楊金娟 謝敏豪 黃偉平 嚴翊

1北京體育大學（北京 100084）

2國家體育總局運動醫(yī)學研究所（北京 100061）

3西安體育學院（西安710068）

運動性肌腱損傷是與運動相關的肌腱損傷，包括肌腱炎和肌腱病變等慢性損傷，以及肌腱部分撕裂或完全斷裂等急性損傷[1]。該損傷影響運動員的正常訓練，嚴重者甚至提前結束職業(yè)生涯。隨著體育事業(yè)的發(fā)展，積極參與體育運動的人數猛增，我國腱病的發(fā)病率逐年增加。據相關研究報道，因肌腱過度使用造成的腱病占各種職業(yè)病總和的48%，肌腱損傷占運動損傷的30%～60%[2]。肌腱損傷發(fā)病率在足球、籃球、排球、網球等球類和跑步項目中較高[3]。

以往關于肌腱損傷發(fā)病機制的研究存在較多困難，因為在肌腱部分撕裂或完全斷裂之前很少進行肌腱活檢，且動物模型不能準確地反映人類肌腱損傷的愈合情況。但目前隨著生物化學和分子生物學技術的大量應用，肌腱損傷發(fā)病機理和臨床治療受到越來越多的關注，對運動性肌腱損傷有了更深層的了解，但對其生理機制的探討仍有較多爭議。本文分別以中文檢索詞肌腱損傷、運動、病理機制、損傷修復、治療和英文檢索詞 tendon injury、tendinopathy、pathogenesis、treatment、exercise等為關鍵詞，檢索Pubmed數據庫和CNKI期刊全文數據庫收錄的相關文獻，同時輔以手工檢索和文獻追溯，就肌腱損傷及其病理機制和治療方法等進行綜述。

1 運動性肌腱損傷的分類及生理病理變化

肌腱是連接骨骼和肌肉的特殊結締組織，這種機械敏感組織具有特殊的機械特性，能夠對肌肉傳遞的負荷做出反應和適應，支配關節(jié)活動、身體運動或維持身體姿勢。在運動過程中，高齡、性別、肥胖、糖尿病、高血壓、氟喹諾酮和皮質類固醇的使用、既往肌腱疾病史和遺傳性疾病史等內在危險因素，以及如機械負荷過大、錯誤訓練、運動設備以及重復性運動等外部危險因素，均可能導致肌腱發(fā)生理病理的改變[4]，這種改變可由急性和慢性創(chuàng)傷共同造成[5]。運動性肌腱損傷根據損傷發(fā)生的進程可以分為急性和慢性。

1.1 急性肌腱損傷及愈合機制

急性肌腱損傷在急速降速、著地或變換方向并伴隨中等或大強度牽拉負荷的肢體活動中較為常見，是壁球、網球、足球和其他需要反復突然跳躍或沖刺的運動項目中最常見的傷病類型[6]，常導致肌腱部分撕裂或完全斷裂。體育鍛煉和運動訓練使肌腱抗拉強度及硬度增加，伴隨肌腱組織內超微結構和力學性能的改變，同時由于肌腱組織血液供應較少，高強度運動訓練往往導致肌腱疲勞性損傷積累[7]，肌腱彈性降低、力學性能變弱，在大負荷強度甚至生理負荷強度下導致肌腱斷裂。

