被動運動對大鼠軟骨退化的效果范文

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《航天醫學與醫學工程雜志》2014年第三期

1方法

1．1μCT檢測

1．1．1取材大鼠腹腔注射30mg/kg戊巴比妥鈉麻醉處死，取股骨遠端軟骨，用含0．1mmol/L蛋白酶抑制劑PBS浸潤的無菌紗布包裹，4℃保存備用。

1．1．2μCT掃描及重建股骨遠端軟骨浸入30%復方泛影葡胺注射液(上海旭東海普藥業有限公司)，37℃×15min，μCT(SkyScan1076，比利時)掃描［9］。μCT掃描條件:電壓70kV，電流140mA，分辨率18μm，掃描寬度35mm，濾波器Al1．0mm。原始圖像重建后(圖2a，b)，將橫截面圖像轉換為矢狀面圖像(圖2c)，之后選擇自距股骨內側踝向外側踝方向的0．3796～1．3286mm范圍內進行軟骨衰減系數與厚度的計算。

1．1．33D建模將矢狀面圖像導入Mimics軟件進行3D重建，軟骨圖像分割及建模過程如圖2(d)～(e)

1．2軟骨組織切片制備與分析掃描結束后立即將軟骨浸入PBS，4℃過夜，10%福爾馬林固定12h。經過固定，脫鈣，冷凍包埋劑包埋后，冷凍切片機(LeicaMicrosystemsNus-slochGmbH，德國)切片，0．1%番紅O—0．1%固綠(Sigma公司，美國)對切片進行染色。染色的軟骨切片經SZX-16體視顯微鏡(O-lympus，日本)取像，軟骨厚度的測量通過ImageJ軟件完成，測多個不同位置的軟骨厚度取其均值。

1．3統計學分析結果均以x±s表示，利用SPSS13．0進行one-wayANOVA統計學分析。利用線性回歸分析μCT與軟骨組織形態計量學相應參數之間的相關性。以P＜0．05為差異具有統計學意義。

2結果

2．1μCT檢測結果TS與TSP大鼠股骨遠端的軟骨厚度較Con均有顯著性下降(圖3a);TS的軟骨體積較Con、TSP有顯著性下降，而TSP與Con無顯著性差異(圖3b)。μCT測得軟骨衰減系數如圖4所示，TS與TSP組軟骨衰減系數較Con組顯著升高，TS與TSP組間無顯著性差異。

2．2軟骨組織切片染色結果軟骨番紅O—固綠染色切片如圖5所示，與Con相比，TS與TSP的軟骨細胞減少，且基質染色程度下降(圖5b，c)。TS與TSP的軟骨厚度較Con的有顯著性下降，而TS與TSP無顯著性差異(圖5d)。

2．3μCT與組織切片檢測軟骨厚度相關性分析線性回歸分析顯示，μCT與組織切片所測得的軟骨厚度的相關系數r2為0．84(圖6)，提示二者具有高度相關性。

3討論

由于x射線在軟組織中衰減系數低，μCT不易檢測到軟組織，而通過離子造影劑提高μCT對軟組織的成像，可用于評估大鼠關節軟骨的形態［9-10］。蛋白多糖是軟骨基質中最重要的成份之一，主要由葡糖胺聚糖(GAGs)組成，使軟骨有一定的力學特性而能承受關節的壓應力負荷。有研究顯示，軟骨退化的早期就會出現GAG的減少［11］。造影劑增強μCT掃描中衰減系數的增加可反映軟骨中GAG含量下降［12-13］。而組織切片番紅－O染色，不僅可以反映基質中GAG的含量而且也能反映其分布［14］。本實驗結果顯示，尾吊可導致大鼠軟骨中GAG含量下降，且軟骨的厚度和體積均下降，提示軟骨發生了退化、關節軟骨吸收能量的能力下降。Haapala等［15-17］的研究結果也顯示尾吊大鼠關節軟骨的厚度下降。此外，μCT與組織切片所測得軟骨厚度相關性高，因此，μCT在檢測和評估軟骨功能方面應具有很好的應用價值。關節軟骨的早期退化主要與關節動力學改變相關［18］。動物實驗研究顯示，降低關節負荷及減少關節活動均可導致軟骨退化［6，16］。因此，適度的關節負荷與活動在維持軟骨正常生理功能及力學性能［4］中具有重要的作用。Johnson等［19］發現一定限度的被動運動可以阻止由關節制動所致的關節功能的紊亂［19］;然而Renner等［20］的研究顯示被動拉伸訓練不能阻止制動大鼠的關節軟骨退化。本研究表明，被動運動不能有效對抗尾吊引起的關節軟骨退化。本研究為初步研究，對TSP組每次運動時間設定為200s，沒有進一步分組觀察更長訓練時間的效果。因此運動時間短運動強度低，這可能是導致被動運動對抗效果不佳的主要原因，最佳被動運動時間還有待進一步的實驗研究。對抗效果不佳可能不僅與運動時間等有關，還與運動方式(主動或被動運動等)有關。不同運動方式對抗效果及其機制均需繼續探討。空間失重環境對軟骨的影響及相應的對抗方法(訓練模式、強度及時間等)還有待進一步研究，這不僅有助于對抗航天員的失重性肌骨退化，也將對地面老年性及廢用性肌骨病變的防治具有一定意義。

作者：欒會芹黃云飛樊瑜波孫聯文單位：北京航空航天大學生物與醫學工程學院生物力學與力生物學教育部重點實驗室