关节软骨生物力学与力学生物学 2022 年研究进展

关节软骨是动关节内骨表面具有弹性的负重结缔组织,能提供低磨损润滑、缓冲震荡、传递载荷等支撑作用,具有层级纤维复合结构和优异的力学性能。软骨内没有血管、神经和淋巴,代谢缓慢,损伤后难以实现自我修复。目前,高发的关节炎疾病仍是基础与临床研究的一大热点。关节软骨是力学敏感组织,力学环境影响着组织不同方向的发展。2022年,学者们继续对关节软骨的生物力学与力学生物学开展大量研究;对软骨形态、功能与力学状态,以及不同条件下软骨力学状态的研究报道较多;研究设计了一些软骨相关的动物、组织及细胞水平的加载装置,也开展了体外及在体力学载荷下软骨退变、损伤的修复研究,获得了重要的修复方法及手段。关节软骨的生物力学与力学生物学研究是关节炎、软骨缺损及修复的基础,关节软骨损伤修复定量力学条件的影响还需体内和体外深入研究。     

早期体内力学刺激促进藻酸钙复合自体软骨细胞修复羊关节负重区软骨缺损的实验研究

目的观察膝关节持续被动活动仪(CPM)体内力学刺激对组织工程软骨修复大动物关节负重区软骨缺损效果的影响。方法研究、设计和制造能够适用于体内力学刺激羊膝关节软骨缺损修复的膝关节连续被动活动仪(CPM);将实验动物(山羊膝关节双髁负重区制造直径6 mm软骨缺损)分为三组:空白组:单纯缺损未植入修复组织;藻酸钙+骨膜+细胞组:藻酸钙复合自体软骨细胞凝胶植入软骨缺损区,自体骨膜覆盖缺损区;藻酸钙+骨膜+细胞+CPM组:藻酸钙复合自体软骨细胞凝胶植入软骨缺损区,自体骨膜覆盖缺损区,术后早期接受CPM锻炼。分别于术后3个月、6个月、12个月(12个月组仅包括CPM力学刺激组)取材,通过修复组织的大体、组织学观察及其评分比较3组软骨修复效果。结果藻酸钙复合软骨细胞能够较好地修复羊负重区关节面软骨缺损,将缺损修复的大体观察、组织学等结果进行单因素统计学分析,发现接受体内CPM力学刺激组效果最好,其修复组织中透明软骨比例最多,其次为藻酸钙+骨膜+细胞组。结论膝关节持续被动活动仪(CPM)体内力学刺激能够促进组织工程软骨修复大动物关节负重区软骨缺损的效果。     

MRI对股骨远端负重区骨挫伤合并关节软骨损伤的诊断价值

背景：核磁共振检查弥补了X射线平片及CT在软骨成像方面的不足,能对骨挫伤和关节软骨损伤做出早期诊断。 目的：探讨MRI对股骨远端负重区骨挫伤合并关节软骨损伤的诊断价值。 方法：股骨远端骨挫伤35例,观察关节镜下关节软骨损伤情况,比较与MRI所见骨挫伤之间的相关性。 结果与结论：关节镜下所见关节软骨损伤与MRI所示股骨远端负重区骨挫伤部位基本吻合,后者信号改变的范围与软骨损伤面积成正比。提示,MRI对骨挫伤合并的关节软骨损伤有良好的诊断价值,尤其Ⅰ度软骨损伤,骨挫伤是重要的间接征象。但在某些情况下MRI尚不能真实反映出关节软骨损伤的严重程度。     

细胞因子对关节软骨基质合成的调节作用

细胞因子对关节软骨基质合成的调节作用张小红许增禄（中国医学科学院中国协和医科大学基础医学研究所，北京１００００５）１．关节软骨的结构与成分关节软骨是一种特殊的结缔组织，它覆盖在关节的负重面上，关节软骨是由软骨细胞及细胞外基质所构成，软骨细胞是成人透明...     

