不同強度運動對骨性關節炎大鼠關節液白細胞介素- 1β的影響

周秉正，白倫浩，史秋實，魏迎亮

(中國醫科大學附屬盛京醫院 關節外科運動醫學病房，遼寧 沈陽　110001)

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不同強度運動對骨性關節炎大鼠關節液白細胞介素- 1β的影響

周秉正，白倫浩，史秋實，魏迎亮

(中國醫科大學附屬盛京醫院 關節外科運動醫學病房，遼寧 沈陽110001)

[摘要]目的:探討不同強度運動對骨性關節炎(OA)大鼠關節液中白細胞介素(IL)- 1β的影響。方法:將48只 雄性大鼠隨機分為對照組，低等、中等和高等強度運動組，每組12只。所有大鼠關節腔內注射木瓜蛋白酶誘導OA大鼠模型建立。按照不同強度運動對所有OA大鼠進行為期4周的有氧跑臺運動。4周后取各組OA大鼠后肢關節液，采用酶聯免疫吸附法檢測IL- 1β在OA大鼠關節液中的表達。結果:IL- 1β表達高等強度運動組明顯高于對照組(P<0.05)，中等強度運動組明顯低于對照組(P<0.05)，低等強度運動組雖低于對照組，但差異無統計學(P>0.05)。結論:中等強度的運動可能更加有利于保護OA的關節。

[關鍵詞]運動； 大鼠； 骨性關節炎； 關節液； 白細胞介素- 1β； 表達

骨性關節炎(OA)是臨床上常見的疾病之一，世界衛生組織已將其列為威脅人類健康生命的三大病種之一，骨性關節炎疾病嚴重降低了患者的生活質量，每年消耗了大量的社會和經濟資源。多項動物實驗已證實，高等強度的運動對正常關節具有不可逆的損傷作用，而中、低等運動強度對正常關節具有一定保護作用。國際骨關節炎研究學會(OARSI)也將低等強度有氧運動列入OA患者自我管理項目中。IL- 1β在OA的發病機制中起著重要的作用，對軟骨具有不可逆的損傷，而不同運動對OA的IL- 1β表達有何影響罕見報道。基于此，本研究對不同強度運動對OA大鼠關節液IL- 1β表達的影響作一探討。

1資料和方法

1.1實驗對象

選取2月齡雄性大鼠48只，隨機分為對照組，低等、中等和高等強度運動組并進行尾部編號，每組12只， 大鼠分組后給予自由攝食飲水條件下飼養。

1.2動物模型建立

在無菌條件下用生理鹽水將木瓜蛋白酶配制成2%的溶液，用生理鹽水將L- 半胱氨酸針劑配成0.03 mol·L-1溶液，儲存于4 ℃的冷藏條件下。注射前4 h提前取出，然后將2%木瓜蛋白酶、0.03 mol·L-1L- 半胱氨酸按照2∶1比例混合均勻，半小時后進行關節腔注射[1]。腹腔麻醉成功后，剔除大鼠雙側后肢關節的毛發，安爾碘消毒，屈曲后肢關節45 °后選擇后肢髕韌帶肌腱外側關節間隙處為注射點，用1 ml注射器進針至髁后退針1 mm，注射 0.15 ml 藥液。4 d后再用相同方法注射1次。造模成功后，每組隨機抽取1只大鼠，切開顯露大鼠雙側后肢關節，按照Outerbridge分級標準對軟骨病損程度進行肉眼分級，其中0級為正常關節，1級為輕度OA，2級為中度OA，3、4級為重度OA。動物模型建立標準為Outerbridge分級≥1級。結果達到Outerbridge分級1級2只、2級2只，符合OA動物模型標準。

4周后，所有OA大鼠均未出現關節感染等癥狀，先對所有OA大鼠進行適應性訓練3 d：訓練速度為10 m·min-1，跑臺坡度為0 °，訓練時間為10 min，每天上下午2次，3 d后未發現不適應的OA大鼠。依據Bedford[2]經典運動強度進行為期4周的跑臺訓練。低等強度運動組訓練：速度為15 m·min-1，跑臺坡度為0 °，訓練時間為10 min，每天上午1次；中等高強度運動組訓練：速度為20 m·min-1，跑臺坡度為10 °，訓練時間為20 min，每天上午1次；高等強度運動組訓練：速度為30 m·min-1，跑臺坡度為20 °，訓練時間為30 min、每天上下午兩次。使用小動物專用跑臺訓練，訓練中使用電刺激驅使OA大鼠持續運動直至訓練結束。對照組采用自由攝食飲水條件下無刺激干擾飼養。

