摘 要：
目的 探讨核磁共振在评价超短波治疗对兔膝关节损伤模型关节功能恢复中的价值。方法 纯种雄性新西兰大白兔24只按随机数字表法分为空白组、模型组与超短波组,每组各8只。空白组不造模不治疗,模型组造模成功后不治疗,超短波组造模成功后第2天予以超短波治疗,连续治疗28 d。分别于造模前1 d和治疗28 d后测定大白兔的右膝关节活动范围;治疗28 d后,采用黄嘌呤氧化酶法测定血清超氧化物歧化酶(SOD)含量,硫代巴比妥法检测血清丙二醛(MDA)含量; TUNEL法检测软骨细胞凋亡指数;核磁共振成像评定各组兔膝关节功能恢复情况。结果 实验前,3组大白兔右膝关节活动度对比,差异无统计学意义(P> 0.05);治疗28 d后,模型组与超短波组的膝关节活动度为(67.09±10.88)°、(98.02±11.38)°,均低于空白组[(143.29±17.02)°],超短波组膝关节活动度高于模型组,差异均有统计学意义(P <0.05)。治疗28 d后,模型组与超短波组的血清SOD含量为(78.98±8.29) NU/mL、(94.92±9.11) NU/mL,低于空白组[(111.32±10.38) NU/mL],MDA含量为(6.76±0.33) nmol/mL、(4.44±0.22) nmol/mL,高于空白组[(3.87±0.18) nmol/mL],超短波组大白兔血清SOD含量显著高于模型组,MDA含量显著低于模型组,差异均有统计学意义(P <0.05)。治疗28 d后,模型组与超短波组大白兔的软骨细胞凋亡指数分别为(8.20±0.33)%、(4.10±0.72)%,高于空白组的(0.98±0.14)%,超短波组软骨细胞凋亡指数低于模型组,差异均有统计学意义(P <0.05)。模型组与超短波组的膝关节T1弛豫时间与磁化传递率分别为(702.58±23.77) ms、(567.09±31.72) ms;(0.65±0.09)%、(0.45±0.08)%,高于空白组[(443.59±33.29) ms;(0.32±0.08)%],而超短波组膝关节T1弛豫时间与磁化传递率显著低于模型组,差异均有统计学意义(P <0.05)。结论 超短波治疗在兔膝关节损伤模型的应用能改善核磁共振成像指标,降低软骨细胞凋亡指数,提高SOD含量与降低MDA含量,从而促进关节功能恢复。
关键词:新西兰大白兔;核磁共振;超短波;膝关节损伤;细胞凋亡;
Values of MRI in evaluating the recovery of joint function of rabbit knee joint injury
model by ultrashort wave treatment
LI Hai-jun HU You-zhen FENG Shi-bo
Department of Radiology,Wuhan Hankou Hospital Department of Orthopedics.,Wuhan Hankou
Hospital
Abstract：
Objective To explore the values of MRI in the evaluation of ultrashort wave therapy in the recovery of joint function of rabbit knee injury models. Methods Pure-bred male New Zealand white 24 rabbits were equally divided into blank group,model group and ultrashort wave group accorded to the random number table method,8 rabbits in each group. The blank group were not modeled and treated,the model group were treated after successful modeling,the ultrashort wave group were received ultrashort wave treatment on the 2 nd day after the successful modeling,and continued treatment for 28 days. The range of motion of the right knee joint of the white rabbits was measured before and after 1 day of modeling and 28 days after treatment; After 28 days of treatment,the xanthine oxidase method was used to measure the serum superoxide dismutase( SOD) content,and the thiobarbital method was used to measure the serum malondialdehyde( MDA) content; TUNEL method to detect chondrocyte apoptosis index; MRI was used to evaluate the functional recovery of the rabbits' knee joints in each group. Results Before the experiment,there was no significant difference in the range of motion of the right knee joint between the three groups of white rabbits( P > 0. 05); after 28 days of treatment,the range of motion of the knee joint between the model group and the ultrashort wave group was( 67. 09 ± 10. 88) °,( 98. 02)± 11. 38) °,which were all lower than those in the blank group [( 143. 29 ± 17. 02) °],the range of motion of the knee in the ultrashort wave group was higher than that of the model group,and the differences were statistically significant( P < 0. 05). After 28 days of treatment,the serum SOD levels of the model group and the ultrashort wave group were( 78. 98 ± 8. 29) NU/mL and( 94. 92 ± 9. 11) NU/mL,which were lower than those in the blank group [( 111. 32 ± 10. 38) NU/mL],MDA content were( 6. 76 ± 0. 33) nmol/mL and( 4. 44 ± 0. 22) nmol/mL,which were higher than those in the blank group [( 3. 87 ± 0. 18) nmol/mL]. The serum SOD content in the ultrashort wave group was significantly higher than that in the model group,and the MDA content was significant lower than in the model group,the differences were statistically significant( P< 0. 05). After 28 days of treatment,the apoptotic index of chondrocytes in the model group and the ultrashort wave group were( 8. 20 ± 0. 33) %and( 4. 10 ± 0. 72) %,respectively,which were higher than those in the blank group( 0. 98 ± 0. 14) %. the apoptotic index of chondrocytes in the ultrashort wave group was lower than that in the model group,and the difference was statistically significant( P < 0. 05). The knee joint T1 relaxation time and magnetization transfer rate of the model group and the ultrashort wave group were( 702. 58 ± 23. 77) ms,( 567. 09 ± 31. 72)ms;( 0. 65 ± 0. 09) %,( 0. 45 ± 0. 08) %,respectively,which were higher than those in the blank group [( 443. 59 ± 33. 29) ms;( 0. 32 ±0. 08) % ],while the ultrashort wave group knee joint T1 relaxation time and magnetization transfer rate were significantly lower than the model group,the differences were statistically significant( P < 0. 05). Conclusion The application of ultrashort wave therapy in the rabbit knee joint injury model can improve the MRI index,reduce the chondrocyte apoptosis index,increase the SOD content and reduce the MDA content,thereby promote the recovery of joint function.
