李海偉 劉志宇 陳振 王琳

1山西師范大學(xué)體育學(xué)院（臨汾 041000）

2北京體育大學(xué)運動醫(yī)學(xué)教研室（北京 100084）

過度使用性肌腱?。╫veruse-induced tendinopathy）是常見的運動醫(yī)學(xué)問題，跟腱、髕腱和肩袖肌腱[1，2]是人體最易發(fā)生過度使用性肌腱病的三個部位。該病主要癥狀是與活動相關(guān)的疼痛，給患者帶來沉重負(fù)擔(dān)，甚至終結(jié)運動員的職業(yè)生涯。早期該病曾被認(rèn)為是肌腱炎（tendinitis），但是在病變部位并沒有炎性細(xì)胞浸潤等炎性反應(yīng)，隨后的病理學(xué)研究證實該病是一種退行性病變（tendinosis）[3，4]。肌腱病主要依靠其臨床癥狀——疼痛進(jìn)行診斷[5-7]。盡管肌腱病的病理變化得到確認(rèn)，但由于患者早期沒有明顯的臨床癥狀，因此很難獲得早期病變的標(biāo)本，從而導(dǎo)致過度使用性肌腱病的病理生理機(jī)制未知。因此，建立成功的過度使用性肌腱病動物模型及客觀可靠的診斷標(biāo)準(zhǔn)對于識別該病的啟動因素、病理生理特征和發(fā)展新的治療方法至關(guān)重要[8]。

1 過度使用性肌腱病動物模型種類

1.1 自主運動建立的過度使用性肌腱病動物模型

1.1.1 自主運動建立的過度使用性岡上肌腱病動物模型

在已有的自主運動建立的過度使用性肌腱病動物模型中，較為成熟的是由Soslowsky等[9]建立的岡上肌腱的過度使用性肌腱病模型。該模型選擇大鼠在跑臺上先進(jìn)行兩周預(yù)訓(xùn)練，然后依照下述運動方案運動：10°下坡跑，1小時/次，5次/周，跑臺速度為17米/分鐘。4周、8周和16周的上述運動均能夠使大鼠岡上肌腱出現(xiàn)細(xì)胞增生和膠原排列紊亂的病理變化，此外還能使肌腱的橫截面積增加，最大張力和組織模量（tissue modulus）顯著降低。即4周的上述運動方案能夠成功建立岡上肌腱過度使用性肌腱病模型。后續(xù)的研究證實了該運動方案的可重復(fù)性[10]。此后，Scott等[11]改進(jìn)了上述模型，將原來的10°下坡跑改為11°下坡跑，跑動速度和運動時間不變，從第8周到第16周，在跑步進(jìn)行30分鐘后休息5分鐘。結(jié)果發(fā)現(xiàn)12周的運動可使運動組出現(xiàn)肌腱病病理變化，包括腱細(xì)胞變圓并增殖，肌腱內(nèi)粘多糖增加和膠原斷裂增加。但由于岡上肌腱獨特的解剖特點（被肩峰、滑囊覆蓋）及該病實際患病的載荷形式與跟腱、髕腱肌腱病載荷形式顯著不同，使得該模型的應(yīng)用受到限制[12]。

1.1.2 自主運動建立的過度使用性跟腱病動物模型

更多的學(xué)者試圖建立過度使用性跟腱病動物模型。Huang等[13]采用岡上肌腱過度使用運動方案建立跟腱病動物模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是跟腱形態(tài)學(xué)指標(biāo)還是力學(xué)指標(biāo)均無顯著改變，提示建立岡上肌腱肌腱病的運動方案并不能引起跟腱過度使用性損傷。Glazebrook等[14]考慮到離心收縮在肌腱病發(fā)生中的重要作用，改進(jìn)了岡上肌腱過度使用訓(xùn)練方案[9]，原來的運動速度、運動時間均不變，將10°下坡跑換成10°上坡跑，組織病理學(xué)檢測結(jié)果表明12周的上述運動成功建立大鼠過度使用跟腱病模型。但是該運動方案建立的動物模型存在不確定性，于是更多的學(xué)者在該模型的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整跑速[8，15-18]、運動時間[16]、跑臺傾角[17]和跑步時下肢的負(fù)荷[12]來提高造模的效率，具體內(nèi)容見表1。

