兔膝關(guān)節(jié)ACL損傷后韌帶內(nèi)本體感受器的變化及機(jī)制

李 彬，吳海山，溫 昱

(1中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院，沈陽(yáng)110004;2上海長(zhǎng)征醫(yī)院;3中國(guó)醫(yī)科大學(xué)組胚教研室)

前交叉韌帶(ACL)不僅是膝關(guān)節(jié)的被動(dòng)穩(wěn)定裝置，對(duì)于膝關(guān)節(jié)正常本體感覺(jué)維持亦起重要作用［1，2］。ACL損傷后力學(xué)強(qiáng)度下降，但殘存韌帶結(jié)構(gòu)仍連接著股骨和脛骨，從而使韌帶內(nèi)保留的本體感受器可繼續(xù)受到機(jī)械刺激，這種狀況下ACL是否可以發(fā)揮本體感覺(jué)功能及其隨時(shí)間的變化少見(jiàn)報(bào)道。2008年6～12月，我們觀察了不同時(shí)間段ACL損傷后殘存韌帶內(nèi)本體感受器形態(tài)和功能變化，并探討其可能機(jī)制。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 健康新西蘭大白兔12只，雌雄不限，體質(zhì)量1 500～2 000 g。氯化金、88%甲酸、100%甘油、石蠟螺旋切片機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)(COOLPIX 4500)、日本光電MEB-2200誘發(fā)電位儀。

1.2 方法

1.2.1 動(dòng)物分組及造模 12只兔均取一側(cè)膝關(guān)節(jié)制備ACL損傷模型(模型組):3%戊巴比妥鈉耳緣靜脈給藥麻醉，采用膝關(guān)節(jié)髕旁內(nèi)側(cè)入路切開(kāi)，顯露前交叉韌帶，將韌帶切斷3/4，只余1/4連接，逐層間斷縫合切口，敷料包扎。另一側(cè)不做手術(shù)作為正常側(cè)(對(duì)照組)。術(shù)畢單只籠內(nèi)喂養(yǎng)。切口換藥前后均肌注青霉素10萬(wàn)U預(yù)防感染，術(shù)后2、4、6個(gè)月分別取4只兔行電生理學(xué)檢查，之后分別采用耳緣靜脈推注空氣栓塞法處死實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，進(jìn)行本體感受器觀察。

1.2.2 電生理學(xué)指標(biāo)檢測(cè) 將家兔用乙醚吸入麻醉結(jié)合1%利多卡因局部麻醉，麻醉成功后固定頭部及四肢，采用膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)髕旁入路切開(kāi)并顯露ACL。兩眶后緣連線與正中矢狀線交點(diǎn)后0.5 cm并旁開(kāi)0.2 cm作為記錄電極點(diǎn)，皮層參考電極放置于鼻根部皮下，后肢近端用皮下電極接地測(cè)定體感誘發(fā)電位(SEPs)。而后將記錄電極置于腘繩肌肌腹，參考電極放置于內(nèi)踝部行肌電圖(EMG)檢查。用雙極表面電極刺激前交叉韌帶偏兩極骨附著部位，刺激強(qiáng)度18～20 V。采用日本光電MEB-2200誘發(fā)電位儀記錄SEPs和EMG，信號(hào)輸入微機(jī)操作系統(tǒng)，分析SEPs和EMG圖形、潛伏期和波幅。

