骨性關(guān)節(jié)炎軟骨退化的超聲定量評價研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨是表面光滑，具有粘彈性的生物承重組織。關(guān)節(jié)軟骨在關(guān)節(jié)活動中起重要作用，它的結(jié)構(gòu)非常精細(xì)和科學(xué)，以適應(yīng)不同的功能需要。關(guān)節(jié)軟骨退化、骨性關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritic，OA）是一種常見的肌肉骨骼系統(tǒng)疾病，發(fā)病率高，修復(fù)困難，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，同時給社會帶來負(fù)擔(dān)。關(guān)節(jié)軟骨主要由細(xì)胞外基質(zhì)與分散在其中的高度特異性的軟骨細(xì)胞組成，主要成分是占軟骨組織凈重60～80％的含多種離子的水、5～10％的蛋白多糖、10～20％的Ⅱ型膠

2、原蛋白、少量的糖蛋白及其它蛋白。蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白在保持關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)方面起重要作用。關(guān)節(jié)軟骨組織衰退是關(guān)節(jié)疼痛和功能喪失的首要原因，且關(guān)節(jié)軟骨一旦損傷就不易愈合。加之，因關(guān)節(jié)面不光滑，會進(jìn)一步加快關(guān)節(jié)退變，出現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎疾病。超聲是一種重要的定位診斷方法，可以無損地探測生物組織內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，且超聲成像具有實時、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，采用高頻換能器的超聲成像具有高分辨率，可以提供更多關(guān)于軟組織的形態(tài)、聲學(xué)和力學(xué)信息，近年來高頻超聲已

3、被用于研究軟骨的成熟度、軟骨形態(tài)、軟骨組織修復(fù)以及組織的定量評估，并與壓痕、壓縮等實驗技術(shù)相結(jié)合，用于測量軟骨組織的彈性。由于早期骨性關(guān)節(jié)炎中最重要的一個變化就是軟骨的退化，定量超聲成像技術(shù)成為骨性關(guān)節(jié)炎軟骨評估的有效手段。因此，深入了解認(rèn)識骨性關(guān)節(jié)炎中關(guān)節(jié)軟骨組織成分與結(jié)構(gòu)的退變，對及早發(fā)現(xiàn)和治療骨關(guān)節(jié)炎有著積極的意義。
　　 目的：本研究擬在關(guān)節(jié)軟骨退化后，利用定量超聲成像技術(shù)，定量測量軟骨表面的粗糙度、膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)的完整性

4、、軟骨厚度、組織的反射系數(shù)及衰減系數(shù)等，從而判定軟骨的退化程度;探討其超聲參數(shù)與蛋白多糖和膠原蛋白含量的相關(guān)性;探討應(yīng)用瞬態(tài)超聲測量技術(shù)監(jiān)測因外部環(huán)境變化而引起的關(guān)節(jié)軟骨的脫水及水合膨脹行為，研究蛋白多糖對軟骨水合的作用;利用該超聲成像技術(shù)，定量判定人體關(guān)節(jié)軟骨的退化程度，探討定量超聲成像技術(shù)在評估骨性關(guān)節(jié)炎軟骨退化中的應(yīng)用價值。
　　 方法：⑴膝關(guān)節(jié)是所有關(guān)節(jié)中構(gòu)造最復(fù)雜，損傷機會較多的關(guān)節(jié)，并且最容易發(fā)生軟骨退行性變，髖關(guān)節(jié)

5、次之。因此，研究選擇膝關(guān)節(jié)髕骨軟骨及股骨頭軟骨為實驗樣本。本研究設(shè)計三組實驗，分別為:軟骨成分與聲學(xué)參數(shù)的相關(guān)性研究、軟骨水合特性研究和人體軟骨的超聲定量評價研究。⑵主要藥品及試劑有:0.25％的胰蛋白酶-EDTA消化液（GIBCO，美國加州Invitrogen公司）、30U/mL膠原蛋白酶溶液（GIBCO，美國加州Invitrogen公司）、pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液、蒸餾水、10％的中性福爾馬林。實驗所用超聲設(shè)備包括:全功能科研型

6、高分辨率B型超聲成像系統(tǒng)(SonixRP，Canada)和A型超聲測量系統(tǒng)。⑶軟骨成分與聲學(xué)參數(shù)的相關(guān)性研究的實驗方法:以離體動物實驗研究軟骨成分與聲學(xué)參數(shù)的相關(guān)性。選取21個表面光滑無損傷的豬髕骨關(guān)節(jié)軟骨為樣本，將21個豬髕骨軟骨樣本隨機分為三組，其中7個樣本屬于正常組，7個樣本屬于胰蛋白酶消化組，其余7個屬于膠原蛋白酶消化組。正常組的7個樣本作為參考樣本不經(jīng)處理，胰蛋白酶消化組的7個樣本浸泡在0.25％的胰蛋白酶消化液中4小時，膠原

