骨关节炎软骨下骨改变及其作用研究进展

骨关节炎（OA）时软骨下骨结构、生化组成、生物力学及细胞功能均表现异常。OA早期软骨下骨主要表现为骨吸收,晚期主要表现为骨形成。OA软骨下骨异常改变可引发关节疼痛和促进关节软骨退变,抑制或改善软骨下骨异常改变可减轻关节疼痛和延缓软骨退变,软骨下骨靶向治疗有望成为新的治疗手段。该文就OA软骨下骨异常改变及其作用研究进展作一综述。     

复合材料置入软骨下骨诱发兔膝骨关节炎的实验研究

[目的]通过增加软骨下骨硬度模拟软骨下骨硬化,诱发骨关节炎的发生,探讨骨关节炎发病机制.[方法]调整聚甲基丙烯酸甲酯粉剂(polymethylmethacrylate,PMMA)、甲基丙烯酸甲酯液剂(methylmethacrylate,MMA)、羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)和蒸馏水的比例,使反应温度低于40℃,测量该比例下聚合后的极限强度和刚度并与软骨下骨比较,制得PMMA/HA复合材料.刮除兔胫骨平台内侧软骨下骨后置入复合材料,对术后3、6、9、12周的关节软骨进行组织学观察,免疫组化法榆测Ⅱ型胶原和基质会属蛋白酶-1(matrix metallo proteinase-1,MMP-1)在软骨中的表达和分布,并与空白、对照组比较.透射电镜观察空白、6、12周组软骨细胞改变.[结果]该复合材料置入软骨下骨后,随观察时间延长实验组逐渐出现退变,Mankin分级逐渐升高,电镜也显示实验组软骨细胞退变表现.免疫组化显示Ⅱ型胶原表达增加主要在移行层和深层上部,MMP-1表达以软骨表层及中上层居多,随观察时间延长二者染色强度均逐渐升高.[结论]增加软骨下骨硬度后,诱发了兔膝骨关节炎.提示软骨下骨硬化可引起软骨退变,其可能是骨关节炎的病因之一.     

膝关节原发性骨关节炎软骨-软骨下骨复合单元改变的实验研究

[目的]观察膝关节原发性骨关节炎(osteoarthritis,OA)胫骨平台软骨和软骨下骨病理改变特点,评价不同OA期别的骨形态计量学,探讨软骨和软骨下骨在OA发病机制中的相互作用。[方法]取人工全膝关节置换术后的膝原发性OA患者(n=40)自愿捐赠的新鲜胫骨平台标本。大体观察后在胫骨平台内、外侧中央负重区取软骨-软骨下骨复合体并切割等分为A、B两组。A组行番红O/固绿染色,参照Mankin评分标准评分并分1⁴期,观察软骨及软骨下骨病理改变。B组用Mirco-CT扫描测量骨形态计量学参数。[结果]根据Mankin评分,Ⅰ期OA可见软骨浅表层纤维化、潮线复制,Ⅱ期OA可见软骨磨损腐蚀、微骨折形成、血管侵入钙化软骨层,Ⅲ期OA可见多发性裂隙深达软骨下骨、软骨内囊肿、血管越过潮线生长、明显增厚的软骨下骨,Ⅳ期OA可见软骨全层缺失、软骨内化骨、软骨下骨暴露。随OA发展的期别增高,骨矿化密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(bone volume fraction,BV/TV)、组织矿化密度(tissue mineralized density,TMD)、骨小梁数目(trabecula number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)呈增长趋势,骨小梁间隔(trabecular spacing,Tb.Sp)及结构模型指数(structure model index,SMI)呈下降趋势,且OA各期之间有显著统计学差异(P<0.05)。评价软骨退变的Makin评分与BMD、BVF、Tb.Th呈显著正相关(P<0.001),与SMI呈显著负相关(P<0.001)。[结论]软骨和软骨下骨构成结构和功能上的复合单元,在OA进展中相互影响。异常力学载荷引发骨重塑,微裂隙和血管等连接通道的存在提示软骨和软骨下骨间存在物质传递和分子交流。软骨下骨的特异性改变和软骨退变密切相关。     

