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)
【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)