贺文楠，左新成

作者单位：472400河南三门峡，渑池县人民医院四肢骨科（贺文楠）；471031河南洛阳，解放军第150中心医院全军训练医学研究所（左新成）

半月板及交叉韧带等关节内结构损伤是膝骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）的病因之一，而关节外因素如静脉瘀滞、关节周围肌肉萎缩等也和KOA密切相关[1]。临床上KOA患者多见于下肢肌力减退、肌肉萎缩的中老年女性，此类人群往往伴有骨质疏松症，同时出现下肢深静脉瓣膜功能不全、静脉曲张，或有深静脉血栓形成病史，这些现象提示下肢静脉瘀滞、肌肉萎缩可能与骨性关节炎、骨质疏松症存在某种联系[2-3]。为此，我们建立兔静脉瘀滞以及静脉瘀滞、肌肉萎缩双重叠加KOA模型，观察造模前后不同病因、膝关节周围不同区域骨密度（bone mineral density，BMD）的变化，为KOA及骨质疏松症的预防和治疗提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

健康纯种新西兰大白兔16只（河南省实验动物中心提供，实验动物合格号：410115），年龄（6±0.35）个月；雌7只，雄9只；体重（2.5 ± 0.2）kg。按随机数字表法分为A组（叠加造模组）和B组（静脉切断组），每组各8只。

1.2 实验方法

1.2.1建立KOA动物模型 两组动物均以氯胺酮100 mg/kg耳缘静脉麻醉，双后肢均接受手术。A组动物于腹股沟中点下10 mm处结扎并切除一段长度为1 cm的股静脉，同时切断膝关节周围可见静脉，于膝关节间隙水平切断腓肠肌内、外侧头。B组动物仅切断股静脉及膝关节周围静脉，术后不固定伤肢。术后两组均肌注青霉素钠80万单位（1次/d，连续3 d），术后7 d开始驱赶动物活动（1次/d，每次2 h），持续至术后12周末。

1.2.2测定BMD 参照前期实验[4]，选取膝关节胫骨侧3个目的区（regions of interesting，ROI)，R1区为内侧胫骨软骨下骨，R2区为胫骨内髁关节面下1.5 cm，R3区为胫骨外髁关节面下1.5 cm，每区范围均为0.8 cm×0.4 cm。分别于造模前，造模后第4、8、10、12周末测量膝关节周围ROI的BMD。以OSTEO-CORE3型双能X线骨密度仪（MEDILINK，法国）前臂骨模式测量，BMD成像分辨率0.4 mm，骨密度重复精度CV＜1%，像素矩阵512×512，扫描范围为髌骨上5 cm至胫骨平台下5 cm。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，各ROI不同造模方法、不同时间点BMD比较采用多元方差分析，同一组不同时间点比较采用重复测量数据的方差分析，组间比较采用LSD-t检验，相同ROI、相同时间点间两组比较采用两独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组不同ROI造模前后BMD比较：如表1所示，R1区两造模组间BMD值差异有统计学意义（F=24.526，P=0.002），造模后BMD随时间推移而升高（F=7.641，P=0.023）；R2区两造模组间BMD值差异有统计学意义（F=21.820，P=0.041），造模后BMD随时间降低（F=5.632，P=0.031）；R3区两造模组间BMD（F=11.821，P=0.061）及每组BMD随时间变化（F=3.632，P=0.056）差异均无统计学意义。造模方法和测量时间无交互作用。

相同ROI同一时间点两组间BMD比较：R1区造模后第10、12周末A组BMD均高于B组，R2区造模后第10周末A组BMD小于B组，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表1。

两组相同ROI不同时间点BMD两两比较：A组：R1区 第10、12周末BMD高于造模前（P=0.036，0.001）；R2区、R3区第12周末BMD低于造模前（P=0.027，0.043）。B组：R1区第12周末BMD高于造模前（P=0.035）。其余两两比较无统计学意义（P＞0.05）。

各组同时间不同区比较：A组及B组仅造模后第10、12周末，3区比较差异均有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

KOA以关节慢性进行性僵硬、疼痛、关节活动受限、畸形为主要特点，是老年人常见的骨科疾病之一。建立理想的KOA动物模型，对于研究KOA的发病机制、干预手段及危险因素均有重要意义。目前可供选择的模型较多，有半月板或交叉韧带等关节内结构损伤模型，也有关节制动、静脉瘀滞、肌肉萎缩、关节腔药物或血液注射等关节外损伤模型[5-7]。本研究在建立静脉瘀滞以及静脉瘀滞、叠加肌肉萎缩KOA模型的基础上，测量膝关节胫骨侧关节软骨下骨及胫骨髁松质骨区的BMD，了解不同病因对动物模型BMD的影响，分析实验结果与临床现象是否相符。

