李 亮,劉安平,周正新,周章武,江樹(shù)連,盛炎炎
(安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨傷科,安徽 合肥230031)
有研究表明,軟骨細(xì)胞凋亡是骨關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis,OA)關(guān)節(jié)軟骨退變的關(guān)鍵因素之一[1],軟骨細(xì)胞過(guò)度凋亡,數(shù)量過(guò)少,引起細(xì)胞外內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的改變,又使軟骨細(xì)胞的凋亡增加,形成惡性循環(huán),從而導(dǎo)致OA 的發(fā)生[2],消腫方是根據(jù)我院骨傷科國(guó)家級(jí)名老中醫(yī)丁鍔教授根據(jù)“補(bǔ)腎活血利水”法組成的中藥復(fù)方,以補(bǔ)腎活血利水為主,臨床用于治療OA,多年的臨床觀察結(jié)果顯示其有較理想的治療效果[3]。前期研究顯示:補(bǔ)腎活血利水法具有促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、抑制其凋亡、調(diào)控滑膜組織基因表達(dá)譜及多種細(xì)胞信號(hào)通路等多種作用[4],為了進(jìn)一步探討其療效機(jī)制,揭示其發(fā)揮療效的藥理作用特點(diǎn)或靶點(diǎn),本研究通過(guò)建立兔OA 動(dòng)物模型,觀察不同濃度消腫方對(duì)動(dòng)物模型的軟骨細(xì)胞凋亡及同源細(xì)胞群數(shù)量的影響,現(xiàn)報(bào)道如下。
6 月齡體重2.6~3.2kg 的新西蘭大耳白兔36只,雌雄各半,隨機(jī)分為6 組(模型組、空白組、陽(yáng)性對(duì)照組,中藥消腫方低劑量組(40g/kg)、中劑量組(80g/kg)、高劑量組(160g/kg),每組6 只,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均購(gòu)自安徽中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,普通級(jí),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào):SYXK(皖)2013-0126。
1.2.1 主要試劑
Bcl-2、Bax 免疫組化試劑盒和軟骨細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(武漢博士德公司)。
1.2.2 主要儀器
37℃溫箱(上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司 型號(hào):GNP-9160 型),干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司 型號(hào):DHG-9140 型),石蠟切片機(jī)(Leica2135),BM-Ⅱ型病理組織包埋機(jī)(安徽省電子科學(xué)研究所),ZT-RP 生物組織脫水機(jī)、QP 切片漂烘溫控儀(湖北省孝感市亞光醫(yī)用電子技術(shù)有限公司),88-1大功率磁力攪拌器、QT-1 漩渦混合器(上海琪特分析儀器有限公司),LX-100 手掌型離心機(jī)(上海市麒麟醫(yī)用儀器廠),Nikon80 熒光顯微鏡(新飛達(dá)光學(xué)儀器公司)。
消腫方劑生藥飲片由安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院中藥房提供(懷牛膝15g,茯苓皮20g,黃芪15g,當(dāng)歸10g,莪術(shù)8g,萆薢10g,紅花2g 組成),將生藥飲片80g 加入920g 水中制備成中劑量組,低、高劑量組分別將生藥飲片40g,160g 加入960、840g水中制備成低、高劑量組;鹽酸氨基葡萄糖規(guī)格:0.24g*28 片/盒,四川新斯頓藥業(yè)生產(chǎn),產(chǎn)品批號(hào)為:141004。
1.4.1 造模
除空白組外,所有動(dòng)物采用改良Hulth 法[5]制作膝關(guān)節(jié)OA 動(dòng)物模型,麻醉生效后,常規(guī)消毒、鋪巾,取兔膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)髕旁入路,切開(kāi)皮膚及皮下組織后,內(nèi)側(cè)支持帶及關(guān)節(jié)囊后,將髕骨向外側(cè)脫位,顯露膝關(guān)節(jié)腔,顯露內(nèi)側(cè)半月板及前交叉韌帶,依次切除內(nèi)側(cè)半月板,切斷內(nèi)側(cè)副韌帶,切斷前交叉韌帶(改良Hulth 法),再逐層關(guān)閉關(guān)節(jié)囊、皮下組織、皮膚,敷料包扎切口,不予外固定,建模后連續(xù)4d青霉素3×104U 肌肉注射,10d 后開(kāi)始每天強(qiáng)迫兔活動(dòng)40min,連續(xù)6 周。
1.4.2 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
隨機(jī)分為6 組后,根據(jù)人與兔體表面積比值,人與兔藥物劑量比值為1/3,分別對(duì)消腫方低劑量組、中劑量組、高劑量組采用40、80g/kg 以及160g/kg 的消腫方煎劑20mL 灌胃,空白組灌服等容積生理鹽水,陽(yáng)性對(duì)照組灌服溶有6 片硫酸氨基葡萄糖的生理鹽水溶液(1d 分3 次),連續(xù)治療4 周。