肌腱發(fā)生急性損傷后通常表現出典型的愈合反應并伴隨疤痕形成。愈合過程是肌腱內各種不同細胞和生長因子協(xié)同作用產生一個聯(lián)級反應的過程，歷經組織炎癥期、細胞增殖期和重建期，損傷后8周左右形成纖維疤痕。根據參與細胞來源不同，肌腱愈合有內源性和外源性兩種機制。內源性愈合機制認為，位于腱鞘和腱內膜的腱細胞控制肌腱愈合，由于肌腱內歸巢細胞的活性和修復能力弱，內源性機制被激活參與損傷修復。外源性機制認為，肌腱的愈合主要是由纖維母細胞和炎癥細胞從肌腱外周和血管遷移到病變部位，導致細胞浸潤和粘連形成，隨后細胞在損傷部位遷移和增殖，重組肌腱基質（extracellular matrixc，ECM）并引發(fā)肌腱修復。Kajikawa[8]等將肌腱損傷模型應用于兩種嵌合大鼠，一種在循環(huán)間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSCs）中表達綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP），另一種在髕腱中表達GFP，實驗結果顯示，循環(huán)MSCs最先浸入損傷部位，激活參與增殖并進行長時間修復重構局部細胞，表明循環(huán)MSCs參與了肌腱修復。事實上，修復細胞的起源仍有爭議，兩種愈合機制可能同時參與損傷肌腱的修復，兩種機制在修復過程中的功能可能取決于損傷程度、損傷類型以及肌腱解剖位置等情況。

1.2 慢性肌腱損傷及病理機制

慢性肌腱損傷是生理負荷范圍內發(fā)生的重復性微損傷（肌腱變性，tendinosis）。肌腱炎（tendinitis）通常是指由于肌肉纖維過度使用，反復強烈牽拉而引起肌腱膠原纖維退行性病變，除了累及肌腱本身，還可以累及腱鞘。以往診斷常用肌腱炎，但事實上并非單一的炎癥，大多數情況下常合并受累肌腱膠原組織變性，因此現在通稱為肌腱病。此外，肌腱、韌帶和肌肉起止點部位，由于損傷引起局部充血、滲出、水腫，繼而由于未能完全吸收，代謝產物在局部滯留，形成粘連、增厚，引發(fā)纖維化、骨化乃至鈣化等一系列病理變化，導致慢性發(fā)作性疾病，如岡上肌肌腱炎、網球肘、跟腱損傷等腱損傷均屬于末端病。

生理病理學研究表明，發(fā)生慢性損傷的肌腱組織內膠原纖維退化，膠原結構排列紊亂，黏液、蛋白聚糖和過氧化物還原酶增多，基質金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP1）增多，腱細胞凋亡，肌腱軟骨樣化生，胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1），骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）和一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）增多[9]。此外，局部缺氧還會導致其無法維持三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）水平，導致肌腱組織代謝功能障礙[10]。最初認為，肌腱慢性損傷過程伴隨肌腱的組織修復過程，但分子水平的研究否認了這一觀點。目前認為，隨著慢性損傷的積累，肌腱組織內部的分解代謝大于合成代謝，肌腱內部自我修復過程其實是減少的[11]，同時肌腱內分子損傷反應包括炎癥細胞調節(jié)因子、膠原和MMPs等改變，導致肌腱愈合失敗，引起膠原組織退行性病變，形成臨床癥狀明顯的肌腱病，最終導致肌腱完整性喪失，甚至引發(fā)肌腱部分或完全斷裂。

慢性肌腱損傷的發(fā)病機制尚不清楚。目前主要有兩種觀點，其一認為：肌腱在頻繁或過度使用過程中，若不能適應反復出現的極限生理負荷，就會出現膠原纖維微損傷，微損傷導致細胞因子的釋放，進而引起炎癥反應導致廣泛性肌腱退變，故斷定炎癥反應導致肌腱損傷[12]。隨后研究者從病理學和超微病變特征分析認為，肌腱病患者的腱周組織雖伴有一定的炎性細胞浸潤，可能與ECM被破壞或肌腱細胞凋亡的愈合過程有關，不能說明炎癥反應與肌腱病發(fā)病有直接關系[13]；重復機械負荷被認為是肌腱病變的重要原因，導致?lián)p傷肌腱組織中腱細胞內源性表達多種炎癥介質，包括促炎、抗炎細胞因子和一些生長因子，如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素1b（interleukin 1b，IL-1b），白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）和白細胞介素10（interleukin10，IL-10），血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），轉化生長因子β（transforming growth fact-β，TGF-β）等，導致水腫、充血、缺氧，進而產生自由基，引發(fā)慢性肌腱損傷[14]。有研究通過局部給予細胞因子和前列腺素2（prostaglandin 2，PEG2）等炎癥因子導致肌腱病變，重新提出肌腱病與炎癥反應有關，進一步闡述了慢性肌腱退行性變與炎癥反應的關系[15，16]。肌腱損傷的生理過程和病理過程是不斷過渡的，過度使用等因素會導致肌腱損傷，炎癥因子促進愈合或引發(fā)進一步的損傷，兩者相互作用導致慢性肌腱損傷的發(fā)生。

