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。     

膝关节骨性关节炎与类风湿性关节炎患者骨小梁的显微结构分析

[目的]通过显微计算机断层扫描(micro-computed tomography,Micro-CT)检测胫骨平台软骨下骨小梁显微结构,分析膝关节骨性关节炎(osteoarthritis,OA)与类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)患者骨小梁的显微结构。[方法]收集人工全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)中截取的OA及RA患者胫骨平台,用Micro-CT扫描标本的内、外侧胫骨平台软骨下骨小梁,获得显微结构参数进行分析比较。[结果]膝关节骨性关节炎患者内侧胫骨平台软骨下骨小梁的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)大于类风湿性关节炎内侧胫骨平台软骨下骨小梁,骨表面积体积比(BS/BV)、骨小梁间隔(Tb.Sp)、结构模型指数(SMI)、各项异性的程度(DA)则小于类风湿性关节炎内侧胫骨平台软骨下骨小梁;而外侧胫骨平台软骨下骨小梁,骨性关节炎的BS/BV、Tb.Th、Tb.N大于类风湿性关节炎,Tb.Sp和DA则相反。膝关节骨性关节炎内侧胫骨平台软骨下骨小梁的BV/TV、Tb.Th、Tb.N大于其外侧,BS/BV、Tb.Sp、SMI小于其外侧。而类风湿性关节炎内侧胫骨平台软骨下骨小梁的BV/TV、Tb.Th小于其外侧。BS/BV、SMI、DA与其他显微结构参数间存在着相关关系。[结论]膝关节骨性关节炎与类风湿性关节炎及两种疾病的内、外侧胫骨平台软骨下骨小梁显微结构存在差异,这对人工膝关节假体的力学环境分析有一定的指导作用。     

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。     

硬化蛋白在内翻畸形膝关节内外侧胫骨平台软骨下骨中的表达差异及其意义

目的比较内翻畸形膝关节骨关节炎内、外侧胫骨平台软骨下骨中硬化蛋白表达差异,探讨其发生机制及意义。方法取2015年3月—10月20例接受人工全膝关节置换术的内翻畸形膝关节骨关节炎患者自愿捐赠的胫骨平台标本。其中,男8例,女12例;年龄61~78岁,平均67.8岁。病程2~5年,平均3.2年。术前均摄膝关节X线片,测量内翻角为12.0~25.5°,平均17.6°;Kellgren-Lawrance分级:Ⅲ级5例、Ⅳ级15例,均以内侧间室病变为主。取内、外侧胫骨平台软骨下骨行Micro-CT检查,比较骨结构变化差异;测量骨体积分数(bone volume/total volume,BV/TV)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)、结构模型指数(structure model index,SMI)、骨小梁分离度(trabecular separation,Tb.Sp);行免疫组织化学染色及实时荧光定量PCR检测硬化蛋白以及sost基因表达水平。结果 Micro-CT显示,与外侧软骨下骨相比,内侧软骨下骨骨量增加,孔隙减少;内侧软骨下骨BV/TV、Tb.N、Tb.Th较外侧显著增高,SMI、Tb.Sp较外侧显著降低,比较差异均有统计学意义(P0.05)。实时荧光定量PCR检测,内侧胫骨平台软骨下骨中sost基因表达为1.000,外侧为4.157±2.790,比较差异有统计学意义(t=2.371,P=0.040)。内侧软骨下骨中硬化蛋白表达阳性细胞所占百分比为7.20%±0.04%,较外侧软骨下骨(52.00%±0.19%)显著降低,比较差异有统计学意义(t=5.094,P=0.005)。结论内翻畸形膝关节骨关节炎患者的内侧胫骨平台软骨下骨成骨增加,硬化蛋白表达降低可能是促进骨重塑、加重膝内翻畸形的一个重要因素。     

降钙素对OA大鼠关节软骨及软骨下骨的保护作用

[目的]研究降钙素(calcitonin,CT)对骨性关节炎(OA)模型大鼠关节软骨和软骨下骨的保护作用.[方法]采用前叉韧带切断(anterior cruciate ligament transection,ACLT)法制备大鼠OA模型,30只12周龄雌性SD大鼠,随机分成3组:假手术组(Sham, n=10)、手术组(ACLT+NS, n=10)和给药组(ACLT+CT, n=10).术后ACLT+CT组皮下注射鲑鱼降钙素10 IU·kg-1·d-1,连续12周;ACLT+NS组则给予等量生理盐水.术后12周处死动物取材,采用Mankin评分系统评分;用双能骨密度仪测量右侧股骨远端1/4骨密度和股骨内外侧髁软骨下骨的骨密度;右侧股骨髁脱钙后切片,行番红"O"染色和MMP-13免疫组化染色;右侧胫骨近端做硬组织切片,测量软骨下松质骨的骨组织形态计量学参数.[结果](1)Sham组和ACLT+CT组关节软骨Mankin评分结果显著低于ACLT+NS组.(2)ACLT+NS组软骨下骨骨密度、骨量(BV/TV,Tb.Th)均显著高于Sham组及ACLT+CT组.(3)ACLT+NS组关节软骨MMP-13表达显著高于Sham组及ACLT+CT.[结论]降钙素10 IU·kg-1·d-1皮下注射12周能够抑制OA大鼠关节软骨的退变,其作用机制可能与下调关节软骨中MMP-13的表达及抑制软骨下骨的增生硬化并改善其微观结构有关.     

