630nm LED无创光疗干预早期膝骨关节炎的动物实验研究

目的 初步探索基于波长630 nm发光二极管(light-emitting diode,LED)的无创光疗(non-damage phototherapy,NDPT)干预小鼠膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)的治疗效果.方法 实验对象Balb/c小鼠35只,随机分为正常对照组(normal control,NC)(n=7)、KOA组(n=7)和NDPT干预组(n=21),共三个大组.其中,NDPT干预组再按照不同功率密度分为3个亚组,分别为:L1组功率密度5mW/cm2组(n=7)、L2组功率密度10 mW/cm2组(n=7)和L3组功率密度40mW/cm2组(n=7),在小鼠右侧膝关节建立胶原酶诱导的KOA模型后1 d,NDPT干预组行波长630 nm的LED光照,每日1次,每次照射时间1 h,连续照射4周;KOA组,不进行LED照射处理;NC组,不做任何处理.LED照射4周后48 h内各组进行行为学检测,包括采用von Frey细丝测试各组小鼠右后肢足回缩阈值并进行机械触痛评价;使用Catwalk步态分析系统测试各组小鼠步态.各项检测完成后颈椎脱臼法处死小鼠,取右膝关节标本,进行组织形态学损伤严重度定量评价,包括苏木精伊红(hematoxylin&eosin,HE)染色检测滑膜炎;番红固绿(saffron O fast green,SF)染色观察软骨损伤和骨赘形成情况;免疫组织化学染色检测膝关节软骨组织Col Ⅱ、MMP-13表达情况.结果 (1)LED照射4周后,与KOA组比较,L2组(功率密度10mW/cm2)小鼠右后肢足回缩阈值和脚印面积比值均得到显著改善(P＜0.05);L1组(功率密度5mW/cm2)小鼠仅右后肢足回缩阈值得到改善(P＜0.05);而L3组(功率密度40mW/cm2)两项指标均无改善.(2)LED照射4周后,与KOA组比较,L2组(功率密度10mW/cm2)膝关节滑膜炎、软骨损伤、骨赘大小和骨赘成熟度评分降低(P＜0.05);L1组(功率密度5 mW/cm2)滑膜炎评分降低(P＜0.05),但软骨损伤和骨赘形成评分无改善;L3组(功率密度40 mW/cm2)各项评分均无改善.(3)L1和L2组的软骨细胞炎性因子MMP-13表达均低于KOA组(均P＜0.05);仅L2组(功率密度10 mW/cm2)可有助于维持Col Ⅱ表达(P＜0.05);L3组(功率密度40 mW/cm2)软骨组织MMP-13、Col Ⅱ表达与KOA组比较,差异无统计学意义(P＞0.05).结论 膝骨关节炎早期给予NDPT干预(波长630 nm,功率密度10 mW/cm2,每次照射时间1 h,能量密度36 J/cm2,1次/d,连续4周)可有效改善小鼠患肢疼痛及步态功能,并对膝骨关节炎的膝关节组织起到保护作用.波长630 nm LED NDPT有望成为治疗早期膝骨关节炎的一种无创无痛、无毒副作用、简便易行、安全有效的新方法.