髌骨软化症动物模型研究现状

谭新访　郭艳幸　郭珈宜　李峰

【摘 要】 近年来，关于髌骨软化症的研究主要围绕临床诊断与治疗开展，动物实验等基础研究领域空白较多。手术造模方法操作复杂，不能排除手术干预对实验结果的影响，也不符合疾病的自然进程，在应用上有诸多限制。非手术造模对人的髌骨软化症进程也较有借鉴意义，但是缺乏重复实验的验证，造模成功率与稳定性需要更多的实验数据支持。期待未来能从髌骨形态、活动度，髌股关节发育、力学关系以及劳损等角度，结合髌骨软化症的致病因素与易感因素进行探索，或许能够发现更全面、稳定的动物模型。了解髌骨软化症动物模型的研究现状，为髌骨软化症的实验研究提供参考与依据，促进基础研究的发展。

【关键词】 髌骨软化症；动物模型；手术造模；非手术造模；综述

髌骨软化症（chondromalacia patellae，CP）由ALMAN在1917年首先提出并一直沿用至今，主要是指髌骨软骨经过长期的慢性劳损后，导致髌股关节间软骨发生软化、肿胀、龟裂，甚至脱落等退行性变，引起膝前疼痛、活动受限等症状［1］。CP患者临床查体常有髌周压痛、髌骨研磨试验阳性，自诉上下楼梯、爬山或者跪坐后疼痛症状加重，部分患者可能会有“假交锁征”“打软腿”等伴随症状［2］。

CP占全科膝关节疼痛的11%～17%［3］，我国发病率为36.2%［4］，多年龄段均可发病，但好发于青壮年，女性比男性的患病率更高［5］，且女性患者的临床表现更为严重［6］。年轻时的髌股关节疼痛可能是之后发生髌股关节炎的预测因子［7］。CP的发病原因主要是过度活动造成的髌骨劳损，但是也受到其他因素的影响，比如创伤、髌骨不稳定、髌骨骨内压增高、自身免疫、软骨溶解等［8］。近年来，兴起的关于髌股关节形态影响的研究，也被证实与CP发病有一定的关系［9］。但总体来看，CP致病因素基本与加重髌骨软骨的劳损、影响髌下软骨修复有关。

目前，对于CP的研究主要集中在对发病机制的探索［10-11］、疾病的影像学表现［12］、临床诊断与临床治疗上［13-14］，动物实验等基础研究空白较多。稳定可靠的动物模型是进行CP动物实验研究的基础。了解CP动物模型的研究现状，为CP动物模型的发展与创新奠定了基础，促进了CP基础研究的进展。

CP动物模型可以分为直接模型和间接模型两类。直接模型是指通过手术或者固定的方法，直接造成髌骨软骨的病损；间接模型则是通过建造膝骨关节炎模型，导致髌骨软骨或者髌股关节出现病变，重点观测髌骨下软骨及髌骨与股骨对应面的病损。

1 直接模型

1.1 手术造模 手术造模是CP常用的方法。常见的手术造模方法可以分为两类：一是通过手术直接造成髌骨或髌股关节软骨表面的改变；二是通过手术改变髌骨位置或者髌股关节结构，间接产生髌骨或髌股关节软骨的病变。

1993年LABERGE等［15］用10只杂交雌性犬进行实验，在其左侧髌股沟植入聚乙烯薄膜覆盖的定制金属，并定期利用机械压痕装置对髌骨软骨进行原位机械压痕实验。实验结束后进行组织学检查，发现在植入后3～6个月髌骨表面未见明显退变或纤维化颤动，6个月后髌骨表面显示出颜色的变化。随着植入时间的延长，基质中蛋白多糖逐渐丢失。可利用这种方式建立CP动物模型并研究CP退变的结果。

UTHAMANTHIL等［16］2006年建造马CP模型。将动物麻醉后，采用关节镜技术接近关节，通过特制的工具摩擦髌骨软骨表面，使软骨损伤局限在表层。21 d后再次麻醉动物，经关节镜检查存在Ⅰ～Ⅱ级的髌骨软骨软化。这种造模方法可以对实验动物的髌软骨造成有效损伤；但是，由于技术限制，只适合应用于大型动物身上。

