不同強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構的影響

黃偉彥 彭杰威 萬明

【摘要】 目的 分析不同強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構的影響。方法 選取120只清潔級大鼠作為研究對象， 參照嚙齒類動物飼養國家標準， 喂食1周后， 運用隨機分組方法將其分為對照組和觀察組， 每組60只。經過3 d的適應性運動訓練后， 對照組給予低強度跑臺運動訓練， 觀察組給予高強度跑臺運動訓練。觀察兩組大鼠脛骨軟骨下骨松質骨結構、下骨板結構。結果 對照組大鼠松質骨分離度（0.138±0.024）mm顯著低于觀察組大鼠（0.176±0.010）mm， 對照組大鼠松質骨厚度（0.158±0.037）mm顯著大于觀察組大鼠（0.121±0.013）mm， 差異有統計學意義（P<0.05）。觀察組大鼠下骨板孔隙率顯著低于對照組， 而下骨板骨密度、厚度均高于對照組， 差異均有統計學意義（P<0.05）。

結論 跑臺運動強度與大鼠脛骨軟骨下骨三維結構具有明顯的影響， 與低強度跑臺運動相比， 高強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構的影響更加明顯。

【關鍵詞】 跑臺運動;大鼠;脛骨軟骨下骨;三維結構

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

作為脛骨軟骨內穩態的重要調節器， 機械負荷的變化會對脛骨軟骨產生不同的影響[1]。當機械負荷超出閾值后， 脛骨軟骨將形成損傷。為確定不同強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構的影響， 本文以120只大鼠作為實驗對象， 分別以低強度跑臺運動、高強度跑臺運動對大鼠進行訓練， 現報告如下。

1 材料與方法

1. 1 材料 選取120只清潔級大鼠作為實驗對象， 參照國家標準嚙齒類動物飼養標準， 喂食1周后， 運用隨機分組方法將其分為對照組和觀察組， 每組60只。對照組大鼠雌性35只， 雄性25只;體重186～207 g， 平均體重（198.4±6.5）g。觀察組雌性大鼠32只， 雄性大鼠28只;體重191～216 g， 平均體重（201.5±8.3）g。兩組大鼠一般資料比較， 差異無統計學意義（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法

1. 2. 1 低強度跑臺運動方法 對照組實施低強度跑臺運動訓練。正式訓練前， 為大鼠提供適應性運動訓練， 即于0°跑臺上， 按照10 m/min的速度進行訓練， 適應訓練時間為20 min/d， 共持續3 d。適應期結束后， 將大鼠的跑臺運動條件調整為0°坡度， 15.2 m/min， 1 h/d， 5 d/周， 共持續8周。

1. 2. 2 高強度跑臺運動方法 觀察組實施高強度跑臺運動訓練， 具體流程如下：①適應性運動方法。觀察組的適應性運動方法同對照組。②高強度跑臺運動方法。于10°坡度跑臺上， 要求大鼠按照15 m/min的速度運動， 持續10 min后， 按照每分鐘增加1 m的頻率逐漸將運動速度調整為26.8 m/min， 運動頻率、運動周期均同對照組。

1. 2. 3 大鼠脛骨軟骨下骨標本采集方法 8周跑臺運動訓練完成后， 實施標本采集。以0.3%濃度戊巴比妥鈉行富強麻醉， 麻醉生效后， 運用頸椎脫臼法將大鼠處死。切開大鼠膝關節筋膜， 鈍性分離肌肉， 止血后于大鼠膝關節上方剪斷股骨， 剖開關節囊， 剔除多余軟組織后， 取出大鼠左側脛骨及右側脛骨。

1. 2. 4 脛骨軟骨下骨三維結構分析方法 通過微CT掃描儀對大鼠脛骨標本行Micro-CT檢測：平置脛骨標本并進行固定， 以0.6°/次轉速行180°掃描。掃描條件為100 μA、88 V、560 ms（1次曝光時間）。

1. 3 觀察指標 ①觀察大鼠脛骨軟骨下骨松質骨結構， 評分項包含分離度與厚度。為了便于統計， 本次實驗取大鼠脛骨軟骨下骨松質骨內側、外側的分離度及厚度均值進行比較。②觀察大鼠脛骨軟骨下骨板結構， 評分項包含孔隙率、骨密度以及厚度。

1. 4 統計學方法 采用SPSS24.0統計學軟件對數據進行統計分析。計量資料以均數± 標準差 （ x-±s）表示， 采用t檢驗;計數資料采用χ2 檢驗。P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2. 1 大鼠脛骨軟骨下骨松質骨結構 對照組大鼠松質骨分離度（0.138±0.024）mm顯著低于觀察組大鼠（0.176±0.010）mm， 對照組大鼠松質骨厚度（0.158±0.037）mm顯著大于觀察組大鼠（0.121±0.013）mm， 差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

2. 2 大鼠脛骨軟骨下骨板結構 對照組大鼠下骨板孔隙率顯著高于觀察組大鼠， 而下骨板骨密度、厚度均低于觀察組大鼠， 差異均有統計學意義（P<0.05）。見表2。

3 討論

3. 1 脛骨軟骨下骨結構 下骨板、松質骨是脛骨軟骨下骨的重要組成元素[2-5]。在運動過程中， 關節面承受運動產生的壓力， 并將其傳到至脛骨軟骨下骨， 借助軟骨下骨的緩沖功能， 保證關節軟骨不受損害[6-9]。當運動強度發生變化時， 軟骨下骨承受的壓力也會產生一定變化。當壓力超出軟骨下骨的緩沖功能范圍時可能引發軟骨下骨變形[2， 10]， 嚴重影響關節的正常活動功能。

3. 2 不同強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構的影響 上述研究表明， 與低強度跑臺運動相比， 高強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨松質骨、下骨板的影響更加明顯， 即高強度跑臺運動可引發明顯的脛骨軟骨下骨三維結構變化。對照組大鼠松質骨分離度（0.138±0.024）mm顯著低于觀察組大鼠（0.176±0.010）mm， 對照組大鼠松質骨厚度（0.158±0.037）mm顯著大于觀察組大鼠（0.121±0.013）mm， 差異有統計學意義（P<0.05）。觀察組大鼠下骨板孔隙率顯著低于對照組， 而下骨板骨密度、厚度均高于對照組， 差異均有統計學意義（P<0.05）。為避免軟骨損傷應盡量減少高強度跑臺運動。

綜上所述， 不同強度跑臺運動對大鼠脛骨軟骨下骨三維結構產生的影響作用具有強度依賴性特征， 減少高強度跑臺運動具有一定的必要性。

參考文獻

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[收稿日期：2017-11-15]