1.4.3 檢測(cè)指標(biāo)和檢測(cè)方法
1.4.3.1 組織形態(tài)學(xué)檢查
光鏡下觀察軟骨細(xì)胞、軟骨陷窩、軟骨囊、同源細(xì)胞群及軟骨細(xì)胞間質(zhì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化,在10×40 光鏡視野下觀察,任選5 個(gè)視野觀察,每個(gè)視野計(jì)數(shù)同源細(xì)胞群數(shù)量。
1.4.3.2 細(xì)胞凋亡檢測(cè)
采用TUNEL 法(原位缺口末端標(biāo)記法)在10×40 光鏡視野下觀察,任選5 個(gè)視野觀察,平均計(jì)數(shù)100 個(gè)軟骨細(xì)胞中細(xì)胞核染色成棕色顆粒的細(xì)胞數(shù)目即為凋亡指數(shù)(AI)。
1.4.3.3 免疫組化檢測(cè)
標(biāo)本石蠟切片,免疫組織化學(xué)染色(三步法):石蠟切片脫蠟至水,3% H2O2室溫孵育5~10min,以消除內(nèi)源性過(guò)氧化物酶的活性。PBS(磷酸鹽緩沖液)浸泡5min×2 次,5%~10%正常山羊血清(PBS 稀釋)封閉,室溫孵育10min,傾去血清,勿洗。滴加一抗工作液,37℃孵育1~2h 或4℃過(guò)夜。PBS 沖洗,5min×3 次。滴加適量生物素標(biāo)記二抗工作液,37℃孵育10~30min。PBS 沖洗,5min×3 次。滴加適量的辣根酶或堿性磷酸酶標(biāo)記的鏈霉卵白素工作液,37℃孵育10~30min。PBS 沖洗,5min×3 次。顯色劑顯色DAB(磷酸緩沖液)3~15min 自來(lái)水充分沖洗,復(fù)染,脫水,透明,封片。在光鏡下觀察Bcl-2 蛋白陽(yáng)性表達(dá)為漿黃色顆粒,試驗(yàn)以己知陽(yáng)性染色切片作為陽(yáng)性陽(yáng)性對(duì)照,以磷酸緩沖液代替第一抗體作為陰性陽(yáng)性對(duì)照,在400 倍放大率下,任選5 個(gè)高倍鏡視野,計(jì)算Bcl-2 陽(yáng)性細(xì)胞所占百分比。
所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 17.0 軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,參數(shù)值用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示。組間比較采用單因素方差分析,兩組間均數(shù)比較采用t 檢驗(yàn),以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
圖1 空白組
圖2 模型組
圖3 陽(yáng)性對(duì)照組
圖4 治療組(低劑量組)
圖5 治療組(中劑量組)
圖6 治療組(高劑量組)
由圖1-6 可知,空白組:軟骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰、排列規(guī)則,軟骨陷窩及軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量多,軟骨細(xì)胞間質(zhì)少,模型組:軟骨細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則、排列雜亂,軟骨陷窩及軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量很少;軟骨細(xì)胞間質(zhì)很多,治療組:軟骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)較清晰、排列較規(guī)則,軟骨陷窩及軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量少,軟骨細(xì)胞間質(zhì)多,介于空白組和模型組之間。
由表1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:同一時(shí)間段,在不同組別兩兩比較,高劑量治療組與中劑量治療組相比較時(shí),P>0.05,4 周時(shí)陽(yáng)性對(duì)照組與模型組比較時(shí),P>0.05,8 周及12 周時(shí)中劑量治療組與低劑量治療組相比較時(shí),P>0.05,其他組別兩兩比較時(shí),P<0.05。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:模型組軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量降低,治療后,軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量升高,在治療早期(4周),隨中藥劑量由低劑量組到中劑量組增加時(shí),其升高幅度加大,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但經(jīng)過(guò)治療8 周及12 周后,隨中藥劑量增加時(shí),雖升高幅度加大,無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在各組隨時(shí)間變化(4 周,8 