膝關節磨損，為啥那麼難恢復？

本文作者:芸香

摔斷腿無疑是痛徹心扉的體驗，但長遠來看，膝蓋損傷帶來的困擾恐怕更加糟糕。人類的膝關節結構、功能複雜，又終日負重，各種急性損傷和慢性勞損都容易找上它。而膝蓋損傷的一個麻煩在於，和骨骼相比，關節軟骨的損傷要難恢復得多。在經過固定處理之後，折斷的骨頭通常可以逐漸癒合，而關節上的軟骨組織再生能力卻很差，在磨損之後，很難期待它們靠自身的修復能力恢復到原來的狀態。

在此之前，醫生和研究者們就已經知道軟骨的再生修復相當困難，不過人們還沒有直接測量過關節軟骨具體的再生情況。而這一次，哥本哈根大學的研究者們對膝關節軟骨中膠原成分的再生情況進行了實地測量。測量結果顯示，在發育成熟之後，人們關節軟骨中的膠原蛋白骨架幾乎就再也沒有更新過了[1]。

用「核彈曲線」鑒定軟骨

怎麼知道某種人體組織多久沒更新了？答案是測量其中的碳14含量。在上世紀50~60年代，核試驗使得大氣中的碳14含量出現了顯著的高峰，而在那之後，地上核試驗被禁止，大氣中的碳14含量又呈指數下降趨勢。而這段歷史無意之中為研究人員提供了一種測定生物體內有機物年代的方法——碳14核彈脈衝法。

植物活著的時候會不斷從大氣中攝取二氧化碳，將其中的碳原子用來合成有機分子，而動物們也通過植物獲得這些碳原子，在自己體內構建起各種組織。碳14衰變的速度相當慢（半衰期約為5730±40年），所以測量一下某種組織成分中的碳14含量，再把它和「核彈曲線」做個比較，就可以得知這些有機分子是什麼時候形成的（更多閱讀：核彈測年法，再不用就沒得用啦）。

由核試驗造成的大氣碳14變化曲線。圖片來源：《新科學家》

在這裡，研究者們就提取了人類膝關節軟骨中的成分進行碳14測定。他們測量的膝關節樣本來自1例遺體捐獻，以及22位接受膝關節置換手術的患者。這些患者有些是因為骨關節炎而需要動手術（他們的軟骨損傷比較嚴重），而另一些則是骨腫瘤患者（他們的病變部位在骨頭，而軟骨則比較健康）。

軟骨中的膠原：幾乎沒怎麼更新

在關節軟骨中，Ⅱ型膠原蛋白組成了網狀的骨架結構。而測定結果顯示，這些膝軟骨樣本中的膠原骨架成分都很久沒有更新過了：人們軟骨膠原的碳14水平大約對應著他們8~13歲時的樣子。看起來，在發育成熟之後，人們軟骨中的膠原基質就幾乎沒有什麼更新了。最為年長的一份膝軟骨樣本來自一位1935年生人的患者，他軟骨膠原中的碳14保持著核試驗高峰出現之前的低水平。

那麼，損傷和病變會刺激軟骨組織更多更新修復嗎？遺憾的是，在這項研究中也沒有發現這樣的趨勢。假如損傷會刺激修復，那麼骨關節炎患者的軟骨中應該存在更多「年輕」的新生膠原成分，但是檢測卻沒有發現這樣的結果——骨關節炎患者的測量結果看起來和其他人沒什麼顯著差別。

保護膝蓋很重要

現在，很多研究者都在探尋修復關節軟骨損傷的方法，例如用幹細胞促進組織修復，不過這些探索目前還都不夠成功。目前看來，保護膝蓋、預防損傷依然是最好的解決方式。控制體重、進行合理的體育活動並且鍛煉下肢力量，這些方式都可以幫助人們減輕膝關節軟骨的勞損。（編輯：窗敲雨）

PS：從字面意義上講，有23位志願者為本研究獻上了自己的膝蓋……

參考資料：

Katja M. Heinemeier, Peter Schjerling, Jan Heinemeier et al. Radiocarbon dating reveals minimal collagen turnover in both healthy and osteoarthritic human cartilage. Science Translational Medicine  06 Jul 2016: Vol. 8, Issue 346, pp. 346ra90 DOI: 10.1126/scitranslmed.aad8335

http://www.sciencemag.org/news/2016/07/why-knee-injuries-often-don-t-heal

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