7、蛋白酶消化組的7個樣本浸泡在30U/ml的膠原蛋白酶消化液中24小時。利用中心頻率為10MHz的B型超聲系統(tǒng)掃描三組樣本，計算軟骨表面的粗糙度、軟骨表面的反射系數(shù)、軟骨-骨界面的反射系數(shù)和軟骨的厚度。⑷軟骨水合特性研究的實驗方法:以離體動物實驗研究軟骨成水合特性。選取12個表面光滑無損傷的豬髕骨關(guān)節(jié)軟骨為樣本，將12個豬髕骨軟骨樣本分為兩組，其中6個樣本屬于正常組，6個樣本屬于胰蛋白酶消化組。正常組的6個樣本作為參考樣本不經(jīng)處理，胰蛋白

8、酶消化組的6個樣本浸泡在0.25％的胰蛋白酶消化液中8小時。利用中心頻率為25MHz的A型超聲系統(tǒng)掃描兩組樣本，計算軟骨的水合應(yīng)變和軟骨的厚度。⑸人體軟骨的超聲定量評價研究的實驗方法:以離體人體股骨頭軟骨為實驗對象，一個為正常股骨頭，軟骨表面光滑、無破損;另一個股骨頭的軟骨表面缺損嚴(yán)重，將其視作退化組樣本。利用中心頻率為10MHz的B型超聲系統(tǒng)掃描兩組樣本，計算軟骨表面的粗糙度系數(shù)和軟骨的厚度。
　　 結(jié)果：軟骨成分與聲學(xué)參數(shù)的

9、相關(guān)性研究結(jié)果均表明，定量超聲成像技術(shù)能有效發(fā)現(xiàn)早期關(guān)節(jié)炎軟骨退化，并可為其提供較客觀的定量超聲診斷，為骨性關(guān)節(jié)炎的早期診斷提供參考。其統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)消化組的軟骨表面粗糙度系數(shù)(膠原蛋白酶消化組54.40±10.92μm，胰蛋白酶消化組43.68±10.33μm)均顯著大于正常組(9.56±2.44μm)(p＜0.05)，但兩消化組之間無顯著性差異(p＞0.05)。與正常組相比，消化組的軟骨表面的反射系數(shù)與軟骨-骨界面的反射系數(shù)均顯著減小

10、(p＜0.05)，且兩消化組之間存在顯著性差異(p＜0.05)。消化組的軟骨厚度與正常組之間無顯著差異(p＞0.05)，但與胰蛋白酶消化組相較，膠原蛋白酶消化組的軟骨厚度卻顯著減小(p＜0.05)。軟骨水合特性研究的結(jié)果表明，正常組的實時應(yīng)變曲線在大約20分鐘的時刻達(dá)到平衡，而胰蛋白酶消化組在大約5分鐘的時刻迅速達(dá)到平衡。其統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)正常組的應(yīng)變?yōu)椋?.46±0.49％），而胰蛋白酶消化組的應(yīng)變?yōu)?1.84±0.21％)，明顯低于正常

11、組(p＜0.05）。消化組的軟骨厚度與正常組之間無顯著差異(p＞0.05)。人體軟骨的超聲定量評價研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)退化組軟骨表面的粗糙度系數(shù)(157.27μm)大于正常組(43.51μm)。退化組的軟骨厚度值(0.65mm)小于正常組(1.34mm)。
　　 結(jié)論：軟骨成分與聲學(xué)參數(shù)的相關(guān)性研究表明利用超聲參數(shù)（軟骨表面反射系數(shù)、軟骨表面粗糙度系數(shù)、軟骨-骨界面反射系數(shù)）可以有效地定量評估軟骨蛋白多糖和膠原蛋白成分的變化，本研究結(jié)果

12、為骨性關(guān)節(jié)炎的早期診斷提供參考信息。軟骨水合特性研究表明正常的關(guān)節(jié)軟骨具有膨脹特性，特別是表層區(qū)域的膨脹和軟骨的退變有密切關(guān)系，軟骨組織的蛋白多糖對軟骨水合和脫水后恢復(fù)原狀具有重要作用，退化的軟骨組織中由于蛋白多糖成分的缺失導(dǎo)致軟骨組織的結(jié)構(gòu)、水合作用及脫水后恢復(fù)能力的降低。人體軟骨的超聲定量評價研究表明利用超聲參數(shù)（軟骨表面粗糙度系數(shù)）可以有效地定量評估軟骨的退化程度。本研究結(jié)果為骨性關(guān)節(jié)炎的早期診斷提供參考信息。三組實驗共同表明了超