周,12 周)兩兩比較后統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:空白組(P<0.05),模型組(P<0.05),陽(yáng)性對(duì)照組(P<0.01),治療組(低劑量組)(P<0.01),治療組(中劑量組)(P<0.05),治療組(高劑量組)為0.058,0.003,0.005,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:除高劑量治療組由4 周延長(zhǎng)至8 周時(shí),軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量增加不明顯外,其余各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨時(shí)間延長(zhǎng),出現(xiàn)軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量增加,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
由表2 可知,在同一時(shí)間軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)隨不同組別變化兩兩比較后統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:4 周、8 周、12 周時(shí)P<0.05。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:模型組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)明顯升高,而經(jīng)過(guò)中藥消腫方治療后,軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)下降,而且隨中藥劑量增大,其下降幅度加大,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在各組隨時(shí)間變化(4 周,8 周,12 周)兩兩比較軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)后統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:空白組8 周與4周相比,P=0.175,12 周與8 周相比,P=0.025<0.05,模型組和陽(yáng)性對(duì)照組8 周與4 周相比,P=0.025<0.05,12 周與8 周相比,P=0.695,在低、中、高劑量治療組8 周與4 周相比,12 周與8 周相比,P<0.05。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:空白組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)在12 周時(shí)明顯升高,模型組和陽(yáng)性對(duì)照組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)在8 周時(shí)明顯升高,超過(guò)8 周后,升高不明顯,治療后,軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)下降,在各劑量治療組,隨治療時(shí)間由4 周逐漸延長(zhǎng)至8 周、12 周時(shí),其下降幅度加大,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(見(jiàn)圖7-12)
表2 軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)
圖7 空白組
圖8 模型組
圖9 陽(yáng)性對(duì)照組
圖10 低劑量治療組
圖11 中劑量治療組
圖12 高劑量治療組
由表3 可知,在同一時(shí)間軟骨細(xì)胞BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比隨組別變化兩兩比較后統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:4周、8 周、12 周時(shí)P<0.05。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:模型組BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比最低,隨組別變化至陽(yáng)性對(duì)照組、低、中、高劑量治療組時(shí),軟骨細(xì)胞BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比逐漸升高,而且隨中藥劑量增大,其升高幅度加大,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在各組隨時(shí)間變化(4 周,8 周,12 周)兩兩比較后統(tǒng)計(jì)結(jié)果為:空白組12 周與8 周相比,P<0.05,其余5 組8 周與4 周相比,12 周與8 周相比,P<0.05。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨時(shí)間延長(zhǎng),各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均出現(xiàn)BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比明顯升高,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(見(jiàn)圖13-18)