关节软骨力学特性间接预测方法的研究进展

关节软骨具有非常优异的力学特性,是影响人体运动、载荷传递的关键因素之一.随着人们参与体育运动的增多以及老龄化程度的加剧,出现关节软骨损伤及其相关病症的人数显著增多.实现关节软骨力学特性的有效表征,是对关节软骨进行损伤评估和功能评价的核心环节.总结当前国内外关于关节软骨力学特性间接测量方法的研究进展,并对关节软骨力学特性...     

浅谈骨关节炎的中医发病机制与研究进展

骨关节炎(osteo arthritis,OA)是多发于中年以后的慢性、退行性关节疾病。多累及手的小关节及负重关节,临床上以关节疼痛变形活动受限为特点,系由于增龄、肥胖、劳损、创伤、关节先天性异常、关节畸形等诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生,又称骨关节病、退行性关节炎、老年性关节炎、肥大性关节炎等。     

间充质干细胞向软骨分化及在软骨修复中应用的研究进展

关节软骨是一种负重结缔组织,常因肿瘤、运动、退行性变或老年性疾病造成损伤;然而关节软骨自身修复能力有限,给临床治愈软骨缺损造成了很大困难.近些年出现了多种治疗软骨缺损的方法,包括自体软骨细胞移植、微裂缝和镶嵌成形术,但这些方法各自都有其局限性.近年来,组织工程软骨成为软骨修复研究的新热点,间充质干细胞（MSCs）是其当前最有前景的种子细胞.就MSCs在体外诱导分化为软骨细胞的培养条件及MSCs在软骨修复中应用的研究进展进行综述.     

颞下颌关节的生物力学

颞下颌关节是人体最为复杂,精细的关节之一,具有负重的功能,关节软骨是具有低渗透性的多孔粘弹性介质,生理状态下在软骨内部存在胶原－蛋白多糖－水凝胶网状结构应力缓冲系统。关节盘是特殊类型的结缔组织,不属纤维软骨,是髁突和关节窝之间的应力集中缓冲器。关节盘后组织具有高度的顺应性,在关节运动中发挥容积补偿作用,关节外侧壁是囊－韧带结构的复合体,拉伸强度和拉伸刚度较弱,长期的口腔副功能易使结构处于超负荷状态     

老年人髋关节软骨负重区和非负重区的拉伸力学性能研究

目的研究髋关节负重对髋关节软骨拉伸力学特性的影响。方法取11例股骨颈骨折（头颈型）病人（男性4例．女性7例,年龄70～85岁）的正常新鲜髋关节软骨负重区和非负重区．做哑铃型试件共22个。用Bose Endura TEC3270动态生物力学测试机进行一维拉伸试验,测定髋关节的破坏载荷、伸长比、Lagrange拉应力、Cauchy拉应变,做应力-应变曲线,比较两区的力学特性。结果软骨的应力-应变曲线呈现非线性指数曲线关系。负重区的拉伸性能破坏载荷38．183N．伸长比1．166,应力5．968MPa,应变17．888％;非负重区拉伸性能破坏载荷25．565N,伸长比1．148,应力4．379MPa,应变15．970％。两区比较．差异有统计学意义。结论髋关节关节软骨负重区优于非负重区拉伸力学性能。     