1.2.3 本體感受器結(jié)構(gòu)及數(shù)量觀察 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處死后將ACL的股骨和脛骨附著點(diǎn)切斷后完整取出，采用改良氯化金染色方法進(jìn)行染色［3］，具體過(guò)程:置于新鮮檸檬汁和88%甲酸的混合液中(檸檬汁∶88%甲酸=3∶1)，而后暗室中室溫下放置15min;取出標(biāo)本，用濾紙吸干表面殘余液體，將其放入1%氯化金溶液中，于暗室中室溫放置30 min;取出標(biāo)本，用濾紙吸干表面殘余氯化金溶液，放入25%甲酸溶液，暗室中室溫下放置15 h。蒸餾水沖洗標(biāo)本至少1 h后放入純甘油中保存24 h以上;常規(guī)梯度乙醇脫水、二甲苯透明，石蠟包埋，制成15μm厚切片，光學(xué)顯微鏡觀察。每個(gè)ACL標(biāo)本石蠟塊固定于螺旋切片機(jī)上進(jìn)行連續(xù)切片，石蠟切片條帶按順序擺放，分清韌帶的股骨附著端、中間部和脛骨附著端，利用本體感受器周圍韌帶組織的特征性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分辨，計(jì)數(shù)本體感受器。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料用±s表示，組間比較采用方差檢驗(yàn)。P≤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 電生理學(xué)指標(biāo) 見(jiàn)表1。

表1 兩組SEPs及EMG潛伏期和波幅變化(±s)

表1 兩組SEPs及EMG潛伏期和波幅變化(±s)

注:與對(duì)照組比較，*P ＜0.05

檢測(cè)指標(biāo) 模型組2個(gè)月 4個(gè)月 6個(gè)月 對(duì)照組SEPs潛伏期(ms)17.6 ±7.9 20.3 ±9.4 22.4 ±10.1 14.3 ±4.7*波幅(μV) 11.4 ±6.3 6.6 ±2.1 5.9 ± 1.9 21.0 ±4.9*EMG潛伏期(ms)12.0 ±3.8 15.0 ±6.7 16.0 ± 7.1 6.1 ±1.2*波幅(mV) 0.3 ±0.04 0.2 ±0.03 0.2 ± 0.01 0.5 ±0.08*

2.2 本體感受器結(jié)構(gòu)及數(shù)量 光學(xué)顯微鏡下對(duì)照組可觀察到4種類型神經(jīng)末梢:Ruffini小體、Pacinian小體、Golgi類健體和游離神經(jīng)末梢。Ruffini小體呈樹(shù)狀外觀，具有主干、枝干和葉狀結(jié)構(gòu);Pacinian小體呈橢圓形和圓筒狀外觀，外周是一層厚板層狀的背囊;Golgi類腱體體積最大，呈螺旋狀外觀;游離的神經(jīng)末梢是無(wú)髓神經(jīng)纖維，形狀無(wú)一定規(guī)律。其中游離神經(jīng)末梢和Ruffini小體數(shù)量最多。所有的神經(jīng)末梢結(jié)構(gòu)主要分布于韌帶的骨端(主要是股骨端)附著點(diǎn)附近。觀察組損傷后2、4、6個(gè)月韌帶內(nèi)典型結(jié)構(gòu)的感受器逐漸減少，非典型的感受器結(jié)構(gòu)數(shù)量增多，其中Ruffini小體體積減小，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中的葉狀結(jié)構(gòu)減少，Pacinian小體體積減小，被囊變薄甚至有部分的缺損，總的神經(jīng)感受器結(jié)構(gòu)(包括典型和非典型)數(shù)量明顯減少。

3 討論

以往多數(shù)學(xué)者認(rèn)為韌帶只是被動(dòng)發(fā)揮穩(wěn)定關(guān)節(jié)的作用，隨著研究的深入，逐漸認(rèn)識(shí)到韌帶內(nèi)本體感受器對(duì)于維持關(guān)節(jié)的正常功能必不可少。1944年Gardner［4］在貓膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶中發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)，但未對(duì)ACL進(jìn)行此類研究。Schultz等［5］在1984年對(duì)人體ACL采用氯化金染色方法觀察并描述了神經(jīng)末梢的結(jié)構(gòu)，此后關(guān)于ACL的生物力學(xué)和神經(jīng)生理特性的研究廣泛開(kāi)展。Freeman等［6］改良氯化金染色方法后對(duì)人體ACL進(jìn)行觀察并記錄了四種神經(jīng)末梢結(jié)構(gòu):Ruffini小體、Pacinian小體、Golgi類腱體和游離神經(jīng)纖維，在此基礎(chǔ)上其特別提出ACL承擔(dān)的神經(jīng)生理方面功能與其生物力學(xué)作用同樣重要。隨后越來(lái)越多的研究證實(shí)，ACL的本體感覺(jué)功能與膝關(guān)節(jié)的功能密切相關(guān)，ACL損傷后不但導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)，其承擔(dān)的本體感覺(jué)作用削弱亦是膝關(guān)節(jié)功能下降的重要原因［1，2］。關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶本體感受器的結(jié)構(gòu)及功能對(duì)判定關(guān)節(jié)功能及是否保留感受器至關(guān)重要。

