不同强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构的影响

黄伟彦 彭杰威 万明

【摘要】 目的 分析不同強度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构的影响。方法 选取120只清洁级大鼠作为研究对象， 参照啮齿类动物饲养国家标准， 喂食1周后， 运用随机分组方法将其分为对照组和观察组， 每组60只。经过3 d的适应性运动训练后， 对照组给予低强度跑台运动训练， 观察组给予高强度跑台运动训练。观察两组大鼠胫骨软骨下骨松质骨结构、下骨板结构。结果 对照组大鼠松质骨分离度（0.138±0.024）mm显著低于观察组大鼠（0.176±0.010）mm， 对照组大鼠松质骨厚度（0.158±0.037）mm显著大于观察组大鼠（0.121±0.013）mm， 差异有统计学意义（P<0.05）。观察组大鼠下骨板孔隙率显著低于对照组， 而下骨板骨密度、厚度均高于对照组， 差异均有统计学意义（P<0.05）。

结论 跑台运动强度与大鼠胫骨软骨下骨三维结构具有明显的影响， 与低强度跑台运动相比， 高强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构的影响更加明显。

【关键词】 跑台运动;大鼠;胫骨软骨下骨;三维结构

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2018.07.115

【Abstract】 Objective To analyze the effect of treadmill exercise at different intensities on the three-dimensional structure of tibial subchondral bone in rats. Methods A total of 120 clean-grade rats as study subjects were fed for 1 week according to the rodent feeding national standard， and they were divided by random grouping method into control group and observation group， with 60 rats in each group. After 3 d of adaptive exercise training， the control group received low intensity treadmill exercise training. The observation group received high intensity treadmill exercise training. The tibial subchondral cancellous bone structure and inferior bone plate structure of the two groups were observed. Results The control group had obviously lower cancellous bone separation as （0.138±0.024） mm than （0.176±0.010） mm in the observation group， and the control group had obviously larger cancellous bone thickness as （0.158±0.037） mm than （0.121±0.013） mm in the observation group. Their difference was statistically significant （P<0.05）. The observation group had obviously lower porosity of the lower bone plate than the control group， and higher bone density and thickness of the lower bone plate than the control group. Their difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion There was obvious effect of treadmill exercise intensity on three-dimensional structure of tibial subchondral bone in rats. Compared with low intensity treadmill exercise， high-intensity treadmill exercise had a more significant effect on the three-dimensional structure of tibial subchondral bone in rats.

【Key words】 Treadmill exercise; Rats; Tibial subchondral bone; Three-dimensional structure

作为胫骨软骨内稳态的重要调节器， 机械负荷的变化会对胫骨软骨产生不同的影响[1]。当机械负荷超出阈值后， 胫骨软骨将形成损伤。为确定不同强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构的影响， 本文以120只大鼠作为实验对象， 分别以低强度跑台运动、高强度跑台运动对大鼠进行训练， 现报告如下。

1 材料与方法

1. 1 材料 选取120只清洁级大鼠作为实验对象， 参照国家标准啮齿类动物饲养标准， 喂食1周后， 运用随机分组方法将其分为对照组和观察组， 每组60只。对照组大鼠雌性35只， 雄性25只;体重186～207 g， 平均体重（198.4±6.5）g。观察组雌性大鼠32只， 雄性大鼠28只;体重191～216 g， 平均体重（201.5±8.3）g。两组大鼠一般资料比较， 差异无统计学意义（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法

1. 2. 1 低强度跑台运动方法 对照组实施低强度跑台运动训练。正式训练前， 为大鼠提供适应性运动训练， 即于0°跑台上， 按照10 m/min的速度进行训练， 适应训练时间为20 min/d， 共持续3 d。适应期结束后， 将大鼠的跑台运动条件调整为0°坡度， 15.2 m/min， 1 h/d， 5 d/周， 共持续8周。

1. 2. 2 高强度跑台运动方法 观察组实施高强度跑台运动训练， 具体流程如下：①适应性运动方法。观察组的适应性运动方法同对照组。②高强度跑台运动方法。于10°坡度跑台上， 要求大鼠按照15 m/min的速度运动， 持续10 min后， 按照每分钟增加1 m的频率逐渐将运动速度调整为26.8 m/min， 运动频率、运动周期均同对照组。

1. 2. 3 大鼠胫骨软骨下骨标本采集方法 8周跑台运动训练完成后， 实施标本采集。以0.3%浓度戊巴比妥钠行富强麻醉， 麻醉生效后， 运用颈椎脱臼法将大鼠处死。切开大鼠膝关节筋膜， 钝性分离肌肉， 止血后于大鼠膝关节上方剪断股骨， 剖开关节囊， 剔除多余软组织后， 取出大鼠左侧胫骨及右侧胫骨。

