诱导骨性关节炎模型

一、模型分类与核心机制

诱导型骨关节炎（OA）模型通过外力干预模拟关节退变，按机制分为三类：

1. 手术诱导模型

• 原理：破坏关节稳定性或血供，引发机械应力失衡。
• 方法：
  • Hulth法（经典）：切断前交叉韧带（ACL）+ 切除内侧半月板。
  • 改良Hulth法：仅横断ACL或内侧副韧带（MCL），减少创伤。
  • 血供阻断：阻断髓腔内血供诱发邻近软骨退变。
• 病理特征：
  • 术后8周出现软骨退化，16周显著退变；
  • 可伴骨赘形成，但罕见游离体。

2. 化学诱导模型

• 原理：关节腔注射酶类或细胞因子，直接损伤软骨基质。
• 方法：
  • 胶原酶注射：SD大鼠腰椎小关节注射，1周后炎性因子（TNF-α、IL-1β）显著升高，8周软骨全层退变。
  • 碘yi酸注射：诱导软骨细胞凋亡，适用于大鼠。
  • 木瓜蛋白酶注射：低剂量（如3.5mg）即可致兔软骨退变。
• 关键指标：
  • iNOS持续高表达，NO促进软骨降解；
  • TNF-α主导早期炎症，IL-1β峰值在术后2周。

3. 物理诱导模型

• 原理：通过力学或温度刺激诱发退变。
• 方法：
  • 关节制动：固定兔膝关节于伸直位6周，出现中晚期OA特征。
  • 冷冻刺激：4℃冷水刺激小鼠膝关节30天，AI指数达3.8，TNF-α显著升高。
  • 胫骨超载：C57BL/6N小鼠胫骨压缩，模拟机械超负荷。

模型选择依据：

• 机制研究：手术模型（机械应力失衡）；
• 药物筛选：化学模型（炎性通路明确）；
• 短期实验：物理模型（周期短，如冷冻法30天成模）。

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二、物种选择与品系要求

常用物种对比

物种	推荐品系	适用模型	优势	缺陷
大鼠	SD/Wistar	手术/化学诱导	成本低，关节结构清晰	膝关节小，操作难度大
小鼠	C57BL/6	手术/基因研究	遗传背景清晰，适合机制探索	骨量小，需高精度检测
兔	新西兰大白兔	手术/化学诱导	膝关节大，便于手术操作	自发OA干扰（如Hartley豚鼠）
猪	-	半月板切除模型	关节尺寸接近人类	成本高，饲养复杂

选择关键参数

• 年龄：性成熟期动物（大鼠3-6月龄，兔6-12月龄），避免生长期干扰。
• 性别：雌性更易感（激素影响软骨代谢），但雄性也可用。
• 品系敏感性：
  • C57BL/6小鼠对手术诱导敏感；
  • STR/ort小鼠为自发OA模型，需排除干扰。

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三、标准化造模流程（以大鼠Hulth模型为例）

操作步骤

1. 麻醉：腹腔注射戊巴bi妥钠（40mg/kg）。
2. 手术入路：
   • 膝关节内侧切口，暴露ACL和半月板。
   • 切断ACL，切除内侧半月板前1/3。
3. 验证稳定性：抽屉试验阳性确认ACL断裂。
4. 缝合：逐层关闭切口，术后抗生素预防感染。

周期与评价节点

时间点	病理变化	检测指标
4周	软骨表层裂隙，炎性细胞浸润	TNF-α↑、IL-1β↑（ELISA）
8周	骨小梁稀疏，软骨厚度减少30%	Micro-CT测骨密度↓15%
12周	骨赘形成，软骨全层纤维化	组织学评分（OARSI≥5）

注意事项：

• 避免损伤腘动脉；
• 假手术组需切开关节囊但不破坏韧带。

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四、模型评价体系

核心指标与检测方法

评价维度	检测指标	方法	阳性标准
形态学	软骨厚度↓、骨赘形成	Micro-CT/HE染色	软骨厚度减少＞20%
炎症水平	TNF-α、IL-1β、iNOS↑	ELISA/免疫组化	TNF-α升高2倍 vs 对照组
代谢标志物	MMP-1↑、胶原Ⅱ降解	Western blot	MMP-1表达升高＞50%
生物力学	关节摩擦系数↑、弹性模量↓	力学测试仪	最大载荷降低＞15%
行为学	步态异常、承重不对称	步态分析仪	患肢负重减少＞30%

成功模型定义

需同时满足：

1. 组织学：OARSI评分≥5（中度以上退变）；
2. 影像学：骨密度降低＞15%；
3. 炎症指标：至少1项炎性因子升高＞50%。