有研究認為，鈣化性肌腱炎的典型病理特征是肌腱鈣化和脂肪化[17]，可能是肌腱干細胞（tendon stem/progenitor cell，TSPCs）異常分化的結果。Rui等[18]從細胞生物學角度提出“TSPCs的錯誤分化是鈣化性肌腱病潛在的病理機制”的觀點，肌腱內TSPCs在適宜機械負荷作用下增殖分化為腱細胞，維持肌腱的合成代謝和分解代謝的穩(wěn)態(tài)，但過度負荷可能會導致肌腱內膠原纖維和細胞因子的比例改變，使腱細胞和TSPCs生長微環(huán)境發(fā)生變化，誘導TSPCs錯誤分化成脂肪細胞、成軟骨細胞和骨細胞等非腱系細胞，導致ECM減少，黏液變性，肌腱變硬，力學性能減弱，形成脂質沉積、多變軟骨和異位骨，最終導致慢性肌腱疾病。TSPCs在炎癥因子作用下可分化為骨細胞，進一步驗證了TSPCs錯誤分化的病理機制。研究者從肌腱組織中分離出CD105+和 CD105-兩種 TSPCs亞群，CD105-細胞具有自發(fā)性軟骨分化潛能，可能是導致肌腱軟骨樣退化的主要原因[19]。此外，隨著年齡的增長，肌腱內TSPCs數量減少，自我更新能力下降、功能異常，引發(fā)I型膠原蛋白合成減少，Ⅲ型膠原比例升高，肌腱力學性能下降，也會引發(fā)肌腱病變[20]。

慢性肌腱損傷的發(fā)病原因仍有爭議，過度重復機械負荷、內源性炎性因子、TSPCs微環(huán)境的改變等均可能導致肌腱微損傷的發(fā)生，肌腱機械性能下降，頻繁的微損傷積累和愈合失敗導致肌腱退行性改變，引發(fā)肌腱病變。

2 運動性肌腱損傷的治療

由于肌腱損傷的發(fā)病機制十分復雜，涉及到多種生物學現象，肌腱愈合機制的研究相對較少，無論是急性肌腱撕裂或斷裂，還是慢性肌腱損傷，治療方法都十分有限，主要有保守療法，新的治療方法，運動療法和手術療法等。

2.1 保守療法

主要有藥物治療和物理治療。臨床多采用皮質類固醇、非甾體類消炎藥（（nonsteroidal anti-inflammatory medications，NSAIDs）[21]和富血小板血漿（plateletrich plasma，PRP）[22]等。但皮質類固醇藥物和NSAIDs僅限于短期緩解疼痛，目前尚無研究證明其可長期緩解臨床癥狀或有效解決病理性變化。PRP由于生長因子高度集中，已經被臨床應用于骨骼肌肉疾病。根據已有研究，PRP主要通過調節(jié)組織對損傷的反應，刺激有愈合潛能的再生組織，進而促進損傷肌腱的修復[23]。

物理治療主要有體外沖擊波療法（extracorporeal shock wave therapy，ESWT）[24，25]、低能量激光療法（lowenergy laser therapy，LLLT）[26]和經皮神經電刺激（electricalpercutaneous nerve stimulation，TENS）[27]等 。LLLT通過產生ATP、增加蛋白質合成和血管生成刺激膠原蛋白生成促進修復。ESWT能夠誘導肌腱細胞增殖和膠原代謝，增強損傷肌腱的血管生成。