激素性骨坏死骨质丢失与骨保护蛋白表达的相关研究

目的　探讨在激素性骨坏死的病程中 ,股骨不同部位骨保护蛋白 /破骨细胞形成抑制因子 (OPG/OCIF)的表达情况 ,与局部骨质丢失是否存在着相关性。　方法　 31只新西兰白兔复制Yamamoto激素性骨坏死模型 ,内毒素和甲基强地松龙给药结束 3d后存活 2 4只 ;随机选 4只作为对照组 ,其余随机分为 4个不同时间组 ,每组 5只 ;按照不同时间组处死动物 ,进行股骨的骨密度值测量、病理切片H E染色和茜素红染色病理及OPG/OCIF组织化学染色 ,并进行图像处理和统计分析。结果　在激素性骨坏死早期 ,给药后 2周股骨的OPG/OCIF表达明显降低 (P <0 0 1) ,同时局部骨髓内出现了大量的破骨细胞 ;继而出现明显的骨质丢失 (从 0 375± 0 0 37、0 2 97± 0 0 2 2降至 0 173±0 0 2 4、0 183± 0 0 6 1,P <0 .0 5 )。　结论　糖皮质激素可抑制骨骼局部OPG/OCIF的表达 ,从而促进了破骨细胞分化与活性 ,加剧激素性坏死局部的骨质丢失。     

降钙素在体内体外实验中对兔关节炎关节软骨退变及软骨下骨骨代谢的影响

[目的]研究降钙素(calcitonin, CT)对骨性关节炎关节软骨退变和软骨下骨骨代谢的影响.[方法]30只3个月龄雌性日本大耳白兔随机分为三组,其中两组行右膝关节前交叉韧带切断术(anterior cruciate ligament transaction,ACLT),分为ACLT+CT组和ACLT+NS组,第3组为Sham组.ACLT+CT给予每日1次皮下注射降钙素5 IU/(kg·d),持续8周,ACLT+NS组给予同样剂量生理盐水.术后8周后处死所有动物.取股骨髁制成切片行MMP-13和Ⅱ型胶原免疫组化染色.取胫骨近端制成硬组织切片行骨形态计量学检测.体外实验中,取兔膝关节软骨,经消化、培养,将第3代软骨细胞分三组:向IL-1β组加入人重组IL-1β(10 ng/ml). IL-1β+CT组加入人重组IL-1β (10 ng/ml)2 d后,再向培养液中加入CT(50 ng/ml).正常组不加任何诱导剂和干扰剂培养.然后行MMP-13、Ⅱ型胶原免疫组化检测和Realtime RT-PCR法检测.[结果]Sham组和ACLT+CT组软骨下骨骨小梁相对体积和厚度等均显著高于ACLT+NS组.Sham组和ACLT+CT组的Ⅱ型胶原的光密度值均显著高于ACLT+NS组,而MMP-13的光密度值显著低于ACLT+NS组(P<0.05).正常组和IL-1β+CT组的Ⅱ型胶原光密度值均显著高于IL-1β组而MMP-13的光密度值都显著低于IL-1β组(P<0.05).在正常组和IL-1β+CT组中Ⅱ型胶原的mRNA含量均显著高于IL-1β组而MMP-13的mRNA含量均显著低于IL-1β组(P<0.05).[结论]降钙素5 IU/(kg·d)皮下注射能够增加ACLT兔膝关节软骨Ⅱ型胶原的分泌和抑制MMP-13的表达,并可能通过调节软骨下骨的骨代谢和微结构来保护关节软骨; CT(50 ng/ml)能增加体外培养的含有IL-1β(10 ng/ml)的软骨细胞中Ⅱ型胶原的含量和抑制MMP-13分泌.     

