不同强度运动对骨性关节炎大鼠关节液白细胞介素- 1β的影响

周秉正，白伦浩，史秋实，魏迎亮

(中国医科大学附属盛京医院 关节外科运动医学病房，辽宁 沈阳　110001)



不同强度运动对骨性关节炎大鼠关节液白细胞介素- 1β的影响

周秉正，白伦浩，史秋实，魏迎亮

(中国医科大学附属盛京医院 关节外科运动医学病房，辽宁 沈阳110001)

[摘要]目的:探讨不同强度运动对骨性关节炎(OA)大鼠关节液中白细胞介素(IL)- 1β的影响。方法:将48只 雄性大鼠随机分为对照组，低等、中等和高等强度运动组，每组12只。所有大鼠关节腔内注射木瓜蛋白酶诱导OA大鼠模型建立。按照不同强度运动对所有OA大鼠进行为期4周的有氧跑台运动。4周后取各组OA大鼠后肢关节液，采用酶联免疫吸附法检测IL- 1β在OA大鼠关节液中的表达。结果:IL- 1β表达高等强度运动组明显高于对照组(P<0.05)，中等强度运动组明显低于对照组(P<0.05)，低等强度运动组虽低于对照组，但差异无统计学(P>0.05)。结论:中等强度的运动可能更加有利于保护OA的关节。

[关键词]运动； 大鼠； 骨性关节炎； 关节液； 白细胞介素- 1β； 表达

骨性关节炎(OA)是临床上常见的疾病之一，世界卫生组织已将其列为威胁人类健康生命的三大病种之一，骨性关节炎疾病严重降低了患者的生活质量，每年消耗了大量的社会和经济资源。多项动物实验已证实，高等强度的运动对正常关节具有不可逆的损伤作用，而中、低等运动强度对正常关节具有一定保护作用。国际骨关节炎研究学会(OARSI)也将低等强度有氧运动列入OA患者自我管理项目中。IL- 1β在OA的发病机制中起着重要的作用，对软骨具有不可逆的损伤，而不同运动对OA的IL- 1β表达有何影响罕见报道。基于此，本研究对不同强度运动对OA大鼠关节液IL- 1β表达的影响作一探讨。

1资料和方法

1.1实验对象

选取2月龄雄性大鼠48只，随机分为对照组，低等、中等和高等强度运动组并进行尾部编号，每组12只， 大鼠分组后给予自由摄食饮水条件下饲养。

1.2动物模型建立

在无菌条件下用生理盐水将木瓜蛋白酶配制成2%的溶液，用生理盐水将L- 半胱氨酸针剂配成0.03 mol·L-1溶液，储存于4 ℃的冷藏条件下。注射前4 h提前取出，然后将2%木瓜蛋白酶、0.03 mol·L-1L- 半胱氨酸按照2∶1比例混合均匀，半小时后进行关节腔注射[1]。腹腔麻醉成功后，剔除大鼠双侧后肢关节的毛发，安尔碘消毒，屈曲后肢关节45 °后选择后肢髌韧带肌腱外侧关节间隙处为注射点，用1 ml注射器进针至髁后退针1 mm，注射 0.15 ml 药液。4 d后再用相同方法注射1次。造模成功后，每组随机抽取1只大鼠，切开显露大鼠双侧后肢关节，按照Outerbridge分级标准对软骨病损程度进行肉眼分级，其中0级为正常关节，1级为轻度OA，2级为中度OA，3、4级为重度OA。动物模型建立标准为Outerbridge分级≥1级。结果达到Outerbridge分级1级2只、2级2只，符合OA动物模型标准。

4周后，所有OA大鼠均未出现关节感染等症状，先对所有OA大鼠进行适应性训练3 d：训练速度为10 m·min-1，跑台坡度为0 °，训练时间为10 min，每天上下午2次，3 d后未发现不适应的OA大鼠。依据Bedford[2]经典运动强度进行为期4周的跑台训练。低等强度运动组训练：速度为15 m·min-1，跑台坡度为0 °，训练时间为10 min，每天上午1次；中等高强度运动组训练：速度为20 m·min-1，跑台坡度为10 °，训练时间为20 min，每天上午1次；高等强度运动组训练：速度为30 m·min-1，跑台坡度为20 °，训练时间为30 min、每天上下午两次。使用小动物专用跑台训练，训练中使用电刺激驱使OA大鼠持续运动直至训练结束。对照组采用自由摄食饮水条件下无刺激干扰饲养。

1.3实验对象取材及指标测定

所有OA大鼠结束训练24 h后取材。腹腔麻醉成功后，用1 ml注射器于髌韧带外侧关节间隙处进针，注射0.5 ml 0.9%生理盐水，反复被动活动OA大鼠双侧后肢关节，然后抽取灌洗液0.3 ml。取材后将标本放置-70 ℃条件下保存备用并编号。将每份标本稀释5倍后提取100 μl稀释液，采用酶联免疫吸附法检测IL- 1β在OA大鼠关节液中的表达，操作严格按照试剂盒说明书。

