负重有氧运动通过调节免疫抑制反应影响骨折愈合：运动史对系统性免疫与骨再生的调控作用

本研究发现，骨折前进行规律负重有氧运动（prehabilitation）可显著降低术后免疫抑制性髓源抑制细胞（MDSC）水平并提升辅助T细胞（CD4+ T cells）数量，同时减轻疼痛敏感性（Von Frey测试）。尽管运动组骨再生体积（μCT量化）与生物力学性能无显著改善，但研究揭示了运动史通过调控系统性免疫应答影响骨折愈合微环境的新机制，为临床骨折风险预测与康复策略提供了免疫学视角。

　　

1 引言

骨折是常见的临床事件，但超过13%的病例可能发展为骨不连，导致患者长期疼痛、功能丧失及高昂的翻修手术费用。骨折愈合依赖于再生微环境中机械与生物信号的精密协调，而免疫调节异常（如持续炎症或免疫抑制）已被证实与愈合障碍密切相关。尽管已知骨质疏松、代谢异常等并发症会影响愈合，但运动史对骨折后免疫反应及愈合结局的影响尚未明确。负重有氧运动因其对骨密度（BMD）和系统性炎症的调节作用，被认为可能通过预适应机制改善愈合过程。本研究通过大鼠跑步机训练与股骨节段缺损模型，探究骨折前运动是否通过调节免疫抑制介质（如MDSC）和促进骨再生影响愈合结局。

2 材料与方法

2.1 运动模型

9周龄雌性Wistar大鼠经10天 acclimatization 后，进行5天/周的跑步机训练，最终强度为18 m/min、5°坡度、30 min/天（约70–75% VO₂ max）。运动组持续训练4周后实施手术，对照组保持笼内静息活动。所有动物自由摄食，体重无组间差异。

2.2 节段缺损手术

在左股骨中段制作2 mm缺损，并用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）内固定板与不锈钢螺钉固定。术后给予缓释布托啡诺镇痛，并预防性使用甲硝唑抗感染。样本量基于既往骨再生与免疫数据（效应量2.5，α=0.05，n=7/组）。

2.3 影像学与μCT分析

术前及术后2、4、8周通过数字化X光片和μCT（vivaCT80，48.5 μm体素）纵向评估骨再生。感兴趣区域（ROI）定义为缺损中央1.5 mm，量化骨体积（BV）、骨矿物密度（BMD）及极惯性矩（pMOI）。

2.4 生物力学测试

术后8周取股骨进行扭转测试（TA Electroforce 3200），计算最大扭矩与扭转刚度。

2.5 疼痛敏感性评估

使用电子Von Frey纤维在术前及术后1、3、7周测量跖缩阈值，间接评估痛觉超敏。

2.6 免疫细胞 profiling

于术后0、3、7、14、28、56天经尾动脉采血，通过流式细胞术（BD Accuri C6）分析全血中T细胞（CD3⁺）、辅助T细胞（CD4⁺）、细胞毒性T细胞（CD8⁺）、MDSC（His48⁺CD11b/c⁺）、B细胞（B220⁺）及单核/巨噬细胞（CD68⁺）群体。

2.7 统计分析

采用重复测量双因素ANOVA或混合效应模型，Tukey或Sidak事后检验（GraphPad Prism 10），显著性阈值p<0.05。

3 结果

3.1 运动抑制年龄相关性骨生长

与假设相反，4周运动组股骨体积、皮质骨面积、皮质厚度及pMOI均显著低于静息组（p<0.05），仅BMD有轻微上升。表明负重运动在年轻动物中抑制了骨形态发育，但未影响体重增长。

3.2 运动未显著改善骨愈合

术后8周，运动组骨再生体积为静息组的3.4倍（受1例完全桥接个体驱动），但组间无统计学差异（实际检验效能0.9503）。桥接率运动组为14%（1/7），静息组为0%。扭转扭矩与刚度亦无组间差异。

3.3 运动加速痛觉恢复

术后3周内两组跖缩阈值均显著低于基线（p<0.006），但至7周时运动组恢复至基线水平，而静息组仍持续低下（p<0.0009）。运动组对侧未损伤肢体的阈值也更高，提示系统性痛觉调节改善。

3.4 运动调节早期免疫应答

术后7天，静息组MDSC显著升高（p<0.05）且T细胞（CD3⁺）下降，而运动组无此变化。运动组辅助T细胞（CD4⁺）数量显著高于静息组（p<0.05）。单核/巨噬细胞与B细胞无组间差异，所有免疫差异在14天后消失。

4 讨论

本研究首次揭示骨折前运动虽未直接促进骨再生，但通过调控早期系统性免疫反应（抑制MDSC升高、提升CD4⁺ T细胞）和减轻疼痛，间接优化愈合微环境。运动组骨生长抑制可能源于青年动物骨骼未成熟性（9周龄起始），高强度负荷（70–75% VO₂ max）或抑制了正常发育。低桥接率（历史平均35%）可能与动物年龄、缺陷尺寸（2 mm临界缺损）及固定板顺应性有关。疼痛改善与既往临床观察一致，提示运动史提升功能恢复潜力。免疫调节效应短暂（限于7天内），与运动诱导的巨噬细胞代谢重编程时效一致。局限性包括仅雌性动物、青年模型、单一运动协议及有限免疫 panel。未来需在性成熟动物、中度运动强度及扩展免疫细胞类型（如调节性T细胞）中验证。结合术后康复运动（如本组既往研究）可能协同增强愈合。成果对青少年运动员骨折管理、发育性髋关节畸形（PAO）等择期骨手术的预康复策略具有转化价值。