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骨关节炎（OA）患病率攀升，肥胖是关键风险因素。研究人员利用 cSCA 测试方法，研究肥胖相关的高接触应力对关节软骨功能的影响。结果显示高接触应力会损害软骨再水化，但不影响润滑性。该研究为理解 OA 病因提供了新视角。
骨关节炎（OA），这个悄无声息的 “关节杀手”，正严重威胁着人们的健康。自 20 世纪 50 年代以来，西方社会的 OA 患病率相较于前工业时代或古代社会翻了一番 。肥胖和缺乏运动被认为是导致 OA 患病率上升的两大 “罪魁祸首”，它们在工业化后的社会中急剧增加。尽管人们普遍知道肥胖会给关节带来额外的压力，但具体肥胖是如何影响关节软骨功能的，这在科学界还是一个谜团。尤其是肥胖导致的高接触应力，对关节软骨的摩擦学再水化和润滑功能有何影响，一直没有明确的答案。为了揭开这个谜团，来自美国特拉华大学（University of Delaware）的研究人员开展了一项深入研究，相关成果发表在《Annals of Biomedical Engineering》杂志上。
研究人员为了探究高接触应力（模拟体重 / 肥胖）对关节软骨在磷酸盐缓冲盐水（PBS）润滑下的滑动诱导摩擦学再水化的影响，采用了一种名为收敛固定接触面积（cSCA）的测试方法。他们从绵羊的股骨髁获取软骨外植体进行研究。在实验过程中，利用线性往复摩擦计对 cSCA 软骨摩擦学特性进行表征，同时通过印度墨水法测量接触面积，使用定制的微摩擦计来量化外植体的双相组织特性，最后对实验数据进行统计分析。
研究结果
- 研究 1：准静态平衡压缩下接触应力对摩擦学再水化的影响：研究人员发现，较高的载荷会导致加载时流体渗出率增加，软骨压缩量增大。不过，经过 10 分钟的高速滑动后，摩擦学再水化现象明显。通过混合效应（ME）模型分析发现，压缩恢复在 2N 及以下载荷时较小但为正，在 4 - 6N 载荷时达到最大，超过 6N 后则会减小，甚至出现负值。此外，随着载荷增加，起始滑动摩擦系数增大，而滑动诱导的摩擦学再水化使软骨润滑性显著恢复，最终滑动结束时的摩擦系数总是低于起始滑动时的值12。
- 研究 2：固定初始压缩下增加接触应力对摩擦学再水化的影响：当对软骨外植体施加更大的载荷时，目标压缩水平会更快达到。在此过程中，随着载荷增加，滑动结束时的压缩量增大，压缩恢复量减小，当载荷达到 6N 及以上时，出现负的压缩恢复（即净渗出）。同时，起始滑动摩擦系数随载荷增加略有降低，而滑动结束时的摩擦系数在不同载荷下无明显差异34。
- 研究 3：接触应力和滑动速度对摩擦学再水化的影响：研究表明，较高的载荷和较慢的滑动速度会导致更高的滑动结束时的压缩量，以及更低的压缩恢复量和恢复率。在 2N 载荷下，20mm/s 似乎是平均再水化阈值速度；而在 7N 载荷下，滑动速度低于 80mm/s 时，平均出现负的压缩恢复。此外，起始滑动摩擦系数在 2N 载荷时高于 7N 载荷，且仅在 2N 载荷时对滑动速度敏感；滑动结束时的摩擦系数主要受滑动速度影响，而与施加的载荷无关56。
研究结论与讨论
这项研究首次利用 cSCA 软骨测试配置，研究了软骨在生物逼真的平均接触应力、滑动速度和流体负载支持条件下的摩擦学响应。研究结果表明，肥胖导致的习惯性应变增加，而不是润滑性的丧失，可能是关节软骨功能和机械生物学受损的直接原因。也就是说，肥胖和缺乏运动可能通过增加关节软骨的压缩 / 应变，以及机体对这些变化的机械生物学反应，构成了现代社会中导致关节直接物理受损和 OA 风险增加的 “进化不匹配” 因素。这一发现为理解 OA 的发病机制提供了新的视角，也强调了研究人类行为改变（如减肥 / 体重管理和增加日常活动量），对于降低 OA 风险和患病率的重要性。同时，该研究也为后续进一步研究关节软骨的功能和疾病防治提供了重要的参考依据，推动了骨关节炎领域的研究进展。