微骨折技术与骨软骨移植治疗关节软骨缺损

背景：关节镜下微骨折治疗与骨软骨移植是关节软骨缺损主要的治疗方法之一,具有广阔的应用前景。 目的：探讨关节镜下微骨折治疗与自体和同种异体骨软骨移植治疗膝骨关节炎合并关节软骨缺损的效果。 方法：应用关节镜下微骨折治疗清理术结合软骨缺损区微骨折术治疗膝骨关节炎的临床疗效、临床症状及Tegner运动评级判定疗效并随访观察3-24个月。自体骨软骨移植治疗关节软骨缺损的患者进行观察随访,通过评价移植后关节活动度、临床症状的改善、关节影像学检查等评估自体骨软骨移植治疗的效果。并对同种异体骨软骨移植治疗关节软骨缺损进行动物实验研究,通过对移植部位的大体观察、组织学观察以及免疫组织化学染色观察,评估同种异体骨软骨移植治疗的效果。 结果与结论：关节软骨缺损应用关节镜下微骨折治疗后的患者,关节清理术结合软骨缺损区微骨折术总有效率89.7%。关节软骨缺损应用自体骨软骨移植治疗后的患者,关节疼痛、肿胀的症状改善,关节活动度正常,偶有关节静息痛或活动后轻微疼痛,影像学检查见移植骨软骨位置良好,修复愈合良好。关节软骨缺损应用同种异体骨软骨移植治疗后的实验动物,关节活动度正常,移植关节面光整,关节软骨被透明软骨覆盖,细胞有序排列,软骨基质分泌,修复软骨Ⅱ型胶原免疫组织化学染色强阳性。     

膝关节股骨远端软骨硬化前后力学性能分析

目的建立膝关节有限元模型,研究正常及软骨硬化情况下膝关节的应力、应变变化,为临床治疗膝关节骨性关节炎提供参考。方法通过Mimics、ANSYS等软件结合正常膝关节CT扫描图像数据,建立膝关节三维有限元模型,并施加350 N压力载荷,设定软骨硬化前后相关的材料参数,分析膝关节主要组织的应力、应变改变情况。结果膝关节股骨远端软骨硬化后,关节软骨的减震和传递负荷等作用基本消失;股骨应力、应变变化量最大,受力分布极不均匀,股骨前端应力、应变较内、外侧髁明显,整体受力也有明显增加;半月板的应力、应变值最大。结论长期的软骨破坏会影响关节软骨营养代谢,导致骨性关节炎疾病进一步恶化。研究结果可以较好阐释骨性关节炎发病过程和机理,同时为建立参数化研究系统提供相关数据。     

人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度分布特征的研究

目的:探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法:选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本,取出所有标本的右侧股骨和胫骨,分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处,垂直于下肢机械轴切下3 mm厚松质骨样本。使用维氏显微硬度测量系统测量骨组织显微硬度。比...     

人脐带间充质干细胞复合脱细胞软骨细胞外基质取向支架修复山羊膝关节全层软骨缺损的实验研究

目的探索人脐带间充质干细胞复合脱细胞软骨细胞外基质取向支架构建组织工程软骨,用于修复山羊膝关节负重区全层软骨缺损的可行性。方法从人脐带中分离、扩增培养人脐带间充质干细胞,并进行鉴定;以猪源脱细胞软骨细胞外基质取向支架为组织工程软骨支架载体;在成年山羊膝关节负重区股骨髁处造全层软骨模型;实验分为两组,以人脐带间充质干细胞复合脱细胞软骨细胞外基质取向支架修复组为实验组,单纯全层软骨缺损造模作为对照组,每组3只山羊。术后7 d、14 d分别抽取关节液涂片行HE染色,观察炎症反应。在术后3、6个月后分别处死两组实验动物,取材进行大体形态学观察及评分、组织学染色及评分、软骨特异性基质成分定量检测。结果①关节液涂片HE染色结果显示,术后两组膝关节炎症反应未见明显差异。②大体形态学观察及组织学染色结果均证实,实验组修复区再生的关节软骨更加接近天然软骨,且与周边整合良好,获得更好的修复效果。大体形态学及组织学评分均证实,实验组的评分均要明显高于对照组(P0.05);③糖胺多糖定量检测结果显示实验组明显高于对照组(P0.05)。结论人脐带间充质干细胞复合脱细胞软骨细胞外基质取向支架构建组织工程软骨,可用于修复山羊膝关节负重区全层软骨缺损,是未来治疗软骨损伤较有应用前景的方法之一。     

