研究目的膝骨关节炎是一种包括遗传、代谢、发育、应力失衡、创伤、内分泌等生物性和机械性因素相互作用,最终导致膝关节软骨变性、软骨下骨硬化、软骨下骨囊肿和骨赘形成的慢性、进行性骨关节病。相关数据表明其发病率呈逐年上升趋势,并趋于年轻化。适宜的运动可以改善膝骨关节炎的发生发展,但高强度运动则可以造成小鼠创伤性膝关节炎。近年来,创伤性膝骨关节炎处于高发状态,对其机制的研究,病情的防治备受人们瞩目。其中理想的造模方式对其复杂的发病机制研究起着至关重要的作用,因此,本实验设计将分别对8周和16周小鼠进行跑台运动和半月板失稳术(destabilization of the medial meniscus,DMM)手术建立创伤性膝骨关节炎模型,并对其效果进行比较,为后续进行的作用机制和运动康复作用的探讨提供可行的、高效的、可重复的、易操作、贴近实际的动物造模方式。研究方法8周龄,20周龄雄性C57BL/6小鼠各32只,两种不同周龄小鼠各分别随机分为对照组(n=8),手术组(n=8),假手术组(n=8),运动组(n=8)。对照组不施加任何干预,常规饲养;手术组对小鼠双侧膝关节进行DMM手术;假手术组小鼠双侧膝关节只打开皮肤和关节囊。运动组进行五周跑台训练,第一周为运动适应周,每次60分钟,一周内速度从0米/秒逐渐递增到16米/分钟;后面四周为运动周,每次时间为80分钟,十分钟准备活动速度从速度从6米/分钟开始以1米/分钟的速度逐渐递增到16米/分钟,60分钟匀速运动保持16米/分钟,10分钟放松运动速度从16米/分钟以1米/分钟的速度逐渐递减到0米/分钟。跑台训练结束后48小时内,进行取材。对各组膝关节行大体观察;ELISA检测血中炎症因子含量;RT-qPCR检测膝关节软骨炎症因子mRNA水平;HE和番红固绿染色观察膝关节病理改变。数据统计分析所有结果用均数±标准差((?)±SD)表示,使用SPSS 20.0软件进行分析处理。采用组内采用单因素方差分析,组间采用Bonferrori法进行比较。研究结果(1)造模方式和周龄对小鼠体重的影响:四周跑台运动和DMM手术四周过程中,8周龄小鼠体重呈现增长趋势,但干预的第1、2周体重增幅较小,第3、4周增幅略提高;20周龄小鼠第一周体重出现下降现象,但随后总体呈上升趋势。NOR组小鼠体重呈持续上升趋势,DMM组、SHAM组、RUN组均较NOR组体重低,有统计学差异。(2)造模方式和周龄对膝关节组织形态的影响:跑台运动和DMM手术均造成小鼠膝关节软骨表面有不规则的裂隙,软骨细胞排列紊乱且数量减少。RUN组于正常组相比,DMM组与SHAM组相比有显著性差异,其中8周龄小鼠DMM组较RUN组损伤严重,且有显著性差异,20周龄小鼠DMM组和RUN组软骨细胞均出现细胞数量减少,排列紊乱现象,但不存在显著性差异。番红固绿染色,与正常组相比,跑台运动造成潮线破坏,软骨钙化现象;与SHAM组相比,DMM手术也出现潮线破坏,软骨钙化的现象,且DMM组较RUN组更为严重,且有显著性差异。(3)造模方式和周龄对小鼠膝关节软骨炎症因子mRNA水平的影响:DMM手术和跑台干预加剧了关节软骨中二型胶原纤维的损伤,20周龄小鼠Collagen2 mRNA的水平较8周龄低但无显著性差异;促炎性细胞因子TNF-αmRNA水平,跑台运动较正常组,DMM手术较SHAM组均出现显著上调,且有显著性差异;促炎性细胞因子MMP9mRNA水平,跑台运动较正常组,DMM手术较SHAM组均出现显著上调,并且8周龄组RUN组较DMM组明显升高,均有显著性差异;促炎性细胞因子IL-6mRNA水平,跑台运动较正常组,DMM手术较SHAM组均出现显著上调,并且8周龄和20周龄小鼠RUN组较DMM组明显升高,均有显著性差异。(4)造模方式和周龄对小鼠血液中氨基葡聚糖表达的影响:跑台造模造成小鼠血清中氨基葡聚糖含量的降低*P<0.05vs NOR,DMM手术组小鼠血清中氨基葡聚糖的含量也出现降低,*P<0.05vs NOR,其中RUN组较DMM组下降明显,但不存在显著性差异。20周龄小鼠较8周龄小鼠RUN组和DMM组含量均出现降低的现象,但不存在显著性差异。研究结论:跑台运动与DMM手术两种造模方式均可造成C57BL/6小鼠膝关节软骨损伤,诱发KOA,证明跑台运动可作为KOA机制研究的小鼠模型构建方法;跑台运动均可造成青壮年和中老年期小鼠KOA,从而为低周龄小鼠KOA机制研究提供了运动模型构建方案。