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关节软骨无血管、淋巴以及神经，自我修复能力有限。多种原因(如创伤、年龄增大、超重，过度运动等)造成的关节软骨损伤目前无有效的修复手段，是临床医学面临的一个巨大的挑战，也是再生医学研究的热点。由于其安全性高、耐受性好、无创性、无致热性、可以促进组织的再生修复等特点，低强度脉冲超声(Low-intensity pulsed ultrasound LIPUS)被FDA批准用于骨折的临床治疗。由于LIPUS可以促进软骨细胞增殖、促进软骨细胞的合成代谢、抑制软骨细胞的分解代谢;可以促进骨关节炎动物模型的软骨和骨组织的再生、减轻软骨组织退化、预防或减缓骨关节炎的发展，其也被大量用于关节软骨的损伤修复研究。但是，LIPUS对关节软骨损伤修复的作用及其机制目前仍不明了，相关研究结果甚至互相矛盾，尤其是LIPUS对不同程度的关节软骨损伤的作用仍不清楚，限制了其在关节软骨损伤修复中的具体应用。本论文分别考察了LIPUS(功率30mW/cm2、通断比20％、频率1KHz、超声频率1.5MHz，每天20min)处理对家兔膝关节的浅层损伤、全层损伤和骨软骨损伤的作用，并对其作用机制进行了初步的研究，以期为LIPUS在关节软骨损伤修复中的合理应用提供依据。主要研究内容以及结论如下:
1.LIPUS对浅层关节软骨损伤修复的作用:手术创建未及软骨下骨的浅层损伤，术后LIPUS处理，于LIPUS处理1周和3周后，检测损伤周围软骨组织mRNA的表达;处理6周和12周后，对损伤处进行组织学评估;分离、培养关节软骨细胞并进行LIPUS处理，在干预后第1、3、5天，检测软骨细胞的增殖及基因表达情况。研究发现，与对照组相比，本研究参数的LIPUS下调了软骨组织中Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、蛋白多糖(ACAN)、SOX9的表达。与对照组相比，LIPUS组浅层关节软骨损伤修复无明显改善;LIPUS组钙化软骨层(CC)和软骨下骨(SB)组织的结构完整性优于对照组。LIPUS有抑制软骨细胞增殖和细胞外基质(ECM)的合成作用，不能促进II型胶原和ACAN的表达，但可以下调MMP13的表达。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS可以作用于浅层软骨损伤组织和细胞并调控相关基因的表达，对浅层损伤修复无明显促进作用，但对钙化层与软骨下骨有一定的保护作用。
2.LIPUS对全层关节软骨损伤修复的作用:手术创建兔膝关节深及软骨下骨的全层损伤，术后LIPUS处理，于LIPUS处理1周后，检测损伤周围软骨和软骨下骨组织mRNA的表达情况;处理8周后，对损伤处进行组织学评估;分离、培养骨髓间充质干细胞(BMSCs)并进行LIPUS处理，在干预后第1、3、5天，检测软骨细胞的增殖及基因表达情况。研究发现，与对照组相比，LIPUS处理促进了透明软骨样组织在损伤区的形成以及软骨下骨组织的再生和重塑;在早期，LIPUS下调了软骨组织中Ⅱ型胶原、Ⅰ型胶原、蛋白多糖(ACAN)、SOX9和MMP13的表达，并下调软骨下骨组织的BMP-2、COL1A2的表达;LIPUS不能促进BMSC的增殖，但在处理早期可上调COL2A1、SOX-9的表达，而处理5天后，LIPUS下调了COL1A2、COL2A1和BMP4的表达。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS可以作用于全层软骨损伤软骨和软骨下骨组织和BMSC细胞并调控相关基因的表达，LIPUS处理对全层软骨损伤修复具有明显的促进作用。
3.LIPUS对骨软骨损伤修复的作用:由于文献报道单纯LIPUS对骨软骨损伤修复作用不明显，本部分主要考察了LIPUS联合载碱性成纤维细胞生长2(FGF2)的胶原基复合材料在骨软骨损伤修复中的作用。手术创建兔膝关节穿透软骨下骨的全层损伤并植入胶原基复合材料，术后LIPUS处理，8周后，对损伤处进行组织学评估。研究发现，LIPUS联合胶原基复合材料组和胶原基复合材料组中，骨软骨缺损区新生组织填充不满意;组织学结果显示，两组中缺损区主要为新生纤维软骨样组织修复，无明显透明软骨样组织形成;两组都有新生软骨下骨组织形成，联合应用组新生软骨下骨组织较单纯胶原材料组新生软骨下骨组织形态和连续性有一定的改善。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS联合载FGF2胶原基复合材料对骨软骨损伤中软骨组织的再生修复无明显作用，但对骨软骨损伤中软骨下骨组织的再生有一定的促进作用。