局部应用唑来膦酸预防股骨头坏死塌陷

[目的]建立大鼠股骨头骨坏死动物模型,观察以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid,PLGA)为载体,局部应用唑来膦酸(zoledronate acid,ZOL)防止大鼠股骨头骨坏死塌陷的效果。[方法]选用PLGA作为局部应用ZOL的载体,制备含有30μg的ZOL的PLGA棒。取SD雄性大鼠30只,随机分为三组,建立创伤性股骨头骨坏死模型。股骨头钻孔,分别植入含有ZOL的PLGA棒(PLGA-ZOL组),以不含ZOL的PLGA棒(PLGA组)和空置(单纯打孔组)为对照组。6周后将大鼠处死取材,进行X线检查计量股骨头高度比,进行MicroCT扫描,分别计算比较各组的骨矿密度(bone mineral density,BMD)、骨体积分数(bone volume fraction,BVF)、骨小梁厚度(trabecular plate thickness,Tb.Th)和骨小梁间隙(trabecular spacing,Tb.Sp)。扫描后进行HE和Masson三色染色了解各组间组织学改变情况。[结果]与打孔组和PLGA组相比,PLGA-ZOL组中BMD(535.95±15.08,P<0.05),BVF(0.77±0.04,P<0.05)和Tb.Th(0.64±0.05,P<0.05)显著增加,而Tb.sp(0.37±0.06,P<0.05)显著降低,而打孔组和PLGA组并无统计学差异。而且PLGA-ZOL组股骨头有更好的形态,骨小梁保留更完整,新生骨更多。[结论]使用ZOL能够抑制局部骨吸收活动,促进局部骨生成,预防股骨头塌陷。     

显微CT旋转步长对牛腰椎松质骨重建图像及数据的影响

目的:探讨显微CT对牛腰椎松质骨扫描时不同旋转步长对扫描时间、磁盘占用、重建图像质量及骨形态计量学数据的影响,为松质骨扫描设定旋转步长提供实验依据.方法:取牛同一腰椎的8块矩形离体松质骨,尺寸为4×2×2mm,依次设定旋转步长为0.25°、0.30°、0.40°、0.50°、0.75°、1.0°、1.5°、2.0°进行显微CT扫描,将步长0.25°设为对照组,比较其他7个步长组的三维重建图像质量、扫描时间、占用磁盘空间情况;分析骨体积(bone volume,BV)、骨表面积(bone surface,BS)、骨表面积密度(bone surface/volume ratio,BS/BV)、板状骨小梁厚度[trabecular thickness(plate model),Tb.Th(pl)]、板状骨小梁分离度[trabecular separation(plate model),Tb.Sp(pl)]、板状骨小梁数量[trabecular number (plate model),Tb.N(pl)]、杆状骨小梁直径[trabecular diameter (rod model),Tb.Dm (rd)]、杆状骨小梁分离度[trabecular separation (rod model),Tb.Sp (rd)]、杆状骨小梁数量[trabecular number(rod model),Tb.N(rd)]、骨小梁模式因子(trabecular bone pattern factor,TBPf)共10项骨形态学参数的统计学差异.结果:与步长0.25°组比较:(1)步长0.30°～1.5°的6组三维重建图像质量有不同程度的降低,但骨小梁结构清晰可辨,仍可较好反映松质骨标本的解剖学特征,而步长2.0°组骨小梁结构模糊,图像质量明显下降;(2)随着旋转步长的增大扫描时间、磁盘占用均呈线性降低;(3)骨形态计量学10项数据分析表明,步长0.30°、0.40°组各项数据与步长0.25°组比较均无统计学差异(P＞0.05),BV值自步长2.0°组出现统计学差异(P＜0.05),Tb.Sp(rd)、TBPf值自步长0.50°组出现统计学差异(P＜0.05),BS、BS/BV、Tb.Th(pl)、Tb.Sp(pl)、Tb.N(pl)、Tb.Dm(rd)、Tb.N(rd)7组数据自步长0.75°组出现统计学差异(P＜0.05).结论:对牛腰椎松质骨进行显微CT扫描时,旋转步长0.4°扫描时,在保证重建图像清晰、数据精确的前提下,扫描时间最短、磁盘空间占用最低,适用于精确分析椎体骨形态计量学三维数据;1.5°扫描时,虽数据结果存在误差,但扫描时间快,磁盘占用低,且重建图像清晰、骨小梁完整,适用于快速观测椎体骨小梁影像学信息;2.0°扫描时,图像模糊、数据误差显著,不推荐选用.     

