《Annals of Anatomy - Anatomischer Anzeiger》：Synovial Fluid Protects Cartilage Against Fatigue Failure in Cyclical Compression
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关节软骨摩擦、润滑与磨损机制研究综述。指出滑液（SF）主要功能是抑制 reciprocating 压缩接触导致的疲劳失效，而非降低软骨间摩擦系数。现有证据表明 SF 浓度影响软骨保护效果，未来需重点识别能在数分钟内转运至软骨中层的分子成分。
杰拉德·A·阿特谢安（Gerard A. Ateshian）| 张浩宇（Haoyu Zhang）| 克拉克·T·洪（Clark T. Hung）
哥伦比亚大学机械工程系，美国纽约州纽约市西120街500号，邮编10027，MC4703
摘要
本文回顾了我们对关节软骨摩擦、润滑和磨损的当前认识，特别是与骨关节炎（osteoarthritis）之间的关系。主要结论是：滑液（synovial fluid）的主要功能是减少关节软骨因循环压缩而产生的磨损，而非循环摩擦；尽管在正常关节运动过程中这两种作用同时存在。与普遍认为的滑液功能不同，滑液的主要作用并非降低软骨之间的摩擦系数（因为在生理缓冲盐水中测试时软骨之间的摩擦系数已经非常低）。相反，我们最近的研究表明，滑液可以延缓往复压缩接触下软骨层剥离损伤的发生，且这种机制取决于滑液的浓度。因此，滑液中的某些分子成分可能具有这种保护作用。确定这些成分至关重要，因为它们需要能够在几分钟内迅速传输到距离关节表面几百微米的位置，从而对软骨中间层产生保护作用。这些发现可能会改变我们对导致骨关节炎发生的机械因素的理解，促使我们更加关注这些分子成分在关节内的合成和浓度。
引言
骨关节炎（OA）影响了大约5200万美国成年人，是美国致残的主要原因（Long等人，2022年）。OA的特点是关节软骨层的急性或长期磨损，其原因是软骨细胞外基质（ECM）的退化，导致关节软骨的机械完整性受损。已知OA的发病是多因素的，包括创伤后引起的OA（Buckwalter和Brown，2004年；Carbone和Rodeo，2017年；Delco等人，2017年；Wang等人，2020年；Watt等人，2019年），以及由肥胖引起的OA（Griffin和Guilak，2008年；Louer等人，2012年；Thijssen等人，2015年）。无论OA的发病机制和ECM退化背后的机械或生物学因素如何，关节的机械负荷在OA进展中起着重要作用。
在传统的软骨研究中，大量工作集中在研究软骨表面之间的摩擦上，认为摩擦力可能在软骨磨损和退化中起重要作用。摩擦力是指由于关节表面相对滑动而产生的切向力。摩擦系数（单位无量纲，表示为μ）是摩擦力与接触力的比值。接触力和摩擦力共同构成了通过重力、肌肉和韧带作用以及身体部位快速运动产生的惯性力在关节中传递的力。
然而，我们之前的研究表明，人类OA的进展与软骨摩擦系数的增加无关（Caligaris等人，2009年），这打破了“软骨磨损是由摩擦引起的”这一普遍观点。使用未成熟的牛软骨进行的实验也验证了软骨磨损是由往复的法向接触力引起的，而不仅仅是摩擦力（Petersen等人，2023年）（因为摩擦力产生的剪切应力可以忽略不计）。我们还发现，使用滑液（SF）时，未成熟牛软骨在往复接触力作用下的磨损发生显著延迟（Sise等人，2025年）。在本文中，我们提出滑液的主要作用是保护软骨免受往复接触力引起的疲劳损伤（详见第1.5节），而普遍认为滑液通过降低摩擦系数来减少磨损的观点并未得到实验支持。
在分子层面，滑液对未成熟牛关节软骨磨损的保护机制尚未完全明了。虽然已知滑液中的某些分子成分可以降低摩擦（Schmidt等人，2007年），但我们之前的研究观察到剥离损伤总是发生在距离关节表面100-200微米的中间层（MZ）。那些太大而无法通过这个距离传输到软骨中的分子成分（如分子量约为10 MDa的透明质酸（HA）），或者那些紧密结合在关节表面最外层几微米处的成分（如表层蛋白/润滑素（SZP/PRG4）（Flannery等人，2009年；Flannery等人，1999年；Jones等人，2007年）），不太可能是减少中间层磨损的候选因素。因此，我们认为未来的研究应重点识别具有这种保护作用的滑液分子成分。确定这些分子可能有助于我们更深入地理解关节软骨的OA进展机制。
部分内容摘要
概述
至今，大多数骨科研究人员认为滑液（SF）是关节软骨摩擦系数极低的主要原因。然而早在1960年，著名的骨科医生约翰·查恩利（John Charnley，髋关节植入物的发明者）就发现，清除关节中的滑液并不会显著增加其摩擦系数（Charnley，1960年）。历史上，关于关节润滑的研究通常认为关节润滑的原理与此类似。
讨论
现有文献通常将软骨摩擦与磨损联系起来（Chan等人，2011年；Dowson，1966年；Forster和Fisher，1999年；Jay等人，2007年；Katta等人，2009年；McCann等人，2009年；McCutchen，1962年；Zappone等人，2007年），并假设摩擦力的增加会导致磨损加剧。这种关联很容易理解，因为日常观察发现，使用较粗砂纸时磨损会更严重。
未引用参考文献
(Dowson, 1966; Jones, 1936)
资助
本文中部分作者的研究得到了美国国立卫生研究院（R01 AR073289, R01 GM083925, R29/R01 AR043628）、美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划（DGE-11-44155）以及美国国防部卫生事务助理部长办公室和国防卫生局J9研究与发展局的支持（通过同行评审医学研究计划）。
作者贡献声明
克拉克·T·洪（Clark T. Hung）：撰写、审稿与编辑、资金获取、概念构思。
张浩宇（Haoyu Zhang）：撰写、审稿与编辑、方法论设计、数据管理。
杰拉德·A·阿特谢安（Gerard A. Ateshian）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
由于本文为综述性文章，作者们没有与该文章相关的利益冲突声明。