1. 2. 4 胫骨软骨下骨三维结构分析方法 通过微CT扫描仪对大鼠胫骨标本行Micro-CT检测：平置胫骨标本并进行固定， 以0.6°/次转速行180°扫描。扫描条件为100 μA、88 V、560 ms（1次曝光时间）。

1. 3 观察指标 ①观察大鼠胫骨软骨下骨松质骨结构， 评分项包含分离度与厚度。为了便于统计， 本次实验取大鼠胫骨软骨下骨松质骨内侧、外侧的分离度及厚度均值进行比较。②观察大鼠胫骨软骨下骨板结构， 评分项包含孔隙率、骨密度以及厚度。

1. 4 统计学方法 采用SPSS24.0统计学软件对数据进行统计分析。计量资料以均数± 标准差 （ x-±s）表示， 采用t检验;计数资料采用χ2 检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2. 1 大鼠胫骨软骨下骨松质骨结构 对照组大鼠松质骨分离度（0.138±0.024）mm显著低于观察组大鼠（0.176±0.010）mm， 对照组大鼠松质骨厚度（0.158±0.037）mm显著大于观察组大鼠（0.121±0.013）mm， 差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

2. 2 大鼠胫骨软骨下骨板结构 对照组大鼠下骨板孔隙率显著高于观察组大鼠， 而下骨板骨密度、厚度均低于观察组大鼠， 差异均有统计学意义（P<0.05）。见表2。

3 讨论

3. 1 胫骨软骨下骨结构 下骨板、松质骨是胫骨软骨下骨的重要组成元素[2-5]。在运动过程中， 关节面承受运动产生的压力， 并将其传到至胫骨软骨下骨， 借助软骨下骨的缓冲功能， 保证关节软骨不受损害[6-9]。当运动强度发生变化时， 软骨下骨承受的压力也会产生一定变化。当压力超出软骨下骨的缓冲功能范围时可能引发软骨下骨变形[2， 10]， 严重影响关节的正常活动功能。

3. 2 不同强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构的影响 上述研究表明， 与低强度跑台运动相比， 高强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨松质骨、下骨板的影响更加明显， 即高强度跑台运动可引发明显的胫骨软骨下骨三维结构变化。对照组大鼠松质骨分离度（0.138±0.024）mm显著低于观察组大鼠（0.176±0.010）mm， 对照组大鼠松质骨厚度（0.158±0.037）mm显著大于观察组大鼠（0.121±0.013）mm， 差异有统计学意义（P<0.05）。观察组大鼠下骨板孔隙率顯著低于对照组， 而下骨板骨密度、厚度均高于对照组， 差异均有统计学意义（P<0.05）。为避免软骨损伤应尽量减少高强度跑台运动。

综上所述， 不同强度跑台运动对大鼠胫骨软骨下骨三维结构产生的影响作用具有强度依赖性特征， 减少高强度跑台运动具有一定的必要性。

参考文献

[1] 李哲. 不同强度跑台运动对大鼠软骨下骨结构及成分影响的研究. 南方医科大学， 2015.

[2] 徐镭. 制动对大鼠膝关节软骨和软骨下骨的时空影响. 南方医科大学， 2016.

[3] 李哲， 徐镭， 倪国新. 不同强度跑台运动对大鼠软骨下骨三维结构的影响. 中华物理医学与康复杂志， 2016， 38（11）：803-806.

[4] 周月珠， 雷蕾， 刘圣耀， 等. 不同强度跑台运动对大鼠膝关节软骨Ⅱ型胶原纤维的影响. 中华物理医学与康复杂志， 2016， 38（11）：807-812.

[5] 李哲， 刘圣曜， 倪国新. 不同强度跑台运动对大鼠骨成分变化的影响. 中华创伤骨科杂志， 2015， 17（4）：322-325.

[6] 乔盼迪. 跑台运动对生长期大鼠长骨生长的影响及机理研究. 首都体育学院， 2016.

[7] 房冬梅. 不同模式的跑台运动对生长期大鼠长骨骨矿含量和力学特性的影响. 体育科学， 2009， 29（6）：73-76.

[8] 雷蕾. 不同强度跑台运动对大鼠关节软骨形态学及润滑素代谢的影响. 福建医科大学， 2012.

[9] 章晓霜， 李青南， 胡彬， 等. 不同强度跑台运动与雌激素联合作用对实验性骨质疏松大鼠骨量的影响. 中国康复医学杂志， 2002， 17（2）：75-77.

[10] 詹荔琼， 党娜， 高美钦， 等. 大鼠膝关节软骨与不同强度跑台运动的影响. 中国组织工程研究， 2012， 16（20）：3634-3638.

[收稿日期：2017-11-15]