在CP的相关动物实验中，利用手术改变髌骨位置或者髌股关节结构，从而建造CP动物模型的方法也很常见。髌骨半脱位或者倾斜会导致关节软骨负荷异常，引起髌股关节疼痛症状［17］。

比如，M?LLER等［18］1989年利用手术将实验兔的胫骨结节进行外侧移位，并在胫骨后方加装螺钉固定防止结节向内侧滑动，以此增加Q角，造成一侧髌骨排列不良，另一侧截骨固定作对比。6周后，病理检查发现10只动物中有8只在实验侧出现了髌骨关节软骨不同程度的退变；3个月时，出现延伸至中间带的裂隙。RYU等［19］1997年重复过类似的实验，通过手术将实验兔的胫骨粗隆向外侧移位，并用钢丝固定；在确定手术成功诱发髌骨半脱位与髌骨关节处的异常剪力后，选择不同时间处死动物并取材进行病理观察；结果显示，有髌骨半脱位引起的应力可以导致髌骨软骨改变，但病变轻微，与人CP病变机制相似。

髌股关节的解剖结构参数与CP发病具有密切的关系，除了Q角异常，髌骨高度、髌骨适合角、髌骨倾斜角等也会影响髌骨软骨的健康，可以用来诱导CP动物实验模型［20］。亓建洪等［21］和王国良等［22］在不同的时间进行髌骨倾斜诱导CP动物实验，通过紧缩髌外侧支持帶造成髌骨倾斜，利用影像检查测量髌骨倾斜角，术后饲养一段时间后进行取材观察，证实髌骨倾斜导致髌骨外侧软骨面出现了软骨软化。

1.2 非手术造模 手术造模虽然在CP动物实验中具有较为广泛的应用，但因手术对实验结果存在一定负面影响，且在操作上要求较高，所以寻求简便可靠的非手术造模方法也一直是CP动物造模的追求。手术造模的方法是通过造成髌骨半脱位或者髌骨倾斜，从而诱导产生髌骨软骨的软化、脱落等；如果非手术手段能稳定造成髌骨半脱位或者髌骨倾斜，在理论上也可以对髌骨软骨造成损伤。

SANT'ANNA等［23］研究实验性兔髌骨半脱位后髌股关节软骨的组织学变化时，将实验动物在膝外翻状态下用矫形器石膏固定2周，造成股四头肌肌张力低下，然后注射药物，手动诱发髌骨半脱位2周，每日30 min。实验结束后，半脱位关节虽然肉眼上没有明显的变化，但是在显微镜下观察发现有软骨基质的裂隙、蛋白多糖的减少，尤其是髌骨软骨中央区域出现退行性改变。证明这种先固定后间歇被动运动的方法可以有效地诱发兔软骨软化，是一种有效的实验模型。

2 间接模型

2.1 手术造模 有学者认为，CP是髌股关节炎的早期症状之一，而髌股关节炎是膝骨关节炎的一种［24］，所以可以利用膝骨关节炎的造模方法建造髌股关节炎模型或者在膝骨关节炎动物模型上观测髌股关节以及髌骨软骨，应用于CP研究。

Pond-Nuki技术（即前交叉韧带切断术）是膝骨关节炎的经典造模方法［25］。WENZ等［26］研究证实，这种造模方法也可以造成犬髌骨软骨表面暗淡，并使之呈现淡蓝色变色；随着造模后观察时间的延长，髌骨软骨表面出现缺陷，失去原本的光滑与光泽。

PINGSMANN等［27］在绵羊股骨内扩髓逆行植入钛钉，然后在术后1，3，5，6，9个月时处死动物，对膝关节进行放射学检查，以了解骨赘的生长与生长位置，以及软骨退变的迹象，并运用分级系统评估软骨退变和骨赘形成。研究结果发现，术后3个月实验组动物均出现明显的骨关节炎大体改变和影像学体征，并开始出现小的骨赘，软骨变薄，肉眼未观察到软骨纤维化颤动，达到早期髌股关节炎的标准。