综上所述，本文主要考察了LIPUS对三种关节软骨损伤修复的作用，并对其相关机制进行了初步的分析。结果发现:本研究条件下，LIPUS对三种关节软骨的损伤修复具有不同的作用:LIPUS对浅层损伤的修复无明显改善作用，但可能通过对钙化软骨层与软骨下骨的保护，延缓软骨损伤的进展;LIPUS可能通过促进骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化和细胞外基质分泌，进而促进全层关节软骨损伤的修复;最后，LIPUS与载生长因子FGF2胶原基复合材料联合应用对骨软骨损伤中的软骨再生无明显作用，但其对软骨下骨的再生有一定促进作用。这些结果提示，LIPUS在关节软骨的损伤修复中具有潜在的应用价值，本研究发现为LIPUS在关节软骨损伤修复中的合理应用提供了新的依据。
1.LIPUS对浅层关节软骨损伤修复的作用:手术创建未及软骨下骨的浅层损伤，术后LIPUS处理，于LIPUS处理1周和3周后，检测损伤周围软骨组织mRNA的表达;处理6周和12周后，对损伤处进行组织学评估;分离、培养关节软骨细胞并进行LIPUS处理，在干预后第1、3、5天，检测软骨细胞的增殖及基因表达情况。研究发现，与对照组相比，本研究参数的LIPUS下调了软骨组织中Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原、蛋白多糖(ACAN)、SOX9的表达。与对照组相比，LIPUS组浅层关节软骨损伤修复无明显改善;LIPUS组钙化软骨层(CC)和软骨下骨(SB)组织的结构完整性优于对照组。LIPUS有抑制软骨细胞增殖和细胞外基质(ECM)的合成作用，不能促进II型胶原和ACAN的表达，但可以下调MMP13的表达。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS可以作用于浅层软骨损伤组织和细胞并调控相关基因的表达，对浅层损伤修复无明显促进作用，但对钙化层与软骨下骨有一定的保护作用。
2.LIPUS对全层关节软骨损伤修复的作用:手术创建兔膝关节深及软骨下骨的全层损伤，术后LIPUS处理，于LIPUS处理1周后，检测损伤周围软骨和软骨下骨组织mRNA的表达情况;处理8周后，对损伤处进行组织学评估;分离、培养骨髓间充质干细胞(BMSCs)并进行LIPUS处理，在干预后第1、3、5天，检测软骨细胞的增殖及基因表达情况。研究发现，与对照组相比，LIPUS处理促进了透明软骨样组织在损伤区的形成以及软骨下骨组织的再生和重塑;在早期，LIPUS下调了软骨组织中Ⅱ型胶原、Ⅰ型胶原、蛋白多糖(ACAN)、SOX9和MMP13的表达，并下调软骨下骨组织的BMP-2、COL1A2的表达;LIPUS不能促进BMSC的增殖，但在处理早期可上调COL2A1、SOX-9的表达，而处理5天后，LIPUS下调了COL1A2、COL2A1和BMP4的表达。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS可以作用于全层软骨损伤软骨和软骨下骨组织和BMSC细胞并调控相关基因的表达，LIPUS处理对全层软骨损伤修复具有明显的促进作用。
3.LIPUS对骨软骨损伤修复的作用:由于文献报道单纯LIPUS对骨软骨损伤修复作用不明显，本部分主要考察了LIPUS联合载碱性成纤维细胞生长2(FGF2)的胶原基复合材料在骨软骨损伤修复中的作用。手术创建兔膝关节穿透软骨下骨的全层损伤并植入胶原基复合材料，术后LIPUS处理，8周后，对损伤处进行组织学评估。研究发现，LIPUS联合胶原基复合材料组和胶原基复合材料组中，骨软骨缺损区新生组织填充不满意;组织学结果显示，两组中缺损区主要为新生纤维软骨样组织修复，无明显透明软骨样组织形成;两组都有新生软骨下骨组织形成，联合应用组新生软骨下骨组织较单纯胶原材料组新生软骨下骨组织形态和连续性有一定的改善。这些结果提示:在本研究条件下，LIPUS联合载FGF2胶原基复合材料对骨软骨损伤中软骨组织的再生修复无明显作用，但对骨软骨损伤中软骨下骨组织的再生有一定的促进作用。
综上所述，本文主要考察了LIPUS对三种关节软骨损伤修复的作用，并对其相关机制进行了初步的分析。结果发现:本研究条件下，LIPUS对三种关节软骨的损伤修复具有不同的作用:LIPUS对浅层损伤的修复无明显改善作用，但可能通过对钙化软骨层与软骨下骨的保护，延缓软骨损伤的进展;LIPUS可能通过促进骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化和细胞外基质分泌，进而促进全层关节软骨损伤的修复;最后，LIPUS与载生长因子FGF2胶原基复合材料联合应用对骨软骨损伤中的软骨再生无明显作用，但其对软骨下骨的再生有一定促进作用。这些结果提示，LIPUS在关节软骨的损伤修复中具有潜在的应用价值，本研究发现为LIPUS在关节软骨损伤修复中的合理应用提供了新的依据。