Keyword：
New Zealand white rabbits; MRI; Ultrashort wave; Knee joint injury; Apoptosis;
膝关节损伤为一种以骨质和滑膜病变为特征，软骨细胞坏死和软骨基质破坏所致的临床疾病，临床上多表现为关节肿胀、疼痛、僵硬、畸形等症状[1]。该病多为退行性疾病，为中老年人易发的常见病、多发病。随着人口社会的老龄化，膝关节损伤的发生人数越来越多，严重影响了患者的身心健康。随着医学技术的发展，当前治疗膝关节损伤的方法比较多，包括中西药治疗、物理治疗、手术治疗、生物学治疗等[2]。其中超短波作为一种物理电磁场治疗方法，为频率高于20 000 Hz的声波，作用于人体后可导致机体内离子和分子的移动，从而发挥生物学治疗作用[3]。现代研究表明，超短波可通过空化、热力与机械作用，加强细胞膜通透性，改善血液循环，导致人体局部组织血流加速，提高组织再生修复能力[4]。核磁共振是目前能够无创对关节软骨进行评价的重要技术，特别是脂肪抑制三维稳态进动快速成像(fat-saturated three-dimensional fast imaging with steady state procession,FS-3D-FISP)序列评价软骨病变具有分辨率高、成像特异等特征[5,6]。本文具体探讨了核磁共振在评价超短波治疗对兔膝关节损伤模型关节功能恢复中的价值，希望明确超短波治疗的效果与机制。现总结报道如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物
24只纯种雄性新西兰大白兔购自武汉中原瑞德生物制品有限责任公司，许可证号:SYXK(鄂) 2018-0073，普通级，3月龄，体重(1.8±0.2) kg，饲养于武汉市汉口医院动物实验室，各兔分笼喂养，及时去除粪便和食物残渣，进食及饮水，实验过程中均按照实验动物伦理相关标准及规范进行操作。
1.2 试剂与仪器
血清超氧化物歧化酶、丙二醛检测自南京医用仪器厂(波长7.3 m，频率50 MHz)，核磁共振设备为德国西门子公司3.0TTrioTim超导磁共振。
1.3 动物分组与处理
24只大白兔适应性喂养1周后，按随机数字表法分为空白组、模型组与超短波组，每组各8只。选取其中16只采用右膝关节腔内注射木瓜蛋白酶法制作兔膝关节损伤模型，将兔用3%戊巴比妥(1.5 m L/kg)耳缘静脉注射麻醉，仰卧后进行固定，右后肢膝关节处剪毛消毒，向右膝关节腔内注射4%木瓜蛋白酶0.2 m L,1次/d，连续应用3 d。剩余8只为空白组，注射等剂量0.9%氯化钠溶液。
每组随机选取2只兔，颈椎脱臼法处死，打开膝关节，选择膝关节出现关节积液和滑膜肿胀的兔用于后续实验。
实验共分3组，其中，空白组:正常兔，笼内自由活动，不予治疗。模型组:膝关节损伤模型兔，笼内自由活动，不予治疗。超短波组:膝关节损伤模型兔，造模成功后第2天予以超短波治疗，用2个直径为9 cm的超短波治疗仪的圆电极(间隙2～3 cm)于右膝关节位置，10min/次，连续治疗28 d，每组8只。
1.4 观察指标
(1)分别于造模前1 d和治疗28 d后测定大白兔的右膝关节活动范围。(2)治疗28 d后将各组兔麻醉后实施安乐死，然后心脏穿刺取血，肝素抗凝，离心分离出血清，-20℃保存，采用黄嘌呤氧化酶法测定血清超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)含量，采用硫代巴比妥法检测血清丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量。(3)切开大白兔的双侧后膝关节囊，显露关节软骨，取右后肢内侧股骨髁关节面软骨，制作病理切片，采用TUNEL法检测软骨细胞凋亡指数。(4)核磁共振成像评定各组兔膝关节功能恢复情况，采用15通道膝关节表面线圈，扫描flash-T1WI序列参数:层厚1.08 mm，间隔0.3 mm,TR/TE/FA=669 ms/11 ms/600，矩阵512×512。用后处理软件测定T1弛豫时间与磁化传递率。
1.5 统计学处理
所有数据运用spss 16.0统计软件处理，计量数据以均数±标准差表示，符合正态分布且方差齐采用单因素方差分析，两两比较采用t检验，检验水准为α=0.05,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 膝关节活动度