帕瑞昔布对膝骨关节炎大鼠关节软骨及软骨下骨的影响

[目的]观察帕瑞昔布对膝骨关节炎大鼠关节软骨、软骨下骨及自噬标志物Beclin-1表达的影响。[方法] 30只雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组、治疗组。假手术组仅切开膝关节皮肤,模型组与治疗组应用Hulth法复制OA模型。治疗组自术后首天起腹腔注射帕瑞昔布[10 mg/(kg·d)],每周5次,连续12周。12周后处死大鼠,ELISA法检测血清IL-1、IL-6、CTX-Ⅰ、CTX-Ⅱ、TRACP-5b;关节软骨行HE、番红O染色及Mankin评分;Micro-CT扫描软骨下骨;RT-QPCR技术检测Beclin-1 mRNA表达量。[结果]模型组IL-1、IL-6、CTX-Ⅰ、CTX-Ⅱ、TRACP-5b水平高于假手术组(P0.05);治疗组IL-1、IL-6、CTX-Ⅱ水平低于模型组(P0.05)。治疗组Mankin评分低于模型组(P0.05)。与假手术组比较,模型组骨体积分数(BV/TV)、骨小梁量(Tb.N)显著降低(P0.05),而骨小梁分离度(Tb.Sp)显著增高(P0.05)。与模型组比较,治疗组骨体积分数(BV/TV)、骨小梁量(Tb.N)降低(P0.05),而骨小梁分离度Tb.Sp增高(P0.05)。治疗组Beclin-1 mRNA表达量高于假手术组与模型组(P0.05)。[结论]帕瑞昔布可改善OA大鼠关节软骨退变,其机制可能是通过增强细胞自噬来完成。并能促进大鼠软骨下骨骨量丢失,可能给OA治疗带来负面影响。     

自体骨钉治疗关节软骨及软骨下骨折

目的 观察自体骨钉内固定治疗关节软骨及软骨下骨折的疗效。方法 采用自体骨钉固定治疗关节软骨及软骨下骨折３８例,按骨折愈合、关节面平整程序、关节疼痛、活动范围、生活质量等指标积分评价疗效。结果 ３８例随访６￣３４个月,结果优２８例,良８例,可１例,差１例,优良率为９４．７％。结论 自同钉内固定是治疗关节有及软同钉内有下骨折的良好方法。     

膝关节腔内注射皮质类固醇对关节软骨损害的研究——病理组织…

３０只健康新西兰白兔，随机分为两组，每组１５只，Ａ组右膝关节腔内注射醋酸强的松龙，每次７．５ｍｇ／ｋｇ，每周１次，Ｂ组右膝关节内注射生理盐水，每次０．３７５ｍｌ／ｋｇ，每周１次，每组分别于第３，５，７，９，１１周的第１天，各取３只动物，在光镜下观察双侧膝关节和股骨头软骨标本有无病理组织学改变，并在第５，９，１１周加作超微结构观察，结果显示Ａ组用药２次后即双侧股骨头，膝关节软骨下区髓内脂肪细胞增多，     

膝关节原发性骨关节炎软骨和软骨下骨病理改变的定量研究

目的观察膝关节原发性骨关节炎(osteoarthritis,OA)胫骨平台软骨和软骨下骨病理改变特点,对比内、外侧平台软骨和软骨下骨结构参数,探讨钙化层和软骨下骨在OA发病机制中的作用。方法取2009年10月-2011年5月行人工全膝关节置换术治疗的30例30膝原发性OA患者自愿捐赠的新鲜胫骨平台标本进行实验。其中男11例,女19例;年龄55～78岁,平均65.1岁。病程10～25年,平均16.6年;患膝内翻畸形1～23°,平均9.3°。大体观察胫骨平台后在内、外侧中央负重区取材,常规制备脱钙石蜡切片,行HE和番红O/固绿染色,观察关节软骨退变特点,参照Mankin评分标准评分并分期;观察钙化层及软骨下骨病理改变。应用Image Pro Plus 6.0图像分析软件测量软骨和软骨下骨结构参数,包括软骨全层(total articular cartilage,TAC)厚度、钙化层(articular calcified cartilage,ACC)厚度、ACC/TAC比值、软骨下骨板(subchondral bone plate,SCP)厚度以及骨小梁体积分数(trabecular bone volume,BV/TV)。结果大体观察内侧平台软骨退变较外侧严重,内侧平台软骨Mankin评分为(12.4±1.1)分,显著高于外侧平台的(8.3±1.6)分(t=12.173,P=0.000)。根据Mankin评分结果在60个标本中,14个为OA早期,可见软骨浅表层裂隙、潮线复制和软骨下骨增厚;19个为OA中期,可见软骨深层裂隙、多发软骨下骨吸收陷窝和明显增厚的软骨下骨;27个为OA晚期,可见软骨全层缺失、软骨内化骨和"象牙化"软骨下骨。软骨和软骨下骨结构参数测定示:内侧平台TAC厚度显著低于外侧平台,ACC/TAC比值、BV/TV及SCP厚度显著高于外侧平台,差异均有统计学意义(P<0.05)。内、外侧平台ACC厚度比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论钙化层和软骨下骨可能在OA发生与进展中发挥了重要作用。     