2.2 非手术造模 TAKAHASHI等［28］通过给大鼠注射碘乙酸钠诱导髌股关节骨关节炎模型，在髌股关节的关节软骨中观察到具有代表性的骨关节炎组织病理学改变，并发现实验动物髌下脂肪垫与滑膜出现炎症改变，且病变的严重程度与药物的使用剂量密切相关。

WANG等［29］和BEI等［24］分别通过短缩实验动物的髌韧带，造成髌骨下垂，将兔子和大鼠建立早期髌股关节炎模型，都取得了满意的结果。

BEI等［30］也曾用髌韧带短缩的方法联合卵巢切除法建立动物模型，用于雷洛昔芬延缓去卵巢大鼠髌股关节炎软骨降解，及改善软骨下骨微结构。

3 小结与展望

在CP研究中，基础实验与临床试验呈现不均衡发展的状态，缺乏可靠的动物实验模型，限制了CP基础研究的进步。当前检索到的手术造模方法大多年代久远，技术与理论层面都亟待更新。常用手术造模方法在应用上有诸多限制，操作过程复杂，不能排除手术干预对实验结果的影响，也不符合疾病的自然进程。非手术造模方法虽然排除了手术的干预，造模原理对人CP进程也有借鉴意义，但是缺乏重复实验的验证，造模成功率与稳定性需要更多的实验数据支持。

利用骨关节炎模型或者髌股关节炎模型进行CP实验研究，在一定程度上缺乏说服力。一些学者认为，髌股关节炎是膝骨关节炎的一种，只是病变部位有所不同［31-33］，但也有学者认为，髌股关节炎的症状早于膝骨关节炎出现［27］，而CP常出现在髌股关节炎的早期［34］。CP和骨关节炎的模型在致病机制、造模方式、模型主要症状上具有明显的区别。CP主要是由于髌骨软骨或者髌股关节软骨的过度活动或者异常磨损，造成软骨局部的炎症；除周围滑膜的病变外，基本不累及其他结构，与活动的强度以及髌股关节解剖结构以及髌骨的体积有关［35-36］；模型建造的重点是模仿关节的过度活动或者异常磨损。骨关节炎则主要是关节的退行性变引起，与年龄增长、激素水平变化等息息相关；是一种系统性、代谢性疾病，在症状上不仅表现为软骨的磨损、变薄，也表现为关节间隙以及关节结构的异常，甚至会有赘生物、游离体的产生［37-38］；模拟病变的主要关注点是关节软骨以及软骨下骨的退行性改变，也有针对骨关节炎中医证候动物模型的研究［39-40］。

致病因素与疾病症状上的差异决定了CP模型与骨关节炎模型的不同。基于以上原因，用膝骨关节炎的模型或者髌股关节炎模型进行CP实验研究，需要进行针对性改进，才能更符合CP研究要求。CP主要症状是膝前关节的疼痛，病变集中于髌骨与股骨滑车沟的软骨，胫骨平台、膝关节半月板没有病變或病变轻微，不存在关节骨赘，所以针对膝骨关节炎的造模部位需要进行调整，例如主要针对髌股关节间隙进行造模药物注射。同时，由于致病因素的差异，CP与关节软骨的过度活动或异常磨损关系密切，所以运动造模可能更适合CP模型的建造，可以考虑被动运动的方法或者改变髌骨解剖位置配合运动的方法进行造模。

目前，CP动物实验模型研究有限，经典模型的建立需要多层次、全方面的实验验证，现有的数据不能遴选出经典有效的公认模型。未来如果能从髌骨形态、髌股关节发育、髌骨活动度、髌股关节解剖结构、髌股关节力学关系，以及髌股关节劳损等角度，结合CP的致病因素与易感因素进行实验探索，或许能够发现全面且稳定的动物模型。

CP经典动物模型的建立需要更多的学者以严谨、求真的态度进行反复的实验探索与验证。

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