保守治療復發(fā)風險較高，治療時間較長并伴隨肌肉萎縮，且治療過程中腱細胞對維持肌腱功能的作用并沒有被充分發(fā)揮；優(yōu)勢在于緩解病痛的效果明顯，可避免手術治療后傷口感染等術后并發(fā)癥，比較推薦用于肌腱部分撕裂并可能發(fā)生傷口并發(fā)癥的老年患者。

2.2 外科手術療法

肌腱急性撕裂或斷裂后，手術治療主要是清創(chuàng)和縫合。慢性損傷的手術治療主要通過切除纖維化粘連、縫合撕裂的肌腱組織從而恢復血管，刺激活躍的肌腱細胞，重啟蛋白合成促進其修復。手術治療的優(yōu)勢在于成功率較高約85%，復發(fā)率不超過6%[63]，術后機體動員早、恢復快。但手術縫合是一個侵入性過程，手術傷口處皮膚壞死、切口感染、積液、血腫、非吸收性縫線等會引發(fā)炎癥及復雜并發(fā)癥，且術后并發(fā)癥發(fā)生率高達21%[64]。術后制動容易引起纖維粘連，導致愈合肌腱的生物力學及機械性能明顯弱于正常肌腱。因此，手術治療一般作為急性肌腱斷裂和保守治療超過6個月且療效欠佳患者的備選治療手段。

2.3 運動療法

適當的運動負荷能夠拉伸肌腱，激活蛋白激酶和各種化學反應，促進膠原合成，改善肌腱結構和功能，有利于損傷肌腱的重建。運動負荷過大或過小均會使肌腱異化反應明顯，導致肌腱機械性能下降。此外，炎癥因子和細胞生長因子隨著運動方式和強度等不同表現出差異化修復作用。離心運動一直被認為是治療慢性肌腱損傷的最佳治療方案，有利于損傷部位早期血管形成，膠原蛋白合成，緩解疼痛，促進肌腱的微循環(huán)[56]，尤其對髕腱、跟腱、肘部和肩部肌腱損傷治療效果明顯[57-59]。通過離心運動強化肌腱性能的方法應用時間已久，但對其減少疼痛和促進肌腱恢復的作用機制了解相對較少。Stanish等[60]提出離心運動比向心運動使肌腱承受更大的負荷進而加強肌腱功能。離心運動會導致肌腱新陳代謝的變化，改變疼痛的感知能力，肌腱內血管的血流也會暫時中斷[59]。離心訓練12周后彩色多普勒超聲顯示新生血管減少，異常肌腱的血管旁毛細血管血流減少45%，并且疼痛水平降低[61]。離心運動增加肌肉力量的同時，肌腱長度和肌腱力的峰值并沒有顯著性差異，但肌腱受到反復的正弦型負荷加載和卸載并出現高頻振蕩，表明肌腱所承受應力的大小不是離心運動促進肌腱修復的主要原因。相反，肌腱加載和卸載模式及所受力的波動，為肌腱重塑提供重要的刺激[62]。這類似于骨骼對高頻載荷和機械信號的反應導致骨密度增加。

盡管上述研究證明了離心運動對肌腱病有效，但有效促進肌腱損傷修復的最佳負荷、重復次數、運動頻率和時間仍未知。離心運動對肌腱損傷治療的積極作用，包括對肌腱組織結構、TSPCs和ECM生物學特性和功能的影響等還有待深入研究。

2.4 治療方法研究新進展

2.4.1 干細胞療法

干細胞具有自我更新、多分化等功能，基于干細胞的再生療法是當今生物醫(yī)學和再生醫(yī)學領域的研究熱點。近年來，通過動物模型研究了不同來源干細胞促進損傷肌腱修復和再生的潛力，從多能干細胞，如胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）和誘導多干細胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells），到廣泛研究的多潛能干細胞，如骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）、脂肪間充質干細胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ADMSCs）、滑膜間充質干細胞（synovial mesenchymal stem cells，SMSCs）和TSPCs等。通過構建肌腱損傷模型，在病變部位植入自體或異體來源干細胞，調控干細胞的分化方向達到促進肌腱再生修復的作用[37，38]。

