一般來說ACL 斷裂后1 年內關節軟骨磨損已經很嚴重[9]。為了更好地觀察ACL斷裂后關節軟骨損傷的病理變化過程， 需要建立合適的動物模型。大鼠ACL 切斷后，術后1 周即可出現軟骨損傷，軟骨表層軟骨細胞丟失、腫脹、纖維化，術后2周軟骨損傷進一步加重， 術后4 周已經出現明顯的軟骨損傷[10]。在犬和小型豬等ACL 斷裂模型中，軟骨損傷出現在術后1~2 個月[11，12]。大鼠ACL 斷裂模型中軟骨損傷出現很早，不利于發現很早期的軟骨損傷，而大型動物模型軟骨損傷出現時間晚，同時面臨著獲取不便、飼養困難和經濟成本高等不利因素，因此，在ACL 斷裂動物模型中，往往選擇兔作為建立ACL 斷裂的合適動物。本實驗和我所前期的研究結果表明，兔ACL 斷裂后，軟骨損傷出現在術后第3 周，出現早期軟骨損傷表現，術后4 周軟骨損傷加重，表現為中晚期軟骨損傷[4]，與文獻報道結果一致[13]。
ACL 斷裂后軟骨損傷的損傷率、損傷程度與傷后膝關節活動方式和強度存在密切聯系。臨床上也有一部分ACL 斷裂患者由于誤診、漏診和自身條件等因素無法及時行ACL 重建術，患者在傷后仍進行運動。因此需要建立一種可有效用于觀察ACL 斷裂后運動對軟骨影響的實驗運動模型，來研究ACL 斷裂后運動對關節軟骨的影響。研究已證實關節制動會導致肌肉萎縮、關節僵硬，關節失去活動，關節軟骨失去了通過關節活動產生的力學刺激來維持軟骨營養的動力， 導致軟骨營養代謝障礙，引發軟骨退行性改變[14]。關節的持續被動活動（continuous passive motion，CPM）可以刺激軟骨細胞代謝， 持續的應力和適當的負荷可以調節軟骨細胞的代謝反應，增加蛋白多糖等軟骨基質的合成，改善軟骨質量，從而起到保護軟骨的作用[15]。目前CPM更多應用于ACL 重建術后和軟骨修復術后的康復。Galois 等[16]研究了不同運動強度對膝OA 軟骨的影響。
他們切斷大鼠ACL 后予以不同強度的運動，通過觀察關節軟骨的損傷程度， 發現適度的運動可以保護關節軟骨，而過度的運動則加重軟骨損傷。但是，目前尚無關于兔ACL 斷裂后運動對關節軟骨影響的研究報道。本實驗**應用實驗跑臺運動來研究兔ACL 斷裂后早期運動對關節軟骨的影響。
本研究中兔的運動為ACL 切斷術后第5 天開始，在實驗跑臺上進行，每周5 天，每天10 分鐘，跑臺速度為0.3 英里/小時（約8 米/分鐘）。Oyen-Tiesma 等[5]研究認為，兔可以很好地適應于該運動強度，長期進行該強度的運動不會出現并發癥和繼發性損傷，因此，該運動方案是建立兔實驗運動模型并進行相關研究的成熟有效方案。Bryan 等[17]應用此運動方案研究兔髕腱重建ACL， 發現早期關節主動運動可以改善取腱區的腱組織**，增強取腱區的塑形改造能力，增加髕腱術后強度。本研究通過觀察ACL 斷裂后股骨髁軟骨的大體觀與組織學， 發現ACL 斷裂后無論進行跑臺運動與否，關節軟骨損傷都不可避免，ACLT+Ex 組與ACLT 組均在術后第3 周出現軟骨損傷， 術后第4 周軟骨損傷進一步加重。在術后第3 周和4 周，ACLT 組、ACLT+Ex組和Sham 組間在大體觀評分和OARSI 分級、分期和總分上存在統計學顯著差異。術后2、3、4 周，ACLT 組與ACLT+Ex 組間在各評分上均無統計學差異，這表明兔ACL 斷裂后， 無論籠養自由活動還是實驗跑臺運動，均出現早期軟骨損傷，與籠養自由活動相比，實驗跑臺運動在早期對關節軟骨損傷的進程無影響。
臨床研究對比運動員與非運動員ACL 斷裂后軟骨損傷的情況發現，運動員ACL 斷裂后軟骨損傷率并
不比非運動員軟骨損傷率高。雖然運動員在ACL 傷后的運動量和運動強度較非運動員都要大， 但是由于運動員具備了專業的訓練以及良好的醫務監督條件，傷后即使從事高強度、大運動量運動訓練和比賽，只要通過安排合理的運動和康復， 就可以一定程度上降低和減輕軟骨損傷的發生[18]。本動物實驗研究的運動方案為兔合適的運動強度，符合兔的日?；顒雍瓦\動量，對比兔ACL 斷裂后運動與不運動關節軟骨損傷情況，發現運動并未加重軟骨損傷。因此，我們認為，ACL 斷裂后早期合適的運動未必會加重軟骨損傷。ACL 斷裂后早期進行合理的運動調整和康復，不會加重軟骨損傷，
其原因可能有以下幾點：（1）ACL 斷裂早期肌肉并未萎縮， 而肌肉力量是維持關節穩定和避免韌帶損傷的關鍵[19]。（2）運動強度相對低、溫和，沒有急轉、急停等產生切線力的動作， 進行合理適宜的運動不會對軟骨造成不利影響[20]。（3） 臨床上ACL 斷裂的原因往往是暴力， 通常造成外側股骨髁軟骨與外側脛骨平臺軟骨的“對吻傷”， 而局部軟骨損傷可能造成關節其他部位軟骨損傷[21]。實驗中通過手術切斷ACL 并沒有暴力作用而造成的軟骨損傷。但是在臨床工作中，對ACL 斷裂
后的患者，如何合理調整傷后的運動強度、運動方式和運動時間等方面需要進一步研究， 而且要考慮長期活動對關節軟骨的影響， 以免不恰當的運動方案加重關節軟骨損傷。
4 結論
跑臺運動是可用于研究兔ACL 斷裂后對關節軟骨影響的有效實驗運動模型；兔ACL 斷裂后早期出現關節軟骨損傷，但與籠養自由活動相比，本實驗跑臺運動對關節軟骨損傷進程無影響，表明ACL 斷裂后早期進行合理運動與康復不會加重膝關節軟骨損害。在臨床實踐中，應結合ACL 斷裂患者的實際情況合理調整運動方案，以免對關節軟骨造成不利影響。