软骨移植与软骨下骨钻孔修复全层关节软骨缺损的比较实验研究

目的 :评价软骨移植、软骨下骨钻孔修复关节软骨缺损的生物特性和效果差异。方法 :采用重复拉丁方设计 ,将 36只雄性新西兰大白兔按三个因素三个水平进行随机区组 ,对左右后肢按设计好的创面大小制造全层软骨缺损。软骨移植组将不同家兔关节软骨交换嵌入移植。钻孔组依创面大小制造孔直径、间距、深度相同的骨孔 ,深达松质骨。对照组缺损不作任何修复。术后 4、8、1 2周处死取材 ,分别进行大体观察、光镜观察、电镜观察 ,对观察指标进行量化统计学分析。结果 :(1 )两实验组在第 1 2周时均能以类透明软骨组织修复缺损 ,而对照组为纤维肉芽组织 ,统计学分析表明各组间有显著性差异 (P <0 .0 1 )。 (2 )光镜观察表明两种手术方法均能以软骨的方式修复缺损 ,软骨移植组无明显免疫排斥迹象 ,软骨细胞有活性 ,各组间有显著性差异 (P <0 .0 1 )。 (3)形态学分析表明 ,随时间延长 ,光密度与修复高度渐增 ,其中软骨移植组优于其他各组 (P <0 .0 1 )。 (4)随时间延长修复效果逐渐改善。小创面修复效果与中等创面间无明显差异。 (5)电镜观察表明 ,两种手术方法均有软骨细胞生成 ,细胞器发达。对照组符合纤维肉芽组织特征。结论 :(1 )软骨移植、钻孔均能以类透明软骨的结局修复关节软骨缺损 ,软骨细胞生物学特性类似     

基于CT三维重建的激素性股骨头坏死患者股骨头坏死组织分布研究

目的利用CT三维重建观察激素性股骨头坏死患者股骨头坏死组织体积及分布情况。方法以2016年9月-2018年12月收治并符合选择标准的25例激素性股骨头坏死患者为研究对象。男22例,女3例;年龄20~63岁,平均38.8岁。股骨头坏死均为国际骨循环研究会(ARCO)Ⅱ期;病程3~18个月,平均9.2个月。首先行髋关节CT扫描,采用Mimics Research 21.0软件三维重建股骨头并识别坏死组织;然后利用3-matic Research 13.0软件将重建的股骨头分割为8个区域,测算股骨头、坏死组织体积,坏死组织体积比,以及不同区域坏死组织分布情况。结果股骨头三维数字模型显示坏死组织主要位于股骨头前上方,坏死组织区域主要呈穹窿状。股骨头分区显示坏死组织主要集中于前上内区、前上外区与后上内区。25例患者股骨头体积为(48399.52±9408.90)mm^3,坏死组织体积为(20917.08±6566.94)mm^3,坏死组织体积比为44.75%±15.72%。不同区域坏死组织体积及体积比不一致,其中前上内区、前上外区和后上内区较大。结论基于CT三维重建能快速直观地评估股骨头坏死组织体积及分布情况。     

激素性和酒精性股骨头坏死组织形态学的对比分析

目的比较分析激素性股骨头坏死和酒精性股骨头坏死的组织形态学特点。方法选取自2012-12—2013-12诊治的股骨头坏死26例,激素性股骨头坏死14例(激素组),酒精性股骨头坏死12例(酒精组),将同期行THA的6例股骨颈骨折(股骨头正常)作为对照组。将26例坏死股骨头及6例正常股骨头制备成病理切片标本进行HE染色、改良Masson染色,通过光学显微镜进行组织形态学定量分析。结果与对照组相比,激素组和酒精组同源软骨细胞数减少、骨小梁面积减小,而空骨陷窝率、骨陷窝面积及长径、软骨成骨指数、脂肪细胞长径、血管形成量及新生骨小梁面积等均高于正常水平,差异有统计学意义(P0.05)。激素组空骨陷窝率、骨小梁面积、新生骨小梁面积及脂肪细胞长径等均低于酒精组,而软骨成骨指数高于酒精组,差异有统计学意义(P0.05);2组在骨陷窝面积及长径、有效血管及无效血管数、同源软骨细胞数方面差异无统计学意义(P0.05)。结论酒精性股骨头坏死在组织形态学表现上更为复杂,坏死程度更加严重,在修复过程中也不同于激素性股骨头坏死。     

Structural consequences of subchondral bone involvement in segmental osteonecrosis of the femoral head.

