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编号:12801320
浅谈创伤性骨关节炎发病机制的研究

     【摘 要】创伤性骨关节炎是一种常见的骨科疾病,临床上常表现不一,但该病的发病机制尚不清楚。本文针对创伤性骨关节炎的发病机制展开了详细的研究,以为临床提供依据。

    【关键词】创伤性骨关节炎;发病机制;研究

    创伤性骨关节炎是一种常见的骨科疾病,临床主要表现为受累关节的疼痛、不同程度的关节活动障碍,严重者有畸形改变,甚至致残。近年来,随着外伤、交通事故的增多,关节软骨的损伤概率增大,创伤性骨关节炎的发病率有增加的趋势。但该病的发病机制尚不清楚。本文针对创伤性骨关节炎的发病机制展开了详细的研究,以为临床提供依据。

    1软骨的结构组成与代谢

    关节软骨的主要成分是水、蛋白多糖与胶原、少量的糖蛋白与其它蛋白。关节软骨对水的亲和力主要源自蛋白多糖的亲水性,胶原蛋白的影响较小。关节软骨是没有血液供应的,大多数学者认为,其营养或者由周围关节液或下面的骨通过基质扩散而来。软骨细胞负责蛋白多糖分子的合成、聚合与硫酸化。在正常组织的修复与退变过程中,关节软骨的蛋白多糖不断分解并从软骨中排出。关节软骨的胶原网状结构比蛋白多糖的组成更加稳定。然而,胶原网络易于代谢,而且在骨关节炎软骨或软骨受到切割损伤时,胶原的更新增加。

    2关节软骨损伤的机制

    2.1机械性损伤 不同程度的创伤对关节的损害程度不一样,严重创伤可致关节内骨折、关节脱位、关节囊及韧带断裂、关节内出血和肿胀,甚至可造成大片组织坏死、缺损、关节裸露以至毁损而无法保留。轻度损伤当时可能无明显症状,但一定时期后受累关节出现疼痛,活动能力减退。究竟创伤达到什么程度才会引起创伤性关节炎。高能量损伤可破坏关节组织完整性,直接导致软骨组织坏死,形成创伤性关节炎发生的病理基础。进一步研究表明,机械因素对关节软骨的损伤不仅取决于负荷强度,而且取决于作用时间。在创伤因素中除了机械性因素外,生物性因素亦扮演重要角色,两者相辅相成,协同作用。

    2.2基质金属蛋白酶 基质金属蛋白酶(MMP)是酶活性依赖锌离子蛋白酶超家族成员之一。MMP酶原激活物主要是纤溶酶,其次为胰酶、中性粒细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶和激肽释放酶。纤溶酶首先激活MMP-3酶原,然后再由MMP-3激活其它MMP酶原。白介素(IL)-1和表皮生长因子可诱导纤溶酶原激活因子(PA)合成,并抑制纤溶酶原激活抑制因子(PAI)合成,使纤溶酶产生增加,促使MMP酶原激活。MMP活性主要受基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)调节,TIMP通过氨基末端决定簇与MMP按1∶1结合而抑制其活性。软骨组织经受超强压力负荷后出现糖胺聚糖(GAG)丢失,这是软骨组织损伤的初始改变。Dimicco等研究表明,24h后GAG丢失持续增加,此时应用MMP抑制剂能减少GAG丢失,而其它酶抑制剂则无效。可见MMP在软骨后续损伤反应中发挥了积极作用。软骨损伤后MMP-3mRNA表达可升高至正常的10~250倍,TIMP也有所升高,但远未达到相应水平;两者动态平衡被打破,细胞外基质降解增加。在此过程中软骨组织中IL-1β、肿瘤坏死因子(TNF)含量无明显改变,说明MMP-3表达异常并非由IL-1β、TNF调控所致。体外试验表明软骨组织受到压缩损伤后,其NO含量升高,NO可介导IL-1β诱导的软骨细胞上调MMP-14,9,3基因的表达而促进其合成。体内软骨组织在创伤后同样表现出MMP异常升高。机械应力通过何种信号转导机制使软骨细胞发生生物学改变,目前仍不清楚,需要进一步深入研究。

    2.3细胞的凋亡与衰老 研究证实,发生创伤性软骨退变与细胞凋亡密切相关。比较研究发现,关节内骨折患者软骨细胞凋亡比率较骨关节炎患者显著升高。由此可在一定程度上解释,为何关节内骨折即使得到解剖复位,后期也会发生创伤性关节炎。年轻人关节损伤后在一定时期内并不表现出关节炎症状,老年人损伤后更易出现关节疼痛和不同程度的运动受限。很明显,在同等情况下,年龄因素影响关节预后。随着年龄增长,细胞也会衰老,正常体内细胞分裂增殖60倍后即出现衰老。软骨损伤后受损细胞产生高氧活性物质,使细胞核和线粒体DNA损伤,细胞易于衰老。软骨细胞新陈代谢活性降低,再生修复能力减退,因而关节出现退行性改变。因此,可以说细胞的凋亡与衰老与年龄有关。

    2.4神经因素 关节软骨中没有神经分布,但在关节囊、关节面的边缘及软骨下有丰富的神经末梢。创伤、肿胀、异位压迫、炎性分泌物均可刺激神经末梢,引发局部和全身反射性调节,释放神经递质(如儿茶酚胺)、内分泌激素(如肾上腺皮质激素)等,对关节进行精细调节。在前交叉韧带切断术(ACLT)造成的动物模型中,创伤初期患肢实际负重减少、关节不稳、肌力下降,关节软骨首先出现肿胀变厚,基质渗透性升高,硬度下降,关节接触面积增大,应力负荷峰值下降,这可能是创伤后机体的自我保护机制。如果在此基础上选择性切断股神经感觉支,可发现关节退变进程明显加快。分析认为神经系统可通过抑制炎症反应这一途径来调节关节病改变,但目前这方面的认识相当有限。

    3软骨下骨改变与骨关节炎

    有研究认为,在骨关节炎形成过程中,软骨下骨改变起着重要的作用。然而创伤性关节炎的病理机制则不同,软骨和软骨下骨损伤在发生时序上难分先后,两者的病理改变可能互为因果。一些膝关节半月板、关节软骨病变患者虽无明显的创伤经历,却并发有软骨下骨水肿,由此可见软骨下骨对创伤的敏感反应不亚于关节软骨。软骨下骨骨折后早期即出现关节软骨退变,在MRI的FLASH3D序列上可观察到PG的丢失。ACLT后12周,碱性磷酸酶、前列腺素E2、尿激酶型纤溶酶原激活剂(uPA)、MMP在软骨下骨和骨小梁中的含量明显升高,而NO则在软骨下骨中升高,在骨小梁中降低。

    创伤性骨关节炎是一种常见的骨科疾病,临床主要表现为受累关节的疼痛、不同程度的关节活动障碍,严重者有畸形改变,甚至致残。而目前该病的发病机制尚不清楚,仍需要进一步加以探究,从而为治疗提供依据。

    参考文献:

    [1]刘洪.廖琦.郝亮.创伤性关节炎发生机制相关性研究[J].国际骨科学杂志,2010,31(1)

    [2]安瑞庆.关节软骨的损伤机制及诊断的研究[J].养生保健指南(中旬刊),2012(5) (屈铁男)
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