3.1 静脉瘀滞对KOA的影响

表1 两造模组膝关节不同目的区各时间点骨密度变化（±s，g/cm2，n=8）

表1 两造模组膝关节不同目的区各时间点骨密度变化（±s，g/cm2，n=8）

注：A组：叠加造模组；B组：静脉切断组；*与B组比较，P＜0.05；＃与造模前比较，P＜0.05

组别A组F值P值B组F值P值目的区R1 R2 R3 R1 R2 R3造模前0.273±0.065 0.254±0.017 0.281±0.073 5.562 0.087 0.277±0.031 0.266±0.023 0.271±0.068 4.889 0.088第4周末0.302±0.067 0.281±0.030 0.291±0.058 7.985 0.054 0.273±0.073 0.255±0.056 0.263±0.089 5.564 0.063第8周末0.326±0.074 0.276±0.055 0.270±0.087 6.821 0.061 0.288±0.104 0.250±0.021 0.258±0.059 6.981 0.057第10周末0.425±0.030*#0.215±0.017*0.242±0.054 21.820 0.041 0.325±0.065 0.240±0.025 0.251±0.035 8.442 0.002第12周末0.472±0.070*#0.195±0.078#0.206±0.053#24.562 0.002 0.397±0.049#0.231±0.051 0.248±0.033 23.870 0.000 F值7.641 5.632 2.148 5.369 0.995 0.187 P值0.023 0.031 0.096 0.029 0.424 0.944

关节局部的血液循环异常是骨性关节炎的致病因素之一。骨内静脉受阻、软骨下静脉丛静脉瘀滞可引起骨内高压，导致微循环改变，滑液pH值下降，乳酸含量增多，关节软骨细胞变性，蛋白多糖分解，胶原纤维解聚，进而导致骨性关节炎的发生；骨内高压也可使成骨细胞变性坏死，修复改造中的骨重塑作用还可引起软骨下骨硬化[8-9]。本实验结果显示B组R1区第12周末BMD值较造模前升高，而R2区及R3区各时间点BMD值与造模前比较差异无统计学意义，推测单纯结扎股静脉和膝关节周围静脉后，髓腔内静脉血滞于血窦中，骨内压增高，导致软骨下骨区域BMD升高，软骨下骨硬化，而膝关节内、外髁松质骨区域BMD变化不大，提示造模12周内单纯静脉瘀滞因素与膝关节胫骨侧骨质疏松关系不大。

3.2 肌肉萎缩与KOA

肌肉收缩是维持骨矿物质含量最有效的刺激因素，骨骼发育和骨量与运动也有密切关系。股四头肌萎缩、腓肠肌肌力减弱致膝关节周围肌力不平衡、关节不稳是骨关节炎的致病因素之一[10]；以加强股四头肌、腓肠肌、髋内收及外展肌群训练为内容的运动疗法已成为KOA主要的生物力学治疗方式，最新的骨关节炎治疗指南在药物治疗的基础上，也将运动疗法作为治疗的核心推荐[11-12]。但单纯肌肉萎缩致骨性关节炎模型在造模后12～16周方能得到稳定的疾病模型，周期较长。因此制作KOA动物模型时多采用联合方式——切断腓肠肌加管形石膏固定或切断腓肠肌加结扎股静脉等[13-14]。

3.3 静脉瘀滞与肌肉萎缩对骨关节炎BMD的叠加作用

叠加组动物模型在切断静脉造成静脉瘀滞的同时切断腓肠肌，具有双重叠加作用。一方面削弱了骨骼肌泵对血液回流的促进作用，导致机体无法建立有效的侧支循环，加重瘀滞，骨内压进一步增高；另一方面，肌力不平衡引起关节不稳，应力不均进一步导致细微、反复的脉冲式负重而造成微骨折，骨重塑启动后所形成的小梁骨痂又增加了软骨下骨的密度和硬度[15-16]，两种因素叠加后更易引发关节软骨改变和局部BMD变化。本研究比较相同ROI同一时间点两组间BMD，结果发现R1区造模后第10、12周末A组BMD高于B组，证实了腓肠肌泵对关节面软骨下骨BMD的重要影响。组内比较中，A组R1区BMD较造模前升高，R2区及R3区造模后第12周末BMD明显降低，B组仅R1区升高，推测其原因是关节外综合因素（局部静脉瘀滞及肌肉萎缩双重作用）更易引起软骨下骨BMD增高，而骨重塑的启动造成骨的重新分布，进而导致胫骨髁区松质骨区BMD下降。3.4 KOA模型BMD变化与临床现象的关系

本研究结果显示，静脉瘀滞及肌肉萎缩KOA造模后第12周末R1区（软骨下骨）BMD增加，R2区（胫骨内髁）、R3区（胫骨外髁）却出现下降，这与临床上KOA患者多见于下肢肌力减退、下肢静脉曲张老年人现象吻合，其X线片上常表现为胫骨关节面软骨下骨骨质硬化、骨质增生、骨赘形成。KOA膝内翻患者行全膝关节置换时，也常会发现截骨平面倾斜，硬化区需用钻头钻孔，以保证假体的稳定性。而膝关节面胫骨侧截骨后胫骨内外髁截骨平面骨小梁稀疏，特别是胫骨侧截骨厚度＞1.2 cm时骨质疏松征象更为明显，甚至有肉眼可见的腔隙，这些现象与本实验结果相似。

综上所述，单纯静脉瘀滞因素对胫骨髁松质骨区BMD的变化影响不大；静脉瘀滞及肌肉萎缩双重叠加作用下BMD变化与临床上KOA和骨质疏松相伴发生的现象相符合，佐证在药物治疗KOA的同时应加强膝关节周围肌肉力量训练，以预防骨质疏松，改善膝关节功能。