1.3實驗對象取材及指標測定

所有OA大鼠結束訓練24 h后取材。腹腔麻醉成功后，用1 ml注射器于髕韌帶外側關節間隙處進針，注射0.5 ml 0.9%生理鹽水，反復被動活動OA大鼠雙側后肢關節，然后抽取灌洗液0.3 ml。取材后將標本放置-70 ℃條件下保存備用并編號。將每份標本稀釋5倍后提取100 μl稀釋液，采用酶聯免疫吸附法檢測IL- 1β在OA大鼠關節液中的表達，操作嚴格按照試劑盒說明書。

1.4統計學處理

2結果

IL- 1β表達高等強度運動組[(52.45±5.69) pg·ml-1]明顯高于對照組[(40.23±2.71) pg·ml-1，t=-8.78，P<0.05]，中等強度運動組[(38.91±2.09) pg·ml-1]明顯低于對照組(t=4.81，P<0.05)，低等強度運動組的IL- 1β表達[(39.41±1.71)pg·ml-1]雖低于對照組，但兩組差異無統計學意義(t=2.88，P>0.05)。

3討論

不同強度運動對關節軟骨的影響也不同，Baur等[3- 4]研究認為，適當強度的運動可以減少人體的軟骨組織內活性氧的含量、增加IL- 10的含量，從而減少OA的發病率。在動物實驗中，長期的高強度運動會導致關節軟骨基質中Ⅱ型膠原減少及軟骨組織結構破壞，進而引起關節軟骨的退變。本研究也證實，高等強度運動的OA大鼠關節液中IL- 1β表達明顯高于對照組。中、低等強度運動對關節軟骨有一定塑形保護作用，增加軟骨中的基質含量，從而可以保護關節軟骨。Otterness 等[5]將大鼠在滾輪跑臺中進行適度的強度運動后發現，大鼠軟骨中的蛋白多糖含量增加，軟骨組織結構破壞減少。Kiviranta等[6]在犬的膝關節主動運動研究中發現，中等強度的運動可以促進犬關節軟骨增厚，軟骨全層蛋白多糖分泌增加。對經過4周適度跑步鍛煉的雄性OA大鼠的研究[7]表明，適當的運動可明顯減小OA大鼠軟骨退變的寬度。

IL- 1β在骨性關節炎的發病機制中起著至關重要的作用[8- 9]，Kamm等[10]在一項對馬的研究中發現，在關節軟骨損傷的情況下，關節液中的IL- 1β的高表達會導致軟骨基質的不可逆修復，從而使軟骨損傷進一步加重，而IL- 1β在OA患者的患肢關節關節液中也呈現高表達。IL- 1β是由單核細胞、巨噬細胞等機體免疫炎性細胞產生[11]，其前體在機體免疫炎性細胞合成后，經細胞內酶切作用而成為成熟的表態排出細胞外。排出細胞外的IL- 1β通過與關節內軟骨細胞和滑膜細胞表面受體結合，促進基質金屬蛋白酶、前列腺素E2、IL- 6、IL- 8和NO等強烈致炎因子的合成，同時也抑制Ⅱ型膠原和蛋白多糖合成及軟骨細胞增殖，造成軟骨損傷。

在2014年 OARSI發布新版OA治療指南中，患者自我管理項目中包括低強度的有氧運動[12]。近年越來越多的研究表明，在軟骨塑形保護方面，中等強度的運動更加利于軟骨從而保護關節。在本研究中也發現，盡管低等強度運動組的IL- 1β表達低于與對照組，但差異卻無統計學意義，而中等強度運動組的IL- 1β的表達明顯低于對照組，差異有統計學意義。因此，我們推斷，中等強度的運動可能更加有利于保護OA的關節。

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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

[中圖分類號]R366

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671- 6264(2016)02- 0196- 03

[通信作者]白倫浩E- mail:bailh@sj- hospital.org

[作者簡介]周秉正(1984-)，男，遼寧大連人，主治醫師,醫學碩士。E- mail：zbzjin3zhuo@163.com

[基金項目]國家自然科學基金(81272050)

[收稿日期]2015- 11- 23[修回日期] 2015- 12- 03

[引文格式] 周秉正，白倫浩，史秋實，等.不同強度運動對骨性關節炎大鼠關節液白細胞介素- 1β的影響[J].東南大學學報:醫學版，2016，35(2)：196- 198.

·論著·