體外發(fā)散式?jīng)_擊波物理特性研究及對軟骨細胞和軟骨前體細胞生物學(xué)特性影響的初步研究.pdf

1、【研究背景】隨著全民健身運動的推廣普及,運動系統(tǒng)損傷正呈現(xiàn)逐年增加的趨勢,其中關(guān)節(jié)軟骨損傷的發(fā)生率很高,對2479例膝關(guān)節(jié)手術(shù)患者流行病學(xué)分布統(tǒng)計[1],其中關(guān)節(jié)軟骨損傷者占55.1％,年齡分布范圍大,中青年為主要人群,性別構(gòu)成比相近。關(guān)節(jié)軟骨損傷,常導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、活動障礙,嚴重者可喪失關(guān)節(jié)功能,成為肢體殘障的重要原因[2-4]。目前臨床上常用且較有效治療軟骨損傷的方法是關(guān)節(jié)鏡下微骨折術(shù),通過刺激骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)生成來修復(fù)

2、軟骨,且修復(fù)結(jié)果多為纖維組織,其抗壓能力較正常軟骨差;組織工程方法治療費用昂貴、周期長,難以廣泛應(yīng)用,因此,軟骨修復(fù)目前仍是臨床最棘手的難題。我們前期研究中將微骨折術(shù)結(jié)合關(guān)節(jié)腔內(nèi)沖擊波修復(fù)兔股骨遠端軟骨缺損,結(jié)果顯示有類透明軟骨形成,明顯優(yōu)于單純微骨折術(shù)[5]。但對沖擊波修復(fù)軟骨損傷的機理尚不清楚。實驗室研究表明, rESWT對軟骨損傷有修復(fù)作用[6]。臨床研究表明,rESWT對肱骨外上髁炎、岡上肌鈣化、跟腱炎、軟組織損傷、慢性疼痛的緩

3、解等具有肯定效果[7]。rESWT的臨床應(yīng)用過程中,存在影響指標多而雜,缺乏一個統(tǒng)一的指標來衡量和評價其作用效果。在臨床應(yīng)用過程中,會面對很多不同的疾病,具體使用何種沖擊波探頭、多大的壓力和頻率進行對癥治療才能達到最佳效果,國內(nèi)外一直都沒有相關(guān)研究來解決這個問題[8]。
　　【研究目的】探索衡量rESWT作用效果的統(tǒng)一指標,初步研究rESWT刺激軟骨細胞和軟骨前體細胞的生物學(xué)效應(yīng),為進一步探索rESWT修復(fù)軟骨損傷的最佳方法提供實

4、驗依據(jù)。
　　【材料與方法】采用發(fā)散式?jīng)_擊波儀器測試直徑為15mm和6mm兩個標準探頭,觀察兩個探頭在不同壓力、頻率變化時的輸出能量(EFD)的變化規(guī)律。使用紋影成像系統(tǒng),觀察36mm平面狀沖擊頭、15mm標準治療頭、10mm標準治療頭、15mm長形治療探頭,在壓力為2×105 Pa,3×105 Pa,4×105 Pa,頻率為10Hz時,使用高速數(shù)據(jù)采集儀觀察發(fā)散式?jīng)_擊波儀器輸出波形。觀察rESWT不同的探頭在不同工作壓力時,在空

5、氣中沖擊波的傳播形態(tài)和作用距離。
　　我們使用新西蘭大白兔膝關(guān)節(jié)軟骨分離培養(yǎng)出軟骨細胞和軟骨前體細胞,經(jīng)過培養(yǎng)傳代至P2代,使用rESWT對其進行刺激,壓力分組0.8×105 Pa,1.5×105 Pa,2.5×105 Pa,3.5×105 Pa,頻率10Hz,沖擊600次。觀察兩種細胞在rESWT刺激后24h時增殖情況差異,使用增殖活性最高的實驗分組的壓力刺激進行下步實驗。組化染色觀察 rESWT刺激細胞后三系分化情況, Q-P

6、CR測試兩種細胞在rESWT刺激后的細胞內(nèi)軟骨分化相關(guān)mRNA水平的變化。
　　【結(jié)果】在測量rESWT輸出能量時發(fā)現(xiàn),相同的頻率時,不同壓力對輸出能量的影響具有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。使用相同的壓力下,不同頻率對輸出能量的影響有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。較小壓力時(0.5×105 Pa、1.0×105 Pa)隨著頻率的增加,單個脈沖的能量隨著上升;壓力逐漸增加時(2.0×105 Pa、3.5×105 Pa)隨著頻率的增加單

7、個脈沖的能量是逐漸下降的。隨著壓力的增加,每個頻率的單個脈沖的能量都是增加的,頻率越高時其增加的幅度變小。隨著工作壓力的增加,同一沖擊波探頭的作用距離也隨著增加。空氣中沖擊波作用距離從遠到近依次為,36mm平面狀探頭>15mm長形治療探頭>10mm標準治療頭>15mm標準治療頭。15mm長探頭與15mm標準探頭相比,具有更遠的作用距離和更大角度的作用范圍。
　　rESWT刺激軟骨細胞和軟骨前體細胞后24h,CCK-8法測試細胞增殖

8、活性,結(jié)果表明刺激后兩種細胞的增殖活性均增加(P<0.05),軟骨前體細胞比軟骨細胞具有更強的增殖活性(P<0.05)。組化染色結(jié)果可以看到,軟骨細胞分化能力不明顯,軟骨前體細胞在沖擊波刺激和誘導(dǎo)之后,具有較強的分化能力。Q-PCR測試細胞內(nèi)軟骨相關(guān) mRNA表達情況的結(jié)果顯示,無論是否進行軟骨分化誘導(dǎo),1.5×105 Pa組的rESWT刺激均能上調(diào)軟骨分化相關(guān)基因的表達水平(P<0.05),且軟骨前體細胞比軟骨細胞表達相關(guān)基因水平更高