1.4统计学处理

2结果

IL- 1β表达高等强度运动组[(52.45±5.69) pg·ml-1]明显高于对照组[(40.23±2.71) pg·ml-1，t=-8.78，P<0.05]，中等强度运动组[(38.91±2.09) pg·ml-1]明显低于对照组(t=4.81，P<0.05)，低等强度运动组的IL- 1β表达[(39.41±1.71)pg·ml-1]虽低于对照组，但两组差异无统计学意义(t=2.88，P>0.05)。

3讨论

不同强度运动对关节软骨的影响也不同，Baur等[3- 4]研究认为，适当强度的运动可以减少人体的软骨组织内活性氧的含量、增加IL- 10的含量，从而减少OA的发病率。在动物实验中，长期的高强度运动会导致关节软骨基质中Ⅱ型胶原减少及软骨组织结构破坏，进而引起关节软骨的退变。本研究也证实，高等强度运动的OA大鼠关节液中IL- 1β表达明显高于对照组。中、低等强度运动对关节软骨有一定塑形保护作用，增加软骨中的基质含量，从而可以保护关节软骨。Otterness 等[5]将大鼠在滚轮跑台中进行适度的强度运动后发现，大鼠软骨中的蛋白多糖含量增加，软骨组织结构破坏减少。Kiviranta等[6]在犬的膝关节主动运动研究中发现，中等强度的运动可以促进犬关节软骨增厚，软骨全层蛋白多糖分泌增加。对经过4周适度跑步锻炼的雄性OA大鼠的研究[7]表明，适当的运动可明显减小OA大鼠软骨退变的宽度。

IL- 1β在骨性关节炎的发病机制中起着至关重要的作用[8- 9]，Kamm等[10]在一项对马的研究中发现，在关节软骨损伤的情况下，关节液中的IL- 1β的高表达会导致软骨基质的不可逆修复，从而使软骨损伤进一步加重，而IL- 1β在OA患者的患肢关节关节液中也呈现高表达。IL- 1β是由单核细胞、巨噬细胞等机体免疫炎性细胞产生[11]，其前体在机体免疫炎性细胞合成后，经细胞内酶切作用而成为成熟的表态排出细胞外。排出细胞外的IL- 1β通过与关节内软骨细胞和滑膜细胞表面受体结合，促进基质金属蛋白酶、前列腺素E2、IL- 6、IL- 8和NO等强烈致炎因子的合成，同时也抑制Ⅱ型胶原和蛋白多糖合成及软骨细胞增殖，造成软骨损伤。

在2014年 OARSI发布新版OA治疗指南中，患者自我管理项目中包括低强度的有氧运动[12]。近年越来越多的研究表明，在软骨塑形保护方面，中等强度的运动更加利于软骨从而保护关节。在本研究中也发现，尽管低等强度运动组的IL- 1β表达低于与对照组，但差异却无统计学意义，而中等强度运动组的IL- 1β的表达明显低于对照组，差异有统计学意义。因此，我们推断，中等强度的运动可能更加有利于保护OA的关节。

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Effect of different intensity exercise on interleukin- 1βin >the synovial fluid of osteoarthritis rats

ZHOU Bing- zheng，BAI Lun- hao，SHI Qiu- shi，WEI Ying- liang

(DepartmentofJointSurger&SportsMedical，ShengjingHospital，ChinaMedicalUniversity，Shenyang110001，China)

[Abstract]Objective： To investigate the effect of different exercise intensity on interleukin(IL)- 1β in the synovial fluid of osteoarthritis(OA)rats. Methods: Fourty- eight male rats were divided into control group， low intensity exercise group， moderate intensity exercise group and high intensity exercise group， each group was 12 rats. Papain was injected to induce the model of OA. All the rats were trained with different exercise intensity. After 4 weeks， the synovial fluid was extracted from hind limbs. The expression of IL- 1β in the synovial fluid of OA rats was detected by ELISA. Results: Expression of IL- 1β in the high intensity exercise group was higher than that in control group(P<0.05).Expression of IL- 1β in the moderate intensity exercise group was lower than that of control group(P<0.05).Expression of IL- 1β in the low intensity exercise group was lower than that in control group but there was no statistically difference(P>0.05). Conclusion: Moderate intensity of exercise may be more conducive to protect the osteoarthritis of the joints．

[Key words]exercise; rat; osteoarthritis; synovial fluid; interleukin- 1β; expression

doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.009

[中图分类号]R366

[文献标识码]A

[文章编号]1671- 6264(2016)02- 0196- 03

[通信作者]白伦浩E- mail:bailh@sj- hospital.org

[作者简介]周秉正(1984-)，男，辽宁大连人，主治医师,医学硕士。E- mail：zbzjin3zhuo@163.com

[基金项目]国家自然科学基金(81272050)

[收稿日期]2015- 11- 23[修回日期] 2015- 12- 03

[引文格式] 周秉正，白伦浩，史秋实，等.不同强度运动对骨性关节炎大鼠关节液白细胞介素- 1β的影响[J].东南大学学报:医学版，2016，35(2)：196- 198.

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