软骨修复材料在运动性膝关节软骨损伤修复中的作用

背景：评价软骨修复材料在膝关节软骨损伤修复中的效果,为医务、科研工作者的研究提供一定的借鉴。 方法：采用电子检索的方式,在万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中检索2000-01/2011-03关于修复材料在膝关节软骨损伤研究的文章,关键词为“生物材料;关节软骨;缺损;修复”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入26篇文献进行评价。 结果：膝关节软骨损伤在运动性损伤中较为常见,现在主要的治疗方法是自体骨软骨移植修复膝关节软骨缺损。新型的软骨替代材料研究仍处于动物试验阶段,且在动物体内长期疗效及远期的生物力学变化还未有进一步的证实,进入临床试验更需要一个过程。 结论：关节软骨损伤修复的基础研究与临床治疗,虽仍存在许多重点和难点问题亟待探索,但关节软骨损伤修复正从生物材料移植向人工再造活性软骨的崭新阶段迈进。随着各种新型材料的研制和开发,关节软骨损伤修复研究将日益完善,并为临床奠定坚实的基础,应用前景十分广阔。     

非周期大强度运动训练对兔关节软骨压凹特性的影响

引言竞技体育运动员在大强度训练后出现关节的疼痛、僵硬、酸软等临床症候。一般认为长期大强度训练将增加骨关节炎的危险[1] 。已有的研究表明长期小至中等强度的周期性运动对关节软骨的结构和生物力学特性无明显影响[2～ 4 ] ,但长期大强度周期性运动则会引起关节软骨剪切模量下降[5] 。但是对于非周期性运动项目 ,特别是篮、排、足球等跑跳项目 ,由于其非周期运动的特点 ,关节软骨将承受冲击、扭转和剪切等载荷 ,长期从事这些运动项目将增加关节软骨损害的发生。因此 ,本研究将采用大强度动物跑跳训练模型 ,观察短期大强度训练对关节软骨…     

基因芯片技术研究类风湿关节炎患者关节软骨细胞信号转导通路

类风湿关节炎( rheumatoid arthritis,RA)是一种以慢性多关节炎为特征的自身免疫性疾病.关节软骨具有不可再生性,RA关节软骨损伤不容忽视.本研究采用博奥生物公司的人类全基因组寡核苷酸微阵列芯片V1.0技术,分析RA关节软骨细胞差异性表达基因相关的细胞信号转导通路,初步探讨RA关节软骨破坏机制.     

多种特殊状态下关节软骨缺损修复的组织工程技术

文题释义： 生长板：是位于儿童长骨末端的软骨组织结构,生长板中的软骨细胞可不断增生、成熟、肥大并发生骨化过程,使长骨增长。当长骨生长至一定程度,生长板软骨逐渐被成熟骨组织取代,长骨至此也停止生长。 特殊状态：文章提及的特殊状态即指关节软骨缺损的临床治疗中常见的阻碍因素,即全层软骨缺损及骨软骨缺损、生长板缺损、负重区软骨缺损、炎症状态下(骨性关节炎、风湿性关节炎)的软骨缺损。 背景：应用组织工程学技术可获得良好的关节软骨再生,但多为生理状态下小面积缺损的单纯修复。然而临床上的软骨缺损常伴随骨性关节炎、类风湿性关节炎等基础疾病,且缺损的位置、范围、深度均不确定,给软骨组织修复带来了很大挑战。 目的：总结不同位置和炎症状态下软骨缺损的修复方式。 方法：检索PubMed数据库和CNKI数据库,英文检索词为“cartilage defect regeneration,osteochondral,growth plate,weight-bearing area,inflammatory”,中文检索词为“关节软骨缺损,骨软骨,生长板,负重区,炎症”,检索建库至2019年3月发表的相关文献。共检索到相关文献209篇,按照纳入与排除标准,最终纳入86篇文献进行总结。 结果与结论：针对各种特殊状态下的关节软骨缺损,其修复目标和策略是不同的：全层软骨和骨软骨结构缺损多采用具有多层结构的支架,旨在修复软骨特有的分层结构及软骨下骨结构,同时避免新生软骨内异位骨化的问题;生长板缺损的修复关键在于避免长骨成熟后发生畸形,因此在修复支架内应添加胰岛素样生长因子、骨发生形态蛋白7等生长因子,以持续刺激生长板的修复并发挥骨生长的生理功能;负重区软骨修复则需要修复支架具有良好的力学性能,负重时不会发生严重形变及结构破坏,同时新生的软骨组织具有足够的力学强度以支撑持续的纵向压力和磨损;炎症状态下的软骨缺损则要同时治疗炎症与软骨缺损,间充质干细胞的引入可同时发挥免疫调节及组织再生功能,以使疾病达到彻底治疗的目标。ORCID: 0000-0001-9443-8158(陈劲松) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