ACL嚴(yán)重?fù)p傷患者需要手術(shù)治療進(jìn)行重建以恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定是目前關(guān)節(jié)外科的共識(shí)，但對(duì)于部分損傷僅存在操作檢查輕度異常而無(wú)明顯癥狀和體征患者的治療，存在兩種不同治療意見(jiàn):傳統(tǒng)的治療方法證實(shí)通過(guò)合適的保守治療措施可使膝關(guān)節(jié)基本功能恢復(fù);而近年來(lái)多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，ACL損傷必然會(huì)削弱膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，這種客觀的關(guān)節(jié)不穩(wěn)將導(dǎo)致關(guān)節(jié)的提前退變，因而建議對(duì)ACL損傷重建持積極態(tài)度。臨床研究證實(shí)康復(fù)治療不但有助于提高膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，而且可明顯改善本體感覺(jué)狀態(tài)［1，2］。對(duì)損傷ACL本體感覺(jué)作用的研究有助于更科學(xué)地指導(dǎo)損傷膝關(guān)節(jié)的康復(fù)治療，對(duì)行ACL重建的患者亦可明確殘存韌帶的去留問(wèn)題。Adachi等［7］對(duì)ACL損傷的患者進(jìn)行關(guān)節(jié)鏡操作時(shí)病檢殘存的ACL組織，發(fā)現(xiàn)術(shù)前患膝位置覺(jué)測(cè)定結(jié)果與術(shù)中發(fā)現(xiàn)的殘存組織的機(jī)械受體數(shù)量明顯相關(guān)，說(shuō)明ACL在膝關(guān)節(jié)的本體感覺(jué)中起重要作用，但其未說(shuō)明這些韌帶損傷的時(shí)間，亦未提供殘存的ACL內(nèi)本體感受器形態(tài)變化。

對(duì)人體膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)的測(cè)試方法很多，但用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的方法較少，SEPs和EMG是目前公認(rèn)可以用于檢查實(shí)驗(yàn)動(dòng)物膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)狀態(tài)的方法［8，9］，尤其腘繩肌收縮潛伏期在 ACL損傷后常顯著延長(zhǎng)，與膝關(guān)節(jié)的功能性不穩(wěn)直接相關(guān)，可作為ACL受損后本體感覺(jué)的客觀指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，觀察組隨損傷時(shí)間延長(zhǎng)SEPs和EMG的潛伏期逐漸增加，波幅逐漸降低，說(shuō)明損傷韌帶內(nèi)神經(jīng)纖維在維護(hù)膝關(guān)節(jié)正常本體感覺(jué)方面的作用逐漸減弱。觀察組隨損傷時(shí)間延長(zhǎng)韌帶內(nèi)神經(jīng)纖維數(shù)量逐漸減少，本體感受器的形態(tài)發(fā)生改變，異形的本體感受器增多，體積縮小，部分結(jié)構(gòu)缺失。說(shuō)明ACL損傷后韌帶內(nèi)的本體感受器短期內(nèi)仍能發(fā)揮一定作用，但隨損傷時(shí)間延長(zhǎng)，其作用逐漸減弱。機(jī)制可能與韌帶損傷后強(qiáng)度下降，逐漸松弛，從而使韌帶內(nèi)神經(jīng)結(jié)構(gòu)在膝關(guān)節(jié)活動(dòng)的過(guò)程中不能受到應(yīng)有的力學(xué)刺激有關(guān)。

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