《Frontiers in Medical Technology》：Effects of chronic ankle instability on ipsilateral knee cartilage degeneration in mouse model
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摘要专业翻译
目的： 通过小鼠模型探讨慢性踝关节不稳（chronic ankle instability, CAI）对同侧膝关节软骨退变的影响及两关节之间的耦合关系。
方法： 将30只C57BL/6J小鼠分为假手术组（Sham组）、CAI组和内侧半月板失稳（d
摘要专业翻译
目的： 通过小鼠模型探讨慢性踝关节不稳（chronic ankle instability, CAI）对同侧膝关节软骨退变的影响及两关节之间的耦合关系。
方法： 将30只C57BL/6J小鼠分为假手术组（Sham组）、CAI组和内侧半月板失稳（destabilization of medial meniscus, DMM）组，分别接受假手术、前距腓韧带（anterior talofibular ligament, ATFL）和跟腓韧带（calcaneofibular ligament, CFL）切断术以及内侧半月板切除术。术后12周内通过运动学实验、影像学检查和组织病理学分析评估膝关节软骨退变情况。
结果： 运动学实验显示，CAI组穿越平衡木的通过时间和滑脱次数均显著高于DMM组和Sham组；CAI组的步长和步宽也更大。影像学检查显示，术后12周时CAI组和DMM组均出现明显的股骨髁骨软骨缺损和骨质硬化，但DMM组受累程度重于CAI组，其骨矿物质密度（bone mineral density, BMD）和骨体积分数（bone volume fraction, BVF）均高于CAI组。组织病理学分析显示，术后6周和12周时DMM组的软骨层更薄、软骨细胞更少、胶原纤维排列更紊乱。DMM组的改良Mankin评分和OARSI评分也显著高于CAI组，而两组均高于Sham组。
结论： 慢性踝关节不稳可导致小鼠模型同侧膝关节软骨退变，踝关节与膝关节之间存在耦合关系。
论文解读
一、研究背景与目的
膝关节骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）是临床常见的关节疾病，多发于中老年人群，以膝关节疼痛、僵硬和活动受限为主要特征。研究显示，65岁以上人群中KOA的发病率高达30%以上，严重影响患者的生活和工作，最终往往需要关节置换手术，给个人和社会带来沉重的医疗负担。KOA通常始于关节软骨退变和软骨基质丢失，并伴随骨质硬化和骨赘形成的渐进性发展。KOA的致病因素众多，包括年龄、创伤、炎症、肥胖等，但其发病机制研究仍不充分。既往研究提示髋部骨折畸形愈合的患者会在数年内出现KOA症状，然而膝关节下位相邻关节——踝关节的损伤是否也能引起膝关节软骨退变，目前仍存在争议。
踝关节扭伤是日常生活中最常见的踝部损伤类型，其中超过70%为外侧踝关节韧带复合体的损伤或断裂。若处理不当，容易发展为慢性踝关节不稳（chronic ankle instability, CAI）并导致踝关节创伤后骨关节炎（post-traumatic osteoarthritis, PTOA）。踝关节外侧韧带复合体由前距腓韧带（anterior talofibular ligament, ATFL）、跟腓韧带（calcaneofibular ligament, CFL）和后距腓韧带（posterior talofibular ligament, PTFL）组成，这些韧带较薄且分散，抗牵拉能力弱，在踝关节过度内翻时易受损伤。部分研究者认为踝关节损伤会改变下肢力线，导致膝关节受力不均而引发KOA症状；另一些研究者则认为踝关节损伤仅引起踝关节PTOA，不会影响膝关节。然而，目前仍缺乏相关研究数据支持上述两种结论，尤其是基础实验证据不足。
本研究旨在通过建立CAI和内侧半月板失稳（destabilization of medial meniscus, DMM）小鼠模型，结合运动学实验、影像学检查和组织病理学分析，探讨CAI对膝关节软骨退变的潜在影响。DMM模型作为公认的经典膝骨关节炎模型，在本研究中并非作为与CAI组相同假设的平行验证组，而是作为软骨退变严重程度的基准参照，以便在统一评价体系下定量比较非直接膝关节损伤（CAI）所诱发的同侧膝关节软骨退变效应与直接膝关节损伤之间的异同，从而更准确地刻画慢性踝关节不稳所致软骨退变的程度。该研究有望加深人们对膝-踝关节关系的认识，为KOA的临床防治提供新思路。
二、研究设计与主要技术方法