國內(nèi)學(xué)者[19-21]通過電擊跳躍法建立過度使用性跟腱病大鼠模型，具體過程如下：雄性SD大鼠采用電擊跳躍法造模，將大鼠放在電擊裝置內(nèi)，電刺激頻率為4次電擊（跳躍）/分，持續(xù)20分鐘，休息10分鐘，再持續(xù)20分鐘為1次訓(xùn)練，1次訓(xùn)練/天，6天/周，結(jié)果3周訓(xùn)練不能出現(xiàn)過度使用性跟腱??；4～12周訓(xùn)練使大多數(shù)大鼠出現(xiàn)過度使用性跟腱病，8周時病理變化較為穩(wěn)定。劉波等[22]采用高壓電籠刺激大白兔在其內(nèi)進(jìn)行劇烈的跑跳運動，電刺激6次/分鐘，持續(xù)訓(xùn)練30分鐘，休息10分鐘，再持續(xù)訓(xùn)練30分鐘為1次訓(xùn)練，1次訓(xùn)練/天，6天/周，3周的上述訓(xùn)練就能產(chǎn)生明顯過度使用性跟腱病病理改變。

表1 不同類型跑臺運動方案建立過度使用性跟腱病動物模型

1.1.3 自主運動建立的過度使用性髕腱病動物模型

自主運動建立過度使用性髕腱病較為少見。Yoshida等[23]建立過度使用性髕腱病動物模型，運動方案如下：先進(jìn)行2周的預(yù)訓(xùn)練，10°上坡跑，在40天時間內(nèi)跑動距離達(dá)到40千米，平均速度為0.5千米/小時。研究者將運動后自發(fā)活動降低次數(shù)超過25%的大鼠作為過度使用性髕腱病大鼠。運動結(jié)束后1天和28天的組織學(xué)檢測結(jié)果證實髕腱止點（脛骨端）部位出現(xiàn)肌腱病病理變化，包括肌腱的微撕裂增加和膠原纖維排列紊亂。提示該運動方案能夠建立過度使用性髕腱病動物模型。

自主運動所致的過度使用性肌腱病動物模型大都是依據(jù)Soslowsky等[9]建立的運動方案。盡管自主運動的形式與過度使用性肌腱病的實際發(fā)病機(jī)制基本相符，但仍存在明顯不足：首先，自主運動建立的過度使用性肌腱病動物模型穩(wěn)定性不足，即便采用同一種運動方案也會產(chǎn)生不同結(jié)果。究其原因，大鼠在跑臺上的自主運動是一種半定量運動，需要通過電刺激來維持，無法精確控制運動量；其次，自主運動中跑臺提供的是勻速運動，而過度使用性肌腱病發(fā)病因素除勻速運動外，還與運動中的爆發(fā)力有關(guān)[24]。