Appearance of a crescent sign usually marks the onset of necrotic femoral head collapse, but very little is known about which local factors contribute most critically to avoiding or postponing fracture of at-risk juxtaarticular cancellous bone. A three-dimensional finite element model was used to test the hypothesis that an initially mechanically uncompromised subchondral plate could provide a substantial degree of stress protection to a weakened underlying segmental infarction. The computational simulation of osteonecrosis showed that the principal stress distribution for an assumption of subchondral plate weakening (given also an underlying, comparably weakened segmental infarction) differed inappreciably from that of a normal femoral head. However, the tendency for local structural failure, as reflected in the ratio of stress to strength, was substantially higher in the former instance. If, instead, the mechanical integrity of the subchondral plate overlying the weakened segmental infarction was assumed to be preserved, computed stress levels in the at-risk subjacent necrotic cancellous bone were still over 70% as high as for the weakened-plate case. The data thus indicate that even a fully normal subchondral plate can provide only modest stress protection of a weakened underlying segmental infarction, whereas weakening of the necrotic cancellous bone throughout the infarction induces marked stress increase in the overlying subchondral plate. These findings suggest that the onset of collapse is probably dominated much more strongly by the degree of structural degradation of the cancellous bone within the main infarct body, than by the degree of structural degradation within the subchondral plate.     

The apparent elastic modulus of the juxtarticular subchondral bone of the femoral head

An experiment was undertaken to obtain approximate values for the intrinsic elastic modulus of subchondral bone. Shallow spherical caps, with uniform and incrementally controlled thickness, were machined from subchondral bone in the weight-bearing regions of 11 fresh-frozen normal femoral head autopsy specimens. Under application of polar point loads, the measured deflections were compared with a corresponding analytical shell solution, thus allowing back-calculation of the apparent modulus. Analogous tests were performed on similarly shaped specimens of stock Plexiglas of known modulus in order to estimate the precision of the testing method. The aggregate results for subchondral bone showed that its intrinsic stiffness correlated inversely with nominal shell thickness, but even the thinnest (1.0 mm thick) of these shells had an apparent modulus (mean = 1.372 GN/m2, SD = 414 MN/m2) well below that generally accepted for "pure" cortical bone (about 14 GN/m2). This stiffness deficit was very likely due to the presence of histologically evident marrow spaces. However, the low apparent modulus values measured in this study may not be fully representative of complex in vivo behavior, because in the testing of excised shells there is no radial compressive stress transfer to underlying cancellous bone.     

绝经后女性膝关节骨性关节炎与胫骨软骨下骨骨密度的相关性研究

目的评价绝经后女性膝关节骨性关节炎与胫骨软骨下骨骨密度的相关性。方法选取2017年7月至2017年10月就诊于新疆医科大学第一附属医院的绝经后膝关节骨性关节炎女性80例,年龄45~92(65.2±10.9)岁。按照KellgrenLawrence诊断标准将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级KOA分为A、B、C、D等4个组。将胫骨内侧及外侧选为感兴趣区(regions of interest,ROI)分别标记为ROI 1,ROI 2。采用GE Lunar Prodigy型双能X线骨密度仪分别测量两个ROI骨密度,同时测量股骨颈及腰椎骨密度。结果共纳入骨性关节炎患者80例。ROI 1平均骨密度值0.66±0.24 g/cm~2,ROI 2平均骨密度值0.46±0.19 g/cm~2,腰椎平均骨密度值0.76±0.15 g/cm~2,股骨颈平均骨密度值0.75±0.14 g/cm~2。ROI 1、ROI 2、股骨颈及腰椎骨密度值与KOA分级比较后发现,ROI 1、ROI 2、股骨颈骨密度值在4组间差异有统计学意义(P0.05),腰椎骨密度差异没有统计学意义(P0.05)。胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级、年龄、腰椎骨密度、股骨颈骨密度进行相关性分析后发现,胫骨软骨下骨骨密度与KOA分级、年龄呈负相关,与腰椎及股骨颈骨密度呈正相关。结论随KOA的进展,胫骨软骨下骨皮质终板硬化,但其下方的松质骨骨密度减低。