辛伐他汀对兔急性肩袖损伤修复术后生物力学的影响

李肯　王晓龙　赵夏　闫明童　于腾波

[摘要]目的评估辛伐他汀对兔急性肩袖损伤修复术后力学性能的恢复效果。

方法将54只成年雄性新西兰大耳白兔随机分为3组，每组18只。实验组在肱骨大结节骨槽上注射辛伐他汀/甲基纤维素凝胶并行腱骨缝合；实验对照组注射甲基纤维素凝胶并行腱骨缝合；空白对照组不给予任何干预措施行腱骨缝合。每组分别于术后4、8、12周各处死6只兔行生物力学检测。

结果肉眼观察显示，所有兔术后一般情况良好；术后4周，实验组部分兔腱骨界面可见炎症反应，其余两组可见腱骨分离；术后8周及12周，实验组腱骨结合紧密，其余两组腱骨结合疏松。生物力学测试显示，3组术后腱骨界面的最大载荷及刚度随着时间的延长而不断增强，差异有统计学意义（F=75.026～219.933，P<0.05）；术后4周，3组腱骨界面的最大载荷及刚度比较差异均无显著性（P>0.05）；术后8周及12周，实验组腱骨界面的最大载荷及刚度显著高于其余两组（F=5.452～36.928，P<0.05），而实验对照组与空白对照组比较差异无显著性（P>0.05）。

结论辛伐他汀可增强兔急性肩袖损伤术后腱骨界面的生物力学强度，对腱骨愈合具有促进作用。

[关键词]辛伐他汀；甲基纤维素；凝胶类；肩关节；腱损伤；腱骨愈合；生物力学

[中图分类号]R686.5

[文献标志码]A

[文章编号] 20965532（2018）02020605

急性肩袖肌腱损伤是运动医学科常见的疾病，多与劳动作业损伤、运动损伤以及车祸创伤有关。目前该病传统的手术方法是关节镜下肩袖损伤修复术，但术后再次撕裂的发生率较高（20%～90%）[1]，这与肩袖修复术后腱骨界面的抗拉強度难以恢复到正常水平有关。如何更好地促进肩袖止点的腱骨愈合，提高腱骨界面的生物力学强度成为运动医学科的研究热点。辛伐他汀属于HMGCoA还原酶抑制剂，是临床上常用的降脂药[23]。有研究表明，辛伐他汀可以提高兔前交叉韧带重建术后腱骨界面的生物力学性能，对腱骨愈合具有明显的促进作用[4]。但辛伐他汀对肩袖损伤修复术后腱骨愈合的影响，目前国内外缺乏相关研究。本研究通过建立兔急性肩袖损伤修复模型，探讨辛伐他汀对兔急性肩袖损伤术后腱骨界面力学性能的恢复效果。

1材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验动物健康成年雄性新西兰大耳白兔54只（青岛大学动物实验中心提供），实验前饲养观察1周确认饮食活动正常。

1.1.2药物和仪器辛伐他汀（杭州默沙东制药有限公司），甲基纤维素（上海迈瑞尔化学技术有限公司）；美国Instron3300万能材料试验机（青岛大学提供）。

1.2实验方法

1.2.1辛伐他汀/甲基纤维素凝胶的制备将4 g甲基纤维素（4 000 mPa·s）溶解于100 mL沸蒸馏水中，冷却至室温，配制成40 g/L的甲基纤维素凝胶备用。将5 g/L的辛伐他汀无水乙醇溶液加入到甲基纤维素凝胶中，使辛伐他汀的最终浓度为1 g/L，4 ℃冰箱保存备用[56]。

1.2.2动物分组及处理将54只兔随机分为实验组、实验对照组和空白对照组，每组18只。术前臀部注射40万单位青霉素预防感染，耳缘静脉缓慢推注100 g/L水合氯醛（2.5 mL/kg），麻醉成功后备皮、消毒、铺无菌巾。取所有兔的左肩关节作为手术侧，沿兔肱骨大结节冈上肌足印区作2 cm长的纵形切口，逐层分离皮下组织、三角肌，暴露冈上肌。自大结节足印区锐性切断冈上肌，并切除0.5 cm×0.5 cm的肌腱组织，用牙科磨钻在冈上肌足印区打磨一8 mm长、2 mm宽、2 mm深的骨槽，用直径为0.8 mm的克氏针自骨槽内侧向大结节皮质方向钻两个骨孔。实验组缓缓注入0.5 mL辛伐他汀/甲基纤维素凝胶使其均匀填充于骨槽内，实验对照组注入0.5 mL甲基纤维素凝胶，空白对照组不注入任何药物。采用水平褥式缝合法将冈上肌肌腱断端拉回骨槽，并在肱骨大结节外侧皮质打结固定。术后3 d每天注射40万单位青霉素预防感染；兔单笼限制性饲养，无须制动固定。

