关节软骨下骨强度改变对关节软骨影响的实验研究

关节软骨主要功能是传导和缓冲负重，其在保持关节功能方面发挥重要作用。许多因素会引起关节软骨的病理改变。关节软骨下骨结构的改变能否导致或加速关节软骨的病理改变成为目前临床关注的重要问题。如何通过无创性的影像学方法对关节软骨病变进行评价，寻找关节软骨病变与软骨下骨强度的相关性，是研究中的难点。本研究应用关节软骨下骨强度改变的动物模型，对其不同条件下进行离体生物力学定量分析；并研究骨强度改变后不同时间，关节表面软骨的组织病理学和生化改变，以及关节表面软骨MRI成像特点。通过无创性的影像学方法对关节软骨病变进行评价，寻找关节软骨病变与软骨下骨强度的相关性。这项实验研究将对临床上涉及关节软骨下骨区域疾病的治疗提供重要的依据，对骨性关节炎的发病机制及治疗提供新的研究方法。

本研究通过建立比格犬胫骨平台内侧软骨下骨缺损和软骨下骨填充骨水泥的动物模型，应用无创性的影像学方法对关节软骨病变进行评价，同时结合病理学及免疫组织化学研究，评价软骨下骨强度改变对关节软骨的影响。.实验方法： 将24只雄性比格犬随机分为两组，分别建立胫骨平台内侧软骨下骨缺损和软骨下骨填充骨水泥模型。以实验犬左侧膝关节为实验组，右侧为假手术对照组。在术后4周、8周、16周及24周对实验犬行膝关节CT、MR检查，通过T2-mapping、dGEMRIC扫描并测量软骨T2值、T1值，然后处死动物取胫骨平台内侧制作石蜡切片并行HE染色和免疫组织化学（IL-1、MMP-1和MMP-13）染色，用软骨Mankin评分系统进行评价。结合软骨T1、T2值及病理学改变，评估软骨下骨强度改变与关节软骨退变的关系。.实验结果：骨缺损组和骨水泥组术后8、16及24周与其相应对照组相比，Mankin评分均有显著差异（P＜0.05）。免疫组织化学IL-1、MMP-1和MMP-13在实验组有阳性表达，且以软骨表层和中上层最为显著。通过关节软骨T2弛豫时间测量，骨缺损组术后8周、16周及24周关节软骨T2值与其对照组相比有显著差异（P＜0.05）；骨水泥组术后16周及24周关节软骨T2值与其对照组相比有显著差异（P＜0.05）；骨水泥组与相同时间的骨缺损组的关节软骨T2值相比较，术后4周、8周和16周两者之间无显著差异（P＞0.05），术后24周两者之间有显著差异（P＜0.01）；关节软骨的T2值与Mankin评分之间有显著的正相关性（ρ=0.758，P＜0.01）。通过关节软骨dGEMRIC T1值测量，骨缺损组和骨水泥组术后4周、8周、16周及24周关节软骨T1值与其对照组相比都有显著差异（P＜0.01）；骨水泥组与相同时间的骨缺损组的关节软骨T1值相比较，两者之间无显著差异（P＞0.05）。.实验结论及意义：软骨下骨强度改变会导致相邻的关节软骨退变。软骨的T2值随其退变程度加重而增加，dGEMRIC T1值随其退变程度加重而降低，关节软骨的MR T1、T2值能够提示早期的软骨退变。IL-1、MMP-1和MMP-13在关节软骨退变过程中起重要作用。这项实验研究将对临床上涉及关节软骨下骨区域疾病的治疗提供重要的依据，对骨性关节炎的发病机制及治疗提供新的研究方法。