运动训练致关节软骨组织学及体液内生物标记物水平变化及相关病变后期发展进程的研究

摘要

运动训练是提高身体素质的重要途径，不同训练方式及强度，对机体会产生不同的影响，不合理的运动训练甚至容易导致损伤的发生。尤其随着战争中越来越多高科技手段的应用，对部队战士体能的要求也随之提高。很多高强度高难度的训练已经进入到军事基础训练当中。虽然这些训练对提高战士体能有一定促进作用，但同时，这些反复的高强度承重训练是部队战士高伤害率的主要原因之一。军事训练相关伤害的多数发生在膝关节或以下部位，其所导致的伤亡率、损耗率，以及消耗的部队医疗费用是惊人的。关节软骨过劳性损伤在军事训练中尤为常见，它主要是由于安排不合理的超负荷训练强度以及延长单一动作反复训练时间所造成的。 关节软骨对于保持关节功能至关重要。关节软骨的生物学研究已经证实，由于软骨组织结构特殊，其内无神经、血管、淋巴管，幼年关节软骨虽可由软骨下通路获得部分营养，而成年关节软骨没有软骨下营养通路，软骨的营养供给是通过关节活动产生的压力变化，使滑液在关节腔与软骨基质之间进行交流得到的，故软骨自身缺乏有效的修复能力，因而其损伤的治疗有时比骨折还要困难，且易导致明显的功能障碍和病理改变。 观察应用不同运动模式训练后关节软骨会出现何种改变，对于调整训练方法及合理化训练强度有重要意义。同时，如何能无创、精确可靠地显示关节软骨的状况，对于判断关节病变的严重程度、选择治疗方法及追踪评价治疗效果也具有重要意义。另外我们还想进一步了解不同干预手段对于软骨病变后期病情发展的影响。基于此目的，本次研究主要进行了以下内容的工作：①综述了国内外相关研究工作的进展，设计了动物运动训练实验方案(分为狗、兔两部分)；②运用组织学及影像学检测方法，通过研究动物膝关节软骨在组织病理学及影像学上的变化，了解关节软骨对不同模式运动训练的反应及适应过程；③应用生化及免疫学检测方法，通过研究软骨生物标记物及其它一些生化指标在血清、关节液内的变化情况，了解关节软骨在训练后产生的代谢改变，并与组织学及影像学结果做对照研究，探讨其相关性及可预测性；④制作动物骨性关节炎模型，应用不同干预措施，观察组织病理学及生物标记物变化，了解不同干预措施对关节软骨病变后期进展的影响。 本实验取得了以下研究成果：①MRI检查显示强化训练组与一般训练组实验狗在训练2周后便开始有膝关节软骨运动性损伤改变，4-6周达到最重，6周后开始缓解。血清及关节液内COMP、MMP-1、MMP-3、TIMP-1浓度在训练开始后均有不同程度升高，随时间及损伤、修复程度(参照MRI表现)改变而发生规律性变化，血清中的各标记物浓度变化与关节液中变化有显著相关性联系。组织学观察显示训练组和强化组训练10周时膝关节软骨病理改变有明显损伤及修复迹象，强化训练组关节软骨塑型改建情况优于一般训练组。结果说明，长时间大强度训练容易产生软骨运动性损伤，但修复过程也随之发生；强化训练较一般训练更能促进关节软骨的塑型改建；生物标记物变化可灵敏反映病变进程，其灵敏性高于MRI等影像学检查；②组织病理学检查显示兔蹦跳训练4周后关节软骨GAG含量明显下降，至8周时下降更为明显，软骨厚度减少在软骨下骨层体现较为明显。训练4周时软骨细胞死亡率变化不明显，8周时明显升高。Mankin评分在训练4周8周后均有升高。兔跑步训练4周时GAG下降不明显，而软骨细胞死亡率则明显较训练初始时增高。两组训练动物血清及关节液内COMP、MMP-1、MMP-3、TIMP-1浓度在训练开始后均有不同程度升高，随时间及损伤、修复程度(参照组织病理检查)改变而发生规律性变化，并与不同软骨病理参数有显著相关意义。结果表明：跑步与蹦跳训练所致早期损伤发生机制不一样，跑步训练所致损伤多为软骨细胞损伤，而蹦跳训练则以基质流失为始动因素。联合应用数种生物标记物能够针对损伤的类型及病理改变特点做出很好的预测；③建立兔膝关节骨性关节炎模型后，应用不同干预手段对实验模型动物进行干预，并检测8周后关节软骨病理学改变情况及关节液内生物标记物变化水平，结果表明：不同干预手段对于关节软骨损伤后期阶段(或骨性关节炎阶段)病情发展的影响是不同的，总体来说训练+透明质酸钠关节注射组优于单纯透明质酸钠关节注射组及单纯训练组，单纯透明质酸关节注射组及单纯训练组优于无处理组，无处理组优于关节制动组。通过联合应用数种生物标记物能够对干预手段效果及及临床预后做出很好的判断。

目录

独创性声明及保护知识产权声明

缩略词表

前 言

第一部分应用生物标记物对膝关节软骨过劳性损伤进行早期诊断的研究

文献回顾

实验一运动训练对狗血液及关节液内软骨生物标记物水平的影响

实验二不同模式高强度运动训练对兔膝关节软骨及体液内生物标记物水平的影响

小 结

参考文献

第二部分不同干预方式对兔膝关节骨性关节炎模型关节液中生物标记物水平以及预后的影响

文献回顾

实验部分不同干预方式对兔膝关节骨性关节炎模型关节液中生物标记物水平以及预后的影响

小 结

参考文献

附 图

个人简历和研究成果

致 谢