力学环境对软骨基质代谢的影响3.PDF

中　国　生 　物 　工 　程 　杂 　志 第 23 卷第 7 期 CHINA BIOTECHNOLOGY 2003 年 7 月 力学环境对软骨基质代谢的影响 张 　英 　崔 　磊 　刘 　伟 　曹谊林 (上海第二医科大学 上海组织工程研究与开发中心　上海 　200235) 摘要 　正常关节软骨所受压力是由动态压力与静态压力交替完成 。压力引起软骨一系列生理变 化包括细胞及细胞外基质成分变形 、组织内液体流动 、水流电位和生理生化变化 。这些变化直接 调控细胞外基质代谢 。体外构建有良好功能的组织工程化软骨是 目前软骨病变 、缺损理想的修 复方法 。研究力学环境对软骨基质代谢的影响 ,对构建组织工程化软骨有深远意义 。 关键词 　力学因素 　软骨细胞外基质 　体外 ( ) 　　关节软骨由于其特殊的解剖学部位 , 同时具有 具有伸展的结构 60nm ,使其在组织中占据较大空 抗拒张力和承受压力的能力[ 1] ,软骨组织中细胞外 间 ,并结合了大量水分子 。呈非溶解状态的胶原纤 ( ) 基质 ECM 成分 ,是软骨特有生理功能的主要组织 维则具有较大的刚性 ,作为支架使软骨呈一定的形 学基础 。随着软骨的发生 、成熟及老化 ,其内环境 状 ,HA 将游离的 PG 单体固定于胶原纤维网之间 , 不断变化 , ECM 代谢也相应改变 。软骨所受外力 由于 PG 浓度很高 ,在胶原骨架之间形成了水合性 频率 、大小及持续时间是除了生物因子 、氧含量外 极强的粘稠胶体 ,使软骨坚硬而富于弹性 。 ( ) 直接调控 ECM 代谢的重要影响因素 。力学环境与 研究发现 ,正常关节软骨所受压力 compress 软骨基质代谢变化 ,两者相铺相成 ,使软骨具有了 来自体重及肌肉收缩 ,作用于软骨的压力是间歇性 ( ) 对内环境适应能力 。而不适宜的外力又会造成软 的动态压 力 dynamic component 是与静态压 力 骨结构异常 ,导致病变 ,给病人带来疼痛 、行动不便 ( static component) 交替完成的。动压影响远远超过 甚至畸形 。组织工程技术的兴起 ,为软骨修复带来 缓慢进展的静压 。压力引起软骨发生包括细胞及 了曙光 。要构建有良好功能的组织工程化软骨 ,涉 ECM 变形 、水流 电位和生理生化改变的一系列现 及众多因素如种子细胞 ,支架材料 、培养条件等 ,其 象 。Bayliss 体外研究发现牛软骨块在静态机械力 中力学环境的影响尤为重要 ,因此研究力学对软骨 学及渗透力作用下 ,PG 及蛋白合成降低 ,而动压却 基质代谢的影响 ,其意义不言而喻 。本文对近年来 刺激基质合成 。体内研究亦证实静态制动或降低 在力学对软骨基质代谢影响方面所做的工作作一 关节负荷导致糖胺多糖含量减少 ,相反 ,动力学负 ( ) 回顾 。 荷 dynamic loading 可提高蛋白多糖合成 。因而 ,静