研究人员选用30只6周龄雄性C57BL/6J小鼠，购自苏州振湖实验动物公司（许可证号：SCXK2020-0002），随机分为Sham组、CAI组和DMM组，每组10只。术前适应性饲养2周，术后连续3天肌注青霉素预防感染。术后1/2/4/6/8/10/12周进行7轮运动学实验，术后6周每组随机取5只进行Micro-CT扫描后处死取材，术后12周处死剩余5只并完成影像学和组织学检测。主要技术方法包括：平衡木实验和足迹步态分析评估运动学稳定性；Micro-CT（SkyScan，比利时）扫描评估股骨远端髁的骨矿物质密度（bone mineral density, BMD）和骨体积分数（bone volume fraction, BVF）；苏木精-伊红（H&E）染色、番红O-固绿染色和II型胶原免疫组化染色评估软骨组织病理变化，并采用改良Mankin评分系统和OARSI评分系统量化软骨退变程度。
三、研究结果
3.1 平衡木实验
术后第1周起，CAI组和DMM组的通过时间和滑脱次数均显著高于Sham组。随时间延长，CAI组的通过时间和滑脱次数显著大于DMM组。术后8周后两组均出现明显的平台期。术后12周时，CAI组通过时间为Sham组的2.84倍，滑脱次数为Sham组的19.15倍；DMM组通过时间为Sham组的1.78倍，滑脱次数为Sham组的7.27倍。双因素重复测量方差分析显示组别、时间及组别与时间的交互效应对通过时间均有显著影响。
3.2 足迹分析
术后6周时，CAI组和DMM组的步长和步宽均显著大于Sham组，且CAI组较DMM组更明显。术后12周时差异进一步扩大，CAI组步长较Sham组增加34.31%，步宽增加45.32%；DMM组步长增加14.09%，步宽增加15.93%。
3.3 Micro-CT检查
术后6周时CAI组股骨髁表面出现细小裂纹但结构尚完整，术后12周时裂纹扩大形成骨缺损，并出现骨质硬化和边缘骨赘形成。DMM组表现类似但更严重，术后6周即出现明显骨缺损和骨皮质边缘硬化，术后12周时软骨和骨严重磨损，骨表面形成明显硬化带并出现骨赘。定量分析显示，术后12周时CAI组BMD为Sham组的1.54倍，DMM组为Sham组的1.95倍；CAI组BVF为Sham组的1.19倍，DMM组为Sham组的1.26倍，提示两组均出现膝关节骨质硬化，DMM组更为严重。
3.4 组织学评估
H&E染色显示，术后6周CAI组关节面出现磨损但软骨细胞排列尚整齐，DMM组关节面完整性丧失、软骨磨损、软骨细胞减少；术后12周CAI组关节面失去平整性、软骨基质染色变浅、软骨细胞排列紊乱并出现凋亡，DMM组出现大面积软骨和骨缺损、软骨细胞显著减少、细胞坏死和炎细胞浸润。番红O-固绿染色显示，术后6周CAI组软骨层染色变浅并出现局部凹陷，DMM组软骨层厚度显著减少、局部基质损伤；术后12周CAI组染色变浅且不均匀、出现局部空白区、胶原纤维排列紊乱，DMM组出现大面积番红O染色空白区、胶原纤维断裂脱落、软骨细胞显著减少。II型胶原免疫组化染色显示，随术后时间延长，CAI组和DMM组的II型胶原染色面积和厚度均显著减少，DMM组在术后12周时染色极浅、几乎无法检测。改良Mankin评分和OARSI评分显示，术后6周和12周时CAI组和DMM组均显著高于Sham组，且DMM组均高于CAI组。定量组织形态学分析证实，与Sham组相比，CAI组和DMM组在术后6周和12周时软骨细胞密度、软骨厚度、软骨总面积和番红O阳性面积比均显著降低，关节表面凹陷数量和深度均增加，且DMM组变化最为严重。
四、讨论与结论
讨论部分指出，踝关节和膝关节作为维持下肢运动功能的相邻关节，在运动学上具有密切联系。运动学实验结果表明，踝关节稳定性对维持正常行走功能和步态的影响可能大于膝关节，这与Taylor等人的研究结果一致。CAI组因踝关节外侧韧带复合体损伤，足部通常呈现外摆步态，导致步长和步宽显著增加；DMM组因内侧半月板切除导致膝关节内翻，下肢力线轴向内移，踝关节代偿性外翻，步长和步宽亦增加但小于CAI组。上述结果提示踝关节与膝关节之间存在耦合关系，相邻两关节为维持正常行走功能而相互影响和代偿。
影像学和组织学结果共同表明，CAI可间接影响膝关节，但影响程度轻于直接切除内侧半月板所致的膝关节失稳。研究人员推测，踝关节外侧稳定结构损伤后距骨可能向内移位，导致下肢力线自下而上轻微内偏，进而引起膝关节内侧间室负荷分布不均，在运动中诱发进行性软骨磨损和退变。组织学结果显示，DMM组术后6周即出现潮线完整性破坏，而CAI组至术后12周才出现，提示CAI对膝关节的影响是间接而缓慢的。
研究结论：通过建立CAI和DMM小鼠模型，结合运动学实验、影像学检查和组组学分析，研究人员初步阐明了CAI对膝关节软骨退变的可能影响，揭示了踝关节与膝关节在维持下肢运动功能中的耦合关系。该研究有望促进和加深人们对膝-踝关节关系的理解，为KOA的临床防治提供新思路和参考。