表3 BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比
圖13 空白組
圖14 模型組
圖15 陽(yáng)性對(duì)照組
圖16 低劑量治療組
圖17 中劑量治療組
圖18 高劑量治療組
OA 發(fā)病率高,是老年人的最常見(jiàn)的慢性關(guān)節(jié)疾病,尤以膝關(guān)節(jié)OA(KOA)常見(jiàn)。北京市區(qū)的調(diào)查結(jié)果顯示60 歲以上老年人膝關(guān)節(jié)X 線OA 患病率女性為42.8%,男性為21.5%;臨床KOA 患病率女性為15%,男性為5.6%[6]。
OA 指由多種因素引起關(guān)節(jié)軟骨纖維化、皸裂、潰瘍、脫失而導(dǎo)致的關(guān)節(jié)疾病。目前病因尚不明確,其發(fā)生與年齡、肥胖、炎癥、創(chuàng)傷及遺傳因素等有關(guān)。其病理特點(diǎn)為軟骨蛋白多糖含量減少,導(dǎo)致軟骨破壞,進(jìn)而全層軟骨消失,深達(dá)骨質(zhì),關(guān)節(jié)邊緣骨贅形成,軟骨下骨增厚、囊性變、硬化,滑膜呈慢性炎癥改變,同時(shí)滑膜釋放細(xì)胞因子,進(jìn)一步破壞軟骨[7],其病變涉及整個(gè)滑液關(guān)節(jié),包括軟骨、滑膜和軟骨下骨、其發(fā)病過(guò)程最主要的特點(diǎn)是以膝關(guān)節(jié)軟骨的退行性改變和繼發(fā)性骨質(zhì)增生為主要病理改變,表現(xiàn)為關(guān)節(jié)間隙變窄,軟骨下骨硬化[8],OA 的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚,研究表明細(xì)胞外基質(zhì)的降解、軟骨細(xì)胞凋亡等是該病發(fā)生的重要因素。
同源細(xì)胞群是由一個(gè)軟骨細(xì)胞分裂增殖形成的軟骨細(xì)胞群,位于軟骨組織的中部。每個(gè)同源細(xì)胞群有2~8 個(gè)軟骨細(xì)胞,包含在一個(gè)大的軟骨陷窩內(nèi),后者又分成幾個(gè)小的陷窩,各含一個(gè)軟骨細(xì)胞。軟骨的同源細(xì)胞群深層的軟骨組織內(nèi)軟骨陷窩較少,但形態(tài)較大,內(nèi)含多個(gè)軟骨細(xì)胞,但細(xì)胞較成熟,代謝緩慢,越靠近軟骨的中部,同源細(xì)胞群的數(shù)目越多,反映了軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的生長(zhǎng),同源細(xì)胞群的數(shù)目下降,則表明細(xì)胞外基質(zhì)的降解,目前對(duì)于同源細(xì)胞群數(shù)目的相關(guān)研究較少,因此關(guān)于這方面的研究有待進(jìn)一步開(kāi)展。
軟骨細(xì)胞凋亡在OA 病理過(guò)程中發(fā)揮的作用越來(lái)越受到重視[9],細(xì)胞凋亡(細(xì)胞程序性死亡)是一個(gè)主動(dòng)的、信號(hào)依賴的過(guò)程,并由基因控制的主動(dòng)的、高度有序的死亡過(guò)程。線粒體凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激性凋亡、細(xì)胞自噬在OA 的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用[10]。因此關(guān)于軟骨細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)研究成為目前的熱點(diǎn)之一。目前有研究表明Bcl-2 家族是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白中的關(guān)鍵調(diào)因子,其抗凋亡與促凋亡成員協(xié)調(diào)作用[11],Bcl-2 家族蛋白的一個(gè)顯著特征是具有Bcl-2 同源結(jié)構(gòu)域,主要體現(xiàn)在4個(gè)保守的區(qū)域,即BH1、BH2、BH3、BH4 結(jié)構(gòu)域,典型的抗凋亡成員如Bcl-2、Bcl-XL、Mcl-1、Bcl-W 等含有4 個(gè)短的保守的BH 結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C 端疏水尾狀結(jié)構(gòu),即跨膜結(jié)構(gòu)域,這類成員具有抗凋亡活性,在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。