1.2.3标本采集术后4、8、12周每组各处死6只兔，以左肩关节冈上肌止点为中心，截取带有完整冈上肌的近端肱骨，剔除其余软组织行生物力学测试。

1.2.4生物力学检测将标本的两端固定在Instron3300万能材料试验机的上下两个夹具上，每个标本先以5 N的拉力预处理3 min，然后行拉断

测试，载荷率为5 mm/min。将冈上肌腱被拉断时

的加载负荷作为最大载荷，将载荷位移曲线的线性斜率作为刚度。

1.3统计学处理

采用SPSS 16.0软件进行统计学处理，所得正态分布的计量资料以[AKx-D]±s形式表示，组间均数比较采用析因设计的方差分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1肉眼观察

所有兔术后一般情况良好。术后1周拆线后，切口愈合可，未见红肿、感染及脓血性渗出。术后4周，3组兔术侧肩关节滑膜增生明显且关节腔积液较多，冈上肌止点周围可见大量瘢痕组织增生包裹；实验组部分兔腱骨界面可见炎症反应及肉芽组织增生，其余两组冈上肌止点呈腱骨分离状态。术后8周及12周，实验组腱骨界面愈合可，肌腱与骨结合紧密，未见明显炎症反应及滑膜增生；其余两组腱骨界面愈合不良，肌腱与骨结合较为疏松，组织粘连较重。

2.2生物力学测试

最大载荷（F=9.860，P<0.05）及刚度（F=4.819，P<0.05）的时间与组别存在交互效应。单独效应分析显示，3组术后腱骨界面的最大载荷及刚度随着时间点的延长而不断增强，差异有统计学意义（F=75.026～219.933，P<0.05）；术后4周，3组腱骨界面的最大载荷及刚度比较差异均无显著性（P>0.05）；术后8周及12周，实验组腱骨界面的最大载荷及刚度均显著高于另两组（F=5.452～36.928，P<0.05），而实验对照组与空白对照组比较差异无显著性（P>0.05）。见表1、2。

3讨论

肩袖修复术后由于腱骨愈合不良导致再次撕裂的情况屡见不鲜，这主要与肩袖肌腱血供不畅、脂肪浸润、萎缩变性以及肌腱与骨以纤维瘢痕组织粘连有关[7]。肩袖损伤以冈上肌损伤最为常见，损伤部位大多位于距肱骨大结节止点1 cm处[89]。正常的肩袖止点又称为直接止点，包括肌腱、未矿化的纤维软骨、矿化的纤维软骨和骨组织4个区域[10]，其刚度自肌腱到骨是逐渐增加的。直接止点具有“缓冲垫”的作用，能够减少应力集中，降低肌腱的牵张负荷。而肩袖损伤修复术后往往难以形成直接止点，腱骨界面的抗拉强度难以恢复到原有水平，肌腱与骨多以纤维瘢痕组织粘连，稳固性大大降低，导致再次撕裂的发生率增高。因此，恢复腱骨界面的直接止点结构十分重要。然而，直接止点结构的恢复时间十分漫长，需经历缺血坏死、再血管化、胶原纤维爬行替代等一系列复杂改变[11]。徐雁等[12]的研究表明，直接止点的形成需要52周的时间。所以如何促进腱骨愈合成为运动医学科的研究热点。