3D-FS-SPGR序列在膝关节软骨病变的临床应用研究

目的　利用3D-FS-SPGR序列测量各期膝关节OA软骨厚度,探讨OA膝关节软骨厚度与病变进展的关系。 方法　62例OA患者行膝关节MRI检查,用3D-FS-SPGR序列测量不同部位关节软骨的厚度,并与20名对照组膝关节MRI检查结果进行比较。 结果　轻度OA组关节软骨厚度与正常组之间无统计学差异（P＞0.05）,而重度OA组大部分软骨区域软骨厚度与正常组有统计学差异（P＜0.05）。软骨厚度的改变可能受到多方面因素的影响,年龄、体重及BMI等与软骨厚度改变之间存在负相关。 结论　关节软骨负重面大部分区域随着OA病情的加重,其软骨厚度变薄,软骨厚度改变可能还受到体重、年龄及性别等因素的影响。     

正常与病态股骨头软骨与半月板粘弹性实验研究

0 引言 关节软骨作为粘弹性体其粘弹性研究国内外学者作了大量工作[1～5],但是动物关节软骨和人尸体正常关节软骨居多.半月板损伤在临床上多见,其损伤原因诸如膝关节受到跌打碰撞等暴力,其损伤往往是弯矩与扭矩联合作用造成.半月板损伤给患者带来很大的痛苦,轻者疼痛,行走功能发生障碍,保守治疗失败后只有切除损伤的半月板.半月板的损伤机理一直是国内外学者研究的重要课题.搞清正常与病态股骨头软骨和半月板的粘弹性力学性质对研究股骨头坏死和半月板损伤具有重要意义.鉴于此作者对正常与病态股骨软骨、正常与病态半月板进行应力松弛、蠕变实验研究,得出了一些重要结论,并对实验结果进行分析讨论.     

人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度分布特征的研究

目的探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本, 取出所有标本的右侧股骨和胫骨, 分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处, 垂直于下肢机械轴切下3 mm厚松质骨样本。使用维氏显微硬度测量系统测量骨组织显微硬度。比较不同标本、股骨与胫骨以及不同解剖部位软骨下松质骨的显微硬度差异, 分析3具标本不同解剖部位软骨下松质骨显微硬度分布规律。结果共制成18个标本, 行180次显微硬度测量。3具标本的下肢长骨负重关节软骨下松质骨的总体显微硬度值为20.3～47.3(36.0±5.7)HV, 3具标本间差异无统计学意义(F=2.40, P=0.094)。股骨软骨下松质骨显微硬度小于胫骨, 分别为(32.5±4.9)HV、(39.4±4.3)HV, 差异有统计学意义(t=-10.02, P<0.001)。股骨头软骨下松质骨显微硬度为(32.9±4.6)HV, 股骨内髁(35.1±3.9)HV、股骨外髁(29.7±4.7)HV、胫骨内髁(40.8±4.0)HV、胫骨外髁(36.8±4.2)...