1.2 非自主運動建立的過度使用性肌腱病動物模型

1.2.1 非自主運動建立的過度使用性跟腱病動物模型

鑒于自主運動建立過度使用性肌腱病動物模型的穩(wěn)定性差，眾多學(xué)者嘗試采用非自主運動建立過度使用性肌腱病動物模型。于長隆等[25]將兔右下肢捆綁并固定在特制的設(shè)備上，使兔足反復(fù)從跖屈突然背伸，每分鐘牽拉72次，每日牽拉1.5小時，按照牽拉總時長不同分為2周組和4周組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)牽拉組出現(xiàn)末端病的比例及病變嚴(yán)重程度顯著高于捆綁組，經(jīng)4周和8周的休息后病變部位無明顯改善。Backman等[26]將麻醉的新西蘭大白兔右后肢固定在特殊設(shè)備上（Kicking machine），通過設(shè)備上的氣動活塞使兔的右腿踝關(guān)節(jié)進(jìn)行被動屈伸。在兔踝關(guān)節(jié)跖屈階段，通過貼在兔小腿三頭肌上的表面電極刺激該肌肉收縮。踝關(guān)節(jié)屈伸頻率為150次/分鐘，每次2小時，每周3次，共進(jìn)行5～6周。組織學(xué)檢測結(jié)果表明，跟腱出現(xiàn)過度使用性肌腱病病理變化，同時腱圍組織出現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤、水腫和纖維化，提示該運動方案可以建立跟腱腱圍炎和過度使用性跟腱病。Messner等[27]將3月齡的雄性大鼠在麻醉狀態(tài)下固定在特定設(shè)備上，使髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持屈曲90度，踝關(guān)節(jié)起始位置在90度背屈，并等速運動到踝關(guān)節(jié)跖屈125度，在此期間電刺激左側(cè)小腿三頭肌，完成離心收縮。小腿三頭肌每分鐘30次離心收縮，每次訓(xùn)練1小時，每周訓(xùn)練3次，在刺激期間每次肌肉做功平均值為1.72兆焦耳（標(biāo)準(zhǔn)差為0.77）。11周的上述訓(xùn)練盡管使腱旁組織和腱鞘出現(xiàn)血管和神經(jīng)表達(dá)增加，但是跟腱并未出現(xiàn)與過度使用跟腱病對應(yīng)的癥狀，提示該訓(xùn)練方案并不能建立過度使用性跟腱病。Archambault等[28]通過手術(shù)將袖套樣神經(jīng)電極植入到兔雙側(cè)下肢支配踝關(guān)節(jié)跖屈肌群的脛神經(jīng)上。手術(shù)7～10天后開始載荷訓(xùn)練，載荷過程如下：兔在麻醉狀態(tài)下，左側(cè)肢體作為載荷側(cè)（右側(cè)為對照），于仰臥位固定在特制的儀器上，使踝關(guān)節(jié)被動從80°運動到135°（完全跖屈時踝關(guān)節(jié)為180°），運動頻率為1.25 Hz。每一次運動跖屈肌群被拉長和縮短各400 ms。神經(jīng)刺激在肌肉拉長階段的250 ms時進(jìn)行，持續(xù)時間為132 ms，刺激頻率為50 Hz，大概各有一半的時間在跖屈肌群的拉長和縮短階段。每次刺激持續(xù)2小時，每周3次，共11周。該訓(xùn)練方案并沒有改變跟腱的大體組織形態(tài)、肌腱含水量和細(xì)胞密度，組織學(xué)檢測結(jié)果顯示跟腱未發(fā)生過度使用損傷，因此該載荷仍舊在跟腱的承受范圍之內(nèi)。Cho等[29]使用特制6道ROM運動機(jī)器（Six-station ROM exercise machine），通過電刺激麻醉狀態(tài)下SD大鼠右小腿三頭肌完成離心收縮來建立過度使用性跟腱病模型。離心收縮的頻率為10次/分鐘，2小時/天，3次/周。3組大鼠分別完成2周、4周和6周上述運動方案，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組大鼠運動側(cè)的跟腱平均厚度顯著高于對照側(cè)；4周和6周大鼠運動側(cè)成纖維細(xì)胞增生明顯，2周和6周運動側(cè)膠原纖維排列顯著紊亂；4周和6周運動側(cè)分別發(fā)現(xiàn)3例（共5例）典型的慢性肌腱病癥狀——肌腱鈣化和血管增生。4周的上述運動方案能夠建立過度使用性跟腱病動物模型。

1.2.2 非自主運動建立的過度使用性指深屈肌腱和髕腱病動物模型

Nakama等[30]采用電刺激大白兔指深屈肌等長收縮，電刺激頻率為1 Hz，每次刺激2小時，3次/周，共進(jìn)行14周、累計80小時的循環(huán)載荷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)載荷側(cè)指深屈肌腱撕裂密度和平均撕裂面積顯著高于對照側(cè)。研究指出微撕裂這一早期的結(jié)構(gòu)改變可能啟動了導(dǎo)致肌腱病的退行性病變。隨后的研究又發(fā)現(xiàn)該運動方案能夠顯著增加肌腱及止點部位促血管生成的生長因子的表達(dá)[31]，但是并不能改變與肌腱基質(zhì)重建相關(guān)的基因表達(dá)[32]。