激素性与酒精性股骨头坏死患者骨标本坏死区域病理与显微结构特点分析北大核心CSCD

目的观察激素性和酒精性股骨头坏死(osteonecrosis of the femoral head,ONFH)患者骨标本坏死区域的病理和显微结构特点。方法收集2015年8月—2016年4月因ONFH行人工全髋关节置换术的股骨头标本30个,其中男22例,女8例;酒精性15例,激素性15例;两组国际骨循环协会(ARCO)分期构成比较差异无统计学意义(Z=2.143,P=0.143)。取激素性与酒精性ONFH患者骨标本不同区域(坏死区、硬化区、正常区)骨组织,行大体观察、HE染色并计算空骨陷窝率。将完整股骨头标本行Micro-CT扫描,并进行骨微结构定量分析以下参数:骨小梁相对体积(bone volume to total volume,BV/TV)、骨表面积与骨骼体积比(bone surface area to bone volume ratio,BS/BV)、骨矿密度(bone mineral density,BMD)、骨矿容量(bone mineral content,BMC)、结构模型指数(structure model index,SMI)、骨小梁数目(trabecular plate number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular plate thickness,Tb.Th)、骨小梁间隙(trabecular spacing,Tb.Sp)。结果大体观察示激素性和酒精性ONFH均有骨小梁连续性中断,骨小梁吸收区域有囊变被肉芽组织取代,激素性ONFH肉芽组织内有血管新生的痕迹,酒精性ONFH肉芽组织内血管新生痕迹不明显。HE染色示激素性和酒精性ONFH坏死区均有骨质结构紊乱、骨髓坏死、骨陷窝空虚,其中激素性ONFH骨小梁结构和连续性破坏更严重,酒精性ONFH骨小梁更粗,连续性较激素性ONFH好。激素性ONFH坏死区的空骨陷窝率明显高于酒精性ONFH(P<0.05),但两种ONFH硬化区和正常区空骨陷窝率比较差异无统计学意义(P>0.05)。激素性与酒精性ONFH坏死区与硬化区之间区域在Micro-CT图像中均是低密度区,但前者形态不规则,对应部位大体标本可见富含血运的肉芽组织形成,后者对应部位大体标本见无血运的纤维肉芽组织形成。骨微结构定量分析显示,激素性ONFH坏死区和硬化区BV/TV、BMD、BMC、Tb.N、Tb.Th明显低于酒精性ONFH,BS/BV、SMI、Tb.Sp显著高于酒精性ONFH,差异均有统计学意义(P<0.01);两种ONFH正常区上述各指标比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论激素性和酒精性ONFH标本坏死区的骨小梁连续性均破坏。但两种ONFH有不同的坏死表现形式,激素性ONFH以多发灶性溶骨性骨质破坏为特点,酒精性ONFH是以凝固性骨质坏死为特点。     

骨关节炎中软骨及软骨下骨间信号交流

软骨及软骨下骨间信号交流在骨关节炎(OA)中有重要作用。转化生长因子(TGF)-β/骨形态发生蛋白(BMP)、Wnt、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路可维持软骨及软骨下骨正常形态与功能。OA中信号通路改变使软骨及软骨下骨稳态失衡,出现软骨基质破坏、骨囊肿和骨赘、骨小梁微骨折等病变,软骨与软骨下骨间的信号交流是OA进展的关键。该文总结了OA中TGF-β/BMP、Wnt、MAPK信号通路在软骨及软骨下骨间交流的机制和作用,以期为OA及其他骨关节疾病研究和治疗带来新的方向。     

福善美调控软骨下骨骨重塑保护关节软骨的机制研究

目的 探讨福善美调控软骨下骨骨重塑保护关节软骨的机制.方法 以清洁级健康雌性SD大鼠为动物模型,分为Sham组、模型组和福善美组.通过切除双侧卵巢并切断右侧膝交叉韧带建立骨关节炎动物模型,术后第4周开始灌服福善美,模型组、Sham组灌服等量的生理盐水,分别于术后8、12、16周取材,采用骨关节炎软骨病理变化评价系统(OARSI)评价关节软骨的病变,对软骨下骨进行骨形态计量学分析.结果 术后8、12、16周,模型组较Sham组OARSI评分差异有显著意义(P＜0.01),福善美组较模型组OARSI评分差异有显著意义(P＜0.05).软骨下骨组织形态计量学参数测量显示模型组较Sham组骨小梁面积百分数(%Tb.Ar)、骨小梁宽度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁分离度(Tb.Sp)、每毫米破骨细胞数(Oc.N/mm)差异有显著性(P＜0.01);模型组荧光周长百分率(%L.Pm)、矿化沉积率(MAR)、骨形成率(BFR/BV)、骨形成率(BFR/BS)低于Sham组,差异有显著性(P＜0.05).结论 软骨下骨在骨关节炎发生发展中起重要作用,骨吸收抑制剂福善美可作为治疗骨关节炎有潜力的药物.