ESCs和iPS細胞在控制其分化途徑后，可用于損傷肌腱再生修復。Chen等[39]率先將人ESCs通過MSCs中間步驟逐步分化為腱細胞，用于修復髕腱缺損。通過大鼠髕腱原位修復實驗研究發(fā)現，與對照組相比，經ESC-MSCs處理的肌腱具有更好的結構和力學性能。Xu[40]首次研究了iPS細胞來源的神經嵴干細胞聯(lián)合纖維蛋白凝膠對大鼠肌腱缺損愈合的積極作用。

MSCs具有分化為多種結締組織細胞類型的潛能，可從骨髓、脂肪、滑膜和肌腱中獲得。Mazzocca等[41]從肩袖手術患者的病理組織中分離出BMSCs，在細胞擴增和胰島素干預后發(fā)現其生物學特性與腱細胞相似；對14例肩袖撕裂患者進行細胞注射治療，12個月后肌腱愈合和完整性有所改善。歐陽等[42]建立了關節(jié)內肌腱愈合兔模型，BMSCs移植4周后肌腱愈合良好，但BMSCs對肌腱強度、功能質量和性能或損傷恢復的長期影響尚不清楚。SMSCs具有比BMSCs更高的增殖和分化潛能，并被證實具有促進骨腱結合部愈合的作用。Ju等[43]將Dil標記的SMSCs植入骨腱結合部位表面，加速膠原纖維結構的形成，有效改善肌腱愈合，但由于沒有纖維軟骨的插入，不能達到重建肌腱的目的。AD-MSCs在IGF-1，TGF-β和生長分化因子5（growth and differentiation factor 5，GDF-5）誘導下能夠上調肌腱相關基因如scleraxis（Scx）和tenomodulin（Tnmd）的表達，將AD-MSCs注射到膠原酶誘導的肌腱炎模型中，可改善膠原纖維的組織結構[44]。當前利用AD-MSCs進行肌腱治療的研究很少，主要難點是在肌腱缺損部位將AD-MSC誘導分化為腱細胞較為困難。

Bi等[45]證明了人和小鼠肌腱組織中有一群獨特的細胞群，這種細胞既有干細胞體外增殖和多向分化潛能，又具有肌腱特異性，并被命名為TSPCs。TSPCs高表達Scx、軟骨寡聚基質蛋白（cartilage oligomeric matrix protein，COMP），tenascin-C（TNC）和Tnmd等肌腱相關因子。異體和自體來源的TSPCs可促進肌腱缺損模型中受損肌腱的早期改善和組織修復[37，38]，但TSPCs在退行性肌腱微環(huán)境中有向軟骨和骨系細胞錯誤分化的潛能，所以TSPCs在損傷肌腱中的治療作用還需進一步研究和探索。

近些年來，干細胞治療肌腱損傷的研究取得了顯著進展，但干細胞促進肌腱愈合的生物學機制尚不清楚，干細胞治療仍有很大的局限性。干細胞療法的短期效果已被證明相對有效，但也有研究報道了干細胞移植后畸胎瘤和異位骨的形成?；谌梭w實驗的長期效應或數據仍然缺乏，哪些干細胞來源最具修復潛力，在臨床應用中需要植入干細胞的運動性肌腱損傷程度是多少，以及干細胞治療達到最佳效果的劑量和頻率，尚未形成共識。另外，多數研究都基于小型動物模型，此類模型的肌腱愈合速度比人類更快，因此還需在大型動物模型中測試干細胞療法的有效性，而且在臨床階段前還應對干細胞療法的風險和副作用進行評估，如致癌性和畸胎瘤等。