徐斌等[33]通過改進(jìn)Nakama等建立的循環(huán)載荷方法[30]，通過提高負(fù)荷強(qiáng)度成功在5周內(nèi)建立髕腱止點部位過度使用損傷動物模型。訓(xùn)練方案如下：成年新西蘭大白兔在麻醉狀態(tài)下電刺激股直肌等長收縮，股四頭肌收縮力量約為7.06 N，刺激頻率為1 Hz，2小時/次，3次/周，1周適應(yīng)性訓(xùn)練加4周訓(xùn)練。結(jié)果發(fā)現(xiàn)4周的循環(huán)載荷訓(xùn)練能夠引起髕腱及止點部位的肌腱病，成功建立過度使用髕腱病動物模型。

與自主運動方案相比，非自主運動方案建立過度使用性肌腱病存在以下優(yōu)點：首先，非自主運動建立肌腱病動物模型的穩(wěn)定性較高；其次，能夠讓模型動物完成預(yù)定的運動強(qiáng)度和運動量，并能夠相對精確地控制，為建立運動負(fù)荷與過度使用性肌腱病之間的劑量-效應(yīng)關(guān)系提供依據(jù)。但是動物需在麻醉狀態(tài)下進(jìn)行、需要特定的固定裝置和動力設(shè)備來完成特定肢體動作、運動肢體末端游離（或固定）、需要額外的刺激（電刺激）等，均與肌腱病發(fā)病實際不符。

2 過度使用性肌腱病動物模型的診斷標(biāo)準(zhǔn)

肌腱病的臨床癥狀主要是運動引起的病變肌腱疼痛，并伴有明顯的壓痛[5-7]，肌腱病診斷主要依據(jù)上述臨床癥狀。觸診是一項可靠且低花費的診斷肌腱病的方法[34，35]。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲（ultrasonography，US）和核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）也是診斷肌腱病的重要手段。肌腱病US和MRI診斷結(jié)果與病變部位組織病理學(xué)變化的相關(guān)性很強(qiáng)[4]。US診斷肌腱病通常包括黑白超聲（gray scale，GS-US）和彩色多普勒超聲（color doppler，CD-US）檢查。GSUS主要用于評價肌腱的厚度、回聲反射性（低回聲區(qū)域）、膠原纖維的排列和鈣化點；CD-US主要用來判斷肌腱病病變部位是否有血流增加從而判斷病變部位是否有新生血管增加。與MRI檢查相比，超聲對于肌腱病的診斷更加準(zhǔn)確，而聯(lián)合應(yīng)用GS-US和CD-US是診斷髕腱肌腱病的最佳組合，因為GS-US具有最佳的靈敏性，而CD-US檢查陽性與個體的臨床癥狀呈強(qiáng)相關(guān)[36]。

在肌腱病的研究中采用組織病理學(xué)檢測評價病變肌腱是標(biāo)準(zhǔn)的評價方法。研究證實過度使用性肌腱病是一種退行性病變，主要的病理變化包含膠原纖維分離、新生血管、細(xì)胞數(shù)目及形態(tài)的改變和基質(zhì)增加[4]，在此基礎(chǔ)上有學(xué)者研制了半定量的評價方法[37，38]，其中具有代表性的則屬Bonar評分（Bonar Score）[38-42]，具體的評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。在已有的過度使用性肌腱病動物模型中，判斷動物模型成功主要依靠上述組織病理學(xué)的改變[9，11，12，14-16，18，19，22，23，25，26，29，33]。Nakama等[30]則采用微撕裂面積（microtears）作為判斷模型成功的指標(biāo)。此外，肌腱病的組織病理學(xué)改變與肌腱斷裂關(guān)系密切[43，44]，一些研究者在判斷過度使用性肌腱病動物模型時采用肌腱組織生物力學(xué)特性的變化[9，12，15]。

表2 Bonar評分標(biāo)準(zhǔn)[42]

