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目的:本研究采用大白兔单侧后肢缺血再灌注:(IR)模型,通过对肢体缺血再灌注后关节软骨的病理、软骨细胞的凋亡、基质金属蛋白酶—3(MMP3)的表达与分布、软骨内蛋白多糖含量及分布的观察研究,旨在探讨MMP3在肢体缺血再灌注后软骨基质降解中的作用以及与创伤后关节软骨损伤间的关系。为深入研究肢体断肢再植IR后软骨退变的机制和寻找有效的防治治疗措施打下基础。 方法:35只健康成年新西兰大白兔,体重3.0±0.5Kg,建立大白兔左侧后肢缺血8小时后再灌注模型。动物随机分为7组,每组5只,分别在肢体IR后1d、3d、7d、2w、4w、8w、12w活杀动物取材,右侧作为自身对照。 取膝关节滑膜和胫骨平台软骨,4%多聚甲醛固定,石蜡切片,分别行关节软骨和滑膜HE染色,免疫组化SP法测定关节软骨组织内MMP3的表达与分布,组化SP法对关节软骨内蛋白多糖染色,TUNEL法测定关节软骨细胞凋亡情况;另取一部分关节软骨3%戊二醛固定后制备电镜标本,行透射电镜和扫描电镜观察;取半月板制作成冰冻切片,原位杂交法检测软骨细胞内MMP3 mRNA的转录情况。MMP3 mRNA原位杂交结果和MMP3免疫组化结果用Tiger920软件测定积分光密度值(IOD),对蛋白多糖免疫组化结果测定平均光密度值(AOD),对软骨细胞凋亡情况行凋亡细胞计数。用SPSS软件进行相应的统计学分析处理。 结果:光学显微镜下可见肢体IR早期关节软骨表面平坦,柱状层细胞排列尚整齐,大量软骨细胞核偏移、细胞变性坏死;滑膜组织内出现散在出血点及炎细胞浸润,滑膜表面完整性破坏。IR后期软骨表面粗糙,表层细胞有脱落现象,柱状层细胞稀少、排列紊乱,钙化层较对侧稍增厚,潮线增粗、增多、前移:滑膜上皮细胞增生修复,表面较平整,间质中出现大量的成纤维细胞,滑膜全层增厚,并有瘢痕化倾向,而其内的毛细血管大多闭塞。电镜下观察IR早期软骨细胞出现线粒体肿胀、内织网扩张、胞浆内散布大量脂滴、胞膜溶解、胞核碎裂或固缩等细胞变性坏死现象;软骨表面无定形物质消失,垄沟变浅。IR后期关节软骨内可见有残存的溶解坏死细胞,并出现成软骨细胞及新生的软骨细胞;软骨表面垄沟排列消失,凸凹不平,出现细小表残的的裂缝并逐渐增宽、加深,胶原纤维裸露。 凋亡检测发现 IR关节软骨内 TUNEL阳性细胞就显著多于对照侧软骨(P<0刀1),3d组达到高峰,阳性染色深,之后有所回落;IR后期阳性细胞基本保持在稳定的数目,但仍明显多于对照侧(P叩刀5)。半月板**NmRNA原位杂交显示,在肢体 IR后 id阳性细胞较对照侧增多,染色较深,3d组达到高峰O动刀1),之后逐渐回落。**N在IR后的关节软骨各层内均有表达,id组关节软骨内MMP3表达相对较弱,3d组则呈现强的阳性,显著高于对照侧(P<0刀1),至IW和ZW组渐升高达峰值,之后有所回落,但SW~1二W组表达仍多于对照侧(P<0刀5)。在IR侧关节软骨细胞外基质内MMP-3阳性着色深而多,而对照侧关节软骨内阳性染色多限于细胞内,胞外基质着色少或基本不着色。关节软骨蛋白多糖染色显示在肢体IR早期实验侧与对照侧无明显差异,IW后实验侧蛋白多糖含量开始明显减少(P<0刀5),12W时仅为对照侧的39%。 结论: l、肢体IR早期关节滑膜组织以细胞变性、坏死和组织水肿等改变为主;IR后期,滑膜组织以增生和疲痕化病理改变为主,可导致慢性滑膜炎的形成。滑膜功能的障碍必然导致软骨营养供给的不足。 2、肢体IR早期即出现明显的软骨细胞坏死和凋亡,ZW后趋于稳定。一方面,软骨细胞MMP3 mRNA转录增强、MMP3合成分泌增多;另一方面,软骨细胞合成分泌的蛋白多糖及胶原减少。最终导致蛋白多糖等降解大于生成,关节软骨基质丢失,表面溃疡形成,胶原暴露,软骨生物力学特性发生改变,最终促进慢性关节炎的形成。