2.4.2 基因療法

基因治療是將外源正常基因導入靶細胞，糾正或補償致病基因造成的缺陷，從而達到治療疾病的目的[46]。自1992年發(fā)現基因治療在受損組織的修復和再生中的作用[47，48]，到目前為止，研究人員借助動物肌腱損傷模型，通過病毒性載體或非病毒性載體分別轉染了BMP-12、BMP-13、GDF-6和GDF-7等促進干細胞向腱細胞分化的生長因子[49，50]，VEGF、TGF-β、bFGF和血小板源生長因子-β（platelet-derived growth factorβ，PDGF-β）等促進細胞增殖、血管生成和ECM沉積的生長因子[51，52]，轉染的基因顯著提高了肌腱的愈合強度。上述的研究主要是體內直接轉染作用于肌腱，在體內基因載體與組織細胞結合較難，轉染效率較低。體外培養(yǎng)細胞，尤其是干細胞，作為基因治療載體移植進入損傷部位，可提高轉染效率并持續(xù)穩(wěn)定表達目的基因。BMP-2基因和PDGF-β分別轉染BMSCs后用于治療骨腱結合部位病變，可積極促進骨腱愈合[53，54]；TGF-β1基因轉染BMSCs使I型膠原在肌腱愈合中生成速度增快，ECM重建更快，肌腱的最大負荷能力和彈性增強[51]。此外，腺病毒介導Scx轉染MSCs改善急性肩袖損傷的愈合[55]，表明基因治療在損傷肌腱治療中的潛能。

與給予損傷部位抗炎藥物和皮質類激素等傳統(tǒng)治療相比，基因治療可使病灶及病灶周圍持續(xù)性地生成具有治療作用的蛋白質來改善組織修復，基因產物經過翻譯修飾后具有更大的生物活性和更低的免疫反應風險。但基因治療在肌腱損傷修復中的研究僅限于小動物急性損傷模型，其在大型動物模型中的有效性和安全性、最佳載體的選擇、基因傳遞機制問題等尚待進一步確定。

2.4.3 生長因子療法

肌腱損傷愈合過程的多個階段刺激多種生長因子的產生，導致細胞數量和組織體積增加。生長因子表達的增加在愈合的早期階段尤為顯著[56]。重組生長因子和生長因子聯(lián)合療法成為肌腱愈合的潛在研究領域，目前雖還沒此類人體研究發(fā)表，但體內和體外動物實驗證明了bFGF、BMP-12、BMP-13、BMP-14、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、IGF-1、PDGF、TGF-β和VEGF等生長因子在肌腱病治療中作用[57-59]，如在損傷部位注射TGF-β能夠明顯增加髕腱的加載負荷[60]；在保留兔足底肌腱的情況下，VEGF注射也取得了相同的效果，同時肌腱愈合早期TGF-β的表達明顯增加，但無法確認是VEGF本身還是TGF-β的增加，或是兩者共同促進了肌腱的修復[61]；PDGF和bFGF也能促進細胞增殖和膠原生成，兩者聯(lián)合治療可增加纖維連接蛋白（fibronectin）沉積，刺激蛋白多糖、膠原蛋白、非膠原蛋白和DNA的合成[62]；IGF-1能夠刺激基質合成和細胞增殖[63]。生長因子可以通過局部注射、經皮或手術、植入支架甚至含有生長因子的縫合材料等方式參與受損肌腱的修復。此外，生長因子低劑量的組合比單個生長因子更能促進受損肌腱的修復[1]，如在兔屈指肌腱細胞體外模型中，結合bFGF、IGF-1和PDGF，細胞增殖率最高[64]。

細胞生長因子作為一種生物修復劑，主要通過刺激機體的內在修復潛能進而調控修復過程，但其下游通路的確切機制尚不清楚，其臨床應用需要進一步的基礎研究。

3 總結和展望

近年來，雖然人們對肌腱愈合有關的細胞和分子基礎有了深入了解，但運動性肌腱損傷發(fā)病機制的系統(tǒng)研究較缺乏，肌腱損傷的預防和治療仍然是運動醫(yī)學和康復醫(yī)學亟待解決的問題。肌腱病理狀態(tài)下細胞、分子、信號轉導、機械力轉導等基礎研究需要進一步加強。探討干細胞療法、基因療法和運動療法促進肌腱再生修復的生物學機制，在促進修復的基礎上預防運動性肌腱損傷的發(fā)生，可為今后運動促進肌腱損傷修復提供理論基礎。