鑒于疼痛是肌腱病的主要癥狀，而動物無法表達(dá)疼痛，部分學(xué)者試圖通過測量疼痛引起的動物行為改變來協(xié)助診斷肌腱病。Messner等[27]采用比較運動組與對照組大鼠步行時的足部印跡指標(biāo)，包括步長、足跡長、足寬和足中間寬（第2腳趾到第5腳趾的寬度）的變化判斷動物模型是否成功，由于該運動方案未能成功建立肌腱病動物模型，因此該判斷方法未得到證實。Yoshida等[23]通過測量運動前后大鼠夜間12小時自發(fā)活動次數(shù)，將運動后自發(fā)活動次數(shù)減少超過25%的大鼠作為過度使用髕腱病大鼠，運動結(jié)束后第1天和第28天的組織病理學(xué)檢測結(jié)果證實髕腱止點（脛骨端）部位出現(xiàn)肌腱病病理變化。Jafari等[15]采用特制的顯示壓力的鉗子測量過度使用跟腱病大鼠跟腱部位疼痛狀況，具體測量方法如下：首先用鉗子鉗住病變的跟腱，逐漸增加鉗子的壓力，記錄大鼠自動回收時的最大力量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型組和對照組肢體回收的最大力量無顯著性差異，因此采用此種方法評價肌腱病動物模型不可取。

過度使用性肌腱病動物模型的診斷主要依據(jù)處死后的組織病理學(xué)和肌腱組織的生物力學(xué)測試。盡管有學(xué)者嘗試采用與動物疼痛相關(guān)的行為學(xué)改變來輔助診斷，但效果不佳，且動物行為學(xué)的改變是否由肌腱病的疼痛引起，尚需進(jìn)一步研究證實。

3 小結(jié)與展望

過度使用性肌腱病是運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常見的運動損傷。建立成功的過度使用性肌腱病動物模型是認(rèn)識肌腱病發(fā)病機(jī)制的重要手段，對該病的預(yù)防和治療具有重要意義。以自主運動為主要手段建立的過度使用性肌腱病動物模型符合該病的發(fā)病原因，但是在實驗控制上很難迫使所有的實驗動物能夠達(dá)到過度使用的最低標(biāo)準(zhǔn)。如何選擇合適的模型動物及增加動物在運動過程中的依從性是自主運動建立過度使用性肌腱病動物模型的發(fā)展方向，值得進(jìn)一步研究。非自主運動直接將受控制的運動負(fù)荷添加至麻醉動物的相應(yīng)肌腱上，不存在動物在自主運動過程中的順從性、肌肉的疲勞和應(yīng)激等問題，因此能夠產(chǎn)生更加穩(wěn)定的結(jié)果[45]。非自主運動需要在動物麻醉狀態(tài)下實施，運動肢體末端游離（或固定）、需要額外的刺激（電刺激）等均與該病發(fā)生的實際不符，非自主運動建立的動物模型在清醒的動物中能否實現(xiàn)仍不確定。近期，王琳研究組學(xué)者江大雷[46]采用套索裝置將新西蘭大白兔上肢固定，電刺激雙后肢使其跳躍并落地，觀察該運動對骨腱結(jié)合部的影響。該運動方案既兼顧了非自主運動狀態(tài)下對動物特定姿勢的控制，又使動物自主運動。采用該類運動形式建立過度使用性肌腱病動物模型是進(jìn)一步的研究方向。

過度使用性動物模型的診斷大都需要處死實驗動物后進(jìn)行組織病理學(xué)和生物力學(xué)測試進(jìn)行判斷，降低了造模效率。盡管部分學(xué)者嘗試用疼痛引起的行為學(xué)改變作為輔助診斷指標(biāo)，但是效果不佳，探索可靠的反映疼痛的指標(biāo)是進(jìn)一步研究的方向。研究顯示肌腱病病變部位的新生血管增加[4，47，48]，而新生血管是引起疼痛的主要原因[49]，現(xiàn)有的針對肌腱病的有效治療方法是通過破壞病變部位的血管有效減輕疼痛[50，51]，因此采用CD-US觀察病變部位的血管可以有效診斷肌腱病及對疼痛客觀檢查[52]。疼痛與肌腱病病變部位的新生血管關(guān)系密切，隨著高分辨小動物超聲（Vevo 2100，VisualSonics，Toronto，Canada）的廣泛應(yīng)用[53，54]，其能否用于過度使用性肌腱病動物模型的動態(tài)觀察和診斷有待進(jìn)一步研究證實。