造模前1 d,3组大白兔右膝关节活动度比较，差异无统计学意义(P>0.05)，治疗28 d后，模型组与超短波组大白兔的膝关节活动度低于空白组，差异均有统计学意义(t=10.669、6.254,P<0.05)，而超短波组大白兔的膝关节活动度高于模型组，差异有统计学意义(t=5.557,P<0.05)。见表1。
表1 3组大白兔实验前后右膝关节活动度比较
2.2 SOD与MDA含量
治疗28 d后，与空白组相比，模型组与超短波组大白兔的血清SOD含量显著降低，MDA含量显著升高，差异均有统计学意义(t=6.886、3.359;t=21.745、5.672,P<0.05)，而与模型组对比，超短波组大白兔血清SOD含量显著升高，MDA含量显著降低，差异均有统计学意义(t=3.660、16.545,P<0.05)。见表2。
表2 3组大白兔治疗28 d后血清SOD与MDA含量比较
2.3 软骨细胞凋亡指数
治疗28 d后，模型组与超短波组大白兔的软骨细胞凋亡指数分别为(8.20±0.33)%、(4.10±0.72)%，高于空白组的(0.98±0.14)%，差异均有统计学意义(t=59.968、12.031,P<0.001)，超短波组大白兔软骨细胞凋亡指数显著低于模型组，差异均有统计学意义(t=14.641,P<0.001)。
2.4 核磁共振参数
治疗28 d后，与空白组相比，模型组与超短波组大白兔的膝关节T1弛豫时间与磁化传递率均显著增加，差异均有统计学意义(t=17.909、7.597;7.751、3.250,P<0.001)，超短波组以上两个指标则均较模型组显著降低，差异均有统计学意义(t=9.668、4.698,P<0.001)。见表3。
表3 3组大白兔治疗28 d后膝关节核磁共振参数比较
3 讨论
膝关节损伤的基本病变为多种致病因素导致的关节损伤，多伴随有关节软骨破坏、滑膜炎、关节间隙变窄、软骨下骨质硬化及骨赘形成、滑膜细胞增生等，常伴有继发性滑膜炎[7]。兔膝关节的解剖结构与人类一致，为此多用于膝关节损伤模型的建立。木瓜蛋白酶在兔膝关节腔内注射可引起迅速进展的骨关节炎，具有造模时间短、重复性好等特点，能全面地反映骨性关节炎软骨的病变情况[8]。
超短波是一种机械波，作用于人体后可产生旋转电流、热效应等，其中热效应在患部表层和深层分布均匀，可增加伤口的成纤维细胞、白细胞、组织细胞数量，减轻炎症反应进程，可促进水肿消退、纤维蛋白聚集和胶原沉淀，加速血肿吸收与刺激骨生成，有利于提高大白兔的膝关节活动度[9]。并且超短波可作用于机体深层组织，有利于改善关节软骨的营养供给，进一步改善其血液循环，降低关节周围及韧带的张力，以促进渗出物的吸收[10]。并且其还有很好的止痛作用，并加快血流速度，可以改善局部微循环[11]。本研究结果表明，治疗28d后，与模型组对比，超短波组大白兔血清SOD含量显著升高，MDA含量显著降低，结合上述内容可知，超短波可能通过改善膝骨关节损伤兔血清的氧化应激水平而降低损伤程度，并促进其骨关节功能的恢复。
细胞凋亡即程序性细胞死亡，多种内外在因素可导致关节软骨细胞的凋亡，后者也参与了膝关节损伤的发病[12]。本研究结果显示，治疗28 d后，模型组与超短波组的软骨细胞凋亡指数高于空白组，超短波组低于模型组。从机制上分析，超短波可改变软骨基质的理化性质和电学特性，有利于维持关节软骨的网状支架，使软骨能够承受过多的张力和剪切力[13]，结合本研究结果可推测，超短波治疗对膝关节损伤的病理进展具有一定的缓解作用。
随着医学技术的发展，核磁共振成像技术可探测软骨形态学变化之前软骨内的生化改变，也为观察软骨退变后的修复再生过程提供了可能[14]。本研究显示，治疗28 d后，超短波组膝关节T1弛豫时间与磁化传递率低于模型组。从机制上分析，兔膝关节损伤可使得软骨通透性增加、软骨基质压力增加与自由水分增多，导致T1弛豫时间与磁化传递率增加。超短波可影响机体自由基的代谢，有利于降低T1弛豫时间与磁化传递率，从而达到保护关节软骨的目的[15]。本研究也存在一定的不足:没有设置其他治疗组，且观察时间比较短，将在后续研究中进行探讨。
4 结论
总之，超短波治疗在兔膝关节损伤模型的应用中能改善核磁共振成像指标，降低软骨细胞凋亡指数，提高SOD含量与降低MDA含量，从而促进关节功能恢复。
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