KOA 屬中醫(yī)“痹證”范疇,是臨床難治性疾病之一,晚期致殘率高,多數(shù)患者最終需要人工關(guān)節(jié)置換以改善功能,所以本病治療的關(guān)鍵在于早期防治[12],從西醫(yī)來(lái)說(shuō),即使僅以緩解癥狀、改善功能為目的,也缺少療效更好、不良反應(yīng)更少的治療方法,因此中醫(yī)藥治療骨關(guān)節(jié)炎已經(jīng)逐漸受到重視。中醫(yī)對(duì)其認(rèn)識(shí)歷史悠久,治療手段多樣,有臨床效果好、副作用少等優(yōu)勢(shì)[13]。中醫(yī)認(rèn)為中老年膝骨關(guān)節(jié)炎的主要病機(jī)是肝腎不足,氣虛血瘀,虛損與瘀實(shí)并存,虛損為本,成其病,瘀實(shí)為標(biāo),其病在筋骨,與肝腎密切相關(guān)[14],消腫方是根據(jù)我院骨傷科國(guó)家級(jí)名老中醫(yī)丁鍔教授根據(jù)“補(bǔ)腎活血利水”法組成的中藥復(fù)方,有補(bǔ)腎利水、活血化瘀之功,對(duì)痰、瘀、水互阻所致的骨關(guān)節(jié)炎能起較好的治療作用[15]。
氨基葡萄糖是構(gòu)成關(guān)節(jié)軟骨的內(nèi)源性物質(zhì),可刺激黏多糖的生化合成及增加骨骼鈣質(zhì)的攝取,以提高骨與軟骨組織的代謝功能和營(yíng)養(yǎng),同時(shí)改善與增強(qiáng)滑膜液的黏稠度,增加滑膜液合成,提供關(guān)節(jié)潤(rùn)滑功能,還可阻斷OA 的病理過(guò)程,防止疾病進(jìn)展,抑制和消退關(guān)節(jié)變性形成,從而有效修復(fù)軟骨關(guān)節(jié),持久緩解疼痛,阻止疾病進(jìn)展,具有優(yōu)越的耐受性和安全性,臨床廣泛用于骨關(guān)節(jié)炎的治療,是第一個(gè)經(jīng)臨床證明的骨關(guān)節(jié)炎疾病改善藥物[16],因此在本研究中作為陽(yáng)性對(duì)照藥物。
在制作模型方法上,本研究采用經(jīng)典的改良Hulth 法建立骨關(guān)節(jié)炎家兔模型,通過(guò)切除內(nèi)側(cè)半月板,切斷前交叉韌帶、內(nèi)側(cè)副韌帶造成膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn),使關(guān)節(jié)軟骨承受了異常的機(jī)械壓力,從而導(dǎo)致軟骨退變及破損[17],并且采取強(qiáng)迫活動(dòng)方式誘導(dǎo)模型建立。兔膝骨關(guān)節(jié)炎模型中關(guān)節(jié)內(nèi)手術(shù)方法,如改良Hulth 法等模型誘導(dǎo)成功率高,穩(wěn)定性好,應(yīng)用廣泛,特別適用于膝關(guān)節(jié)內(nèi)注藥預(yù)防和減輕OA病理改變的研究[18]。
本實(shí)驗(yàn)研究表明:空白組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)在12 周時(shí)明顯升高,模型組和陽(yáng)性對(duì)照組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)在8 周時(shí)明顯升高,超過(guò)8 周后,升高不明顯,而經(jīng)過(guò)中藥消腫方治療后,軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)下降,其下降幅度與治療時(shí)間以及中藥劑量有相關(guān)性,消腫方具有抑制軟骨細(xì)胞凋亡作用;模型組軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量降低,在治療早期(4 周),隨中藥劑量由低劑量組到中劑量組增加時(shí),其升高幅度加大,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但經(jīng)過(guò)治療8 周及12 周后,隨中藥劑量增加時(shí),雖升高幅度加大,無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,除高劑量治療組由4 周延長(zhǎng)至8 周時(shí),軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量增加不明顯外,其余各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨時(shí)間延長(zhǎng),出現(xiàn)軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量增加,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,表明消腫方能增加軟骨同源細(xì)胞群數(shù)量,并與治療時(shí)間以及中藥劑量有相關(guān)性;模型組BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比最低,通過(guò)消腫方治療后,軟骨細(xì)胞BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比逐漸升高,表明消腫方能升高BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比,并且其升高幅度與治療時(shí)間以及中藥劑量有相關(guān)性;但其抑制軟骨細(xì)胞凋亡與升高同源細(xì)胞群數(shù)量及BCL-2 陽(yáng)性細(xì)胞百分比內(nèi)在關(guān)系以及是否通過(guò)某些信號(hào)通路發(fā)揮其干預(yù)作用,尚有待進(jìn)一步研究證實(shí)。
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