目前常用的促进腱骨愈合的方法有应用转化生长因子β（TGFβ）、间充质干细胞、冲击波、生物活性材料等[1317]。近年来有研究表明，辛伐他汀具有促进兔下颌骨骨折愈合的效果[18]。SUN等[19]研究证实，辛伐他汀对兔前交叉韧带重建术后正常腱骨止点的形成及生物力学特性的恢复具有一定的效果。也有研究表明，辛伐他汀可以通过诱导骨形成蛋白2以及血管内皮生长因子等生长因子的表达来增强骨形成[2021]。另外，辛伐他汀还可以上调骨骼肌蛋白、骨钙素和Ⅰ型胶原蛋白的表达，加速新骨形成。本实验结果显示，术后4周时实验组腱骨界面存在炎症反应，这是由于辛伐他汀具有一定的致炎作用，在肩袖愈合的早期，它可以调节各种炎性细胞在趋化因子的作用下向腱骨界面迁移从而引发炎症反应。其中巨噬细胞可以吞噬坏死的韧带组织和细胞碎屑，激活成纤维细胞向腱骨界面迁移，诱导Ⅰ型胶原纤维的合成。有研究表明，肩袖修复术后腱骨界面力学性能的恢复与纤维软骨层的形成密不可分[22]，而钙化的纤维软骨层主要含有Ⅱ型和Ⅹ型胶原[23]。本实验选用最大载荷及刚度作为生物力学测试参数，其中最大载荷可反映肌腱所能承受的最大力量，刚度是反映组织弹性变形难易程度的一个指标。生物力学检测显示，术后4周，实验组腱骨界面的最大载荷及刚度与实验对照组及空白对照组差别不大。这可能与腱骨界面未形成牢固的纤维软骨带，肌腱与骨多以纤维瘢痕组织粘连有关。瘢痕组织的形成与成纤维细胞增殖及细胞外基质的分泌有关。瘢痕组织中主要含有Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原[24]。Ⅰ型胶原粗大且具有较高的张力，但僵硬度高不易伸展，Ⅲ型胶原柔韧性好但较为纤细。在瘢痕组织增生期主要以Ⅰ型胶原增生為主，所以瘢痕组织虽坚韧但缺乏弹性，抗拉力弱，刚度低，容易导致再次撕裂。而在瘢痕消退期，Ⅰ/Ⅲ型胶原比值逐渐降低[25]。另外，瘢痕纤维化与TGFβ1密切相关，TGFβ1可以促进瘢痕组织增生[26]。有研究结果表明，TGFβ1可促使成纤维细胞增殖分化、促进胶原合成，抑制胶原降解[27]。TGFβ1的表达在术后10 d左右达到高峰并一直持续到术后3～4周，随后逐渐降低[28]。本实验术后4周正是TGFβ1的高度表达期，腱骨界面有大量瘢痕组织增生，导致两组的生物力学测试结果差别不大。而随着时间的延长，TGFβ1的表达逐渐降低，腱骨界面由瘢痕增生期逐渐过渡到纤维软骨形成期，纤维软骨带逐渐长入腱骨界面。本文结果显示，随着术后时间的推移，实验组的最大载荷及刚度逐渐增加，推测腱骨界面已逐渐形成富含Sharpey纤维的软骨性骨痂并进一步软骨内成骨。在术后8周及12周，实验组的最大载荷及刚度均明显高于实验对照组及空白对照组，证明辛伐他汀能够增强成骨作用，提高腱骨界面的生物力学强度。

辛伐他汀口服后须经过肝脏的首过消除，到达体循环不足5%，生物利用率低[29]。而超大剂量应用辛伐他汀会增加肝衰竭、肾脏疾病、横纹肌溶解等风险[30]。本研究在动物模型中使用具有缓释作用的甲基纤维素凝胶作为载体，具有良好的组织相容性及生物安全性，避免了药效的流失。有研究表明，0.5 mg的辛伐他汀在促进骨愈合的同时能够降低炎症反应的发生[31]。因此，本实验选用0.5 mg的辛伐他汀作为给药剂量，达到了促进腱骨愈合的效果。另外，本实验选取兔作为动物模型，是因为兔肩袖的解剖解构与人类相似，且价格低廉、易于造模。由于本实验样本较少，观察时间较短且辛伐他汀剂量单一，下一步将增加样本量并采用多个剂量辛伐他汀进行研究。

综上所述，本实验通过建立兔肩袖损伤修复模型，证明辛伐他汀能够促进兔急性肩袖肌腱损伤术后腱骨界面纤维软骨层的形成，明显提高腱骨界面的最大载荷及刚度，促进腱骨愈合及生物力学性能的恢复。此外，辛伐他汀凝胶制备简单，材料安全且价格低廉，术后不良反应少，可以为临床提供一种新的治疗方式。

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