后交叉韌帶斷裂對外側半月板影響的生物力學和組織學研究.pdf

1、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament,PCL)的主要作用是控制脛骨的后移和旋轉。半月板是膝關節(jié)的重要組成部分，具有吸收震蕩、傳遞負荷、維持膝關節(jié)穩(wěn)定等重要功能。后交叉韌帶損傷是否影響外側半月板，研究甚少。本研究第一章采用生物力學的方法測試人體膝關節(jié)標本在PCL完全斷裂和部分斷裂時外側半月板各部位的應變，研究PCL完全斷裂和部分斷裂對外側半月板各部位生物力學特性的影響。第二章通過觀察兔膝關節(jié)PCL斷裂后外側半

2、月板組織結構的變化，MMP-1、MMP13、TIMP-1的表達，探討PCL斷裂后外側半月板的組織學變化，及MMP-1、MMP13、TIMP-1在半月板繼發(fā)性損傷中所起的作用。第三章通過對PCL在不同斷裂程度、不同載荷和屈膝角度下，測量人膝關節(jié)外側半月板周緣性移位情況，研究其生理性和病理性移位在PCL不同斷裂程度、不同載荷和屈膝角度下的變化規(guī)律。
　　 第一章：后交叉韌帶斷裂對外側半月板生物力學特性的影響
　　 目的：探討

3、后交叉韌帶損傷后對外側半月板各部位生物力學特性的影響。
　　 方法：新鮮成人正常膝關節(jié)標本12具作為PCL完整組，在200N、400N、600N、800N、1000N載荷下，測試膝關節(jié)0°、30°、60°、90°位外側半月板前角、體部和后角的應變，測試完畢后將標本隨機分為前外側束(ALB)斷裂組和后內側束(PMB)斷裂組，各6具，造模后同法測試，最后再將12具標本的PCL完全切斷進行測試。
　　 結果：1.膝關節(jié)0°位，

4、前角，體部和后角的應變均為負值，壓應變。在200N、400N載荷下，前角、體部、后角的應變在PCL完整組和ALB斷裂組之間無顯著性差異，P＞0.05，在PCL全斷組和PMB斷裂組之間無顯著性差異，P＞0.05，前角、體部在PCL全斷組和PMB斷裂組的應變大于PCL完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05，后角在PCL全斷組和PMB斷裂組的應變小于PCL完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、100

5、0N載荷下各實驗組之間均有顯著性差異，P＜0.05，前角和體部的應變絕對值表現(xiàn)為全斷組＞PMB斷裂組＞ALB斷裂組＞完整組，后角的應變絕對值表現(xiàn)為全斷組＜PMB斷裂組＜ALB斷裂組＜完整組。2.膝關節(jié)30°位，在200N、400N載荷下，前角、體部、后角的應變在完整組和PMB斷裂組之間無顯著性差異，P＞0.05，全斷組和ALB斷裂組之間無顯著性差異，P＞0.05，前角，體部的應變在全斷組和ALB斷裂組為負值，壓應變，在完整組和PMB斷裂

6、組為正值，拉應變，有顯著性差異，P＜0.05，后角的應變在全斷組和ALB斷裂組為正值，拉應變，在完整組和PMB斷裂組為負值，壓應變，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、1000N載荷下，前角、體部的應變在全斷組和ALB斷裂組為負值，壓應變，在完整組和PMB斷裂組為正值，拉應變，后角的應變在全斷組和ALB斷裂組為正值，拉應變，在完整組和PMB斷裂組為負值，壓應變，各實驗組之間均有顯著性差異，P＜0.05，應變絕對值表現(xiàn)為全斷

7、組＞ALB斷裂組，完整組＞PMB斷裂組。3.膝關節(jié)60°、90°位，前角，體部的應變在全斷組和ALB斷裂組為負值，壓應變，在完整組和PMB斷裂組為正值，拉應變；后角的應變在全斷組和ALB斷裂組為正值，拉應變，在完整組和PMB斷裂組為負值，壓應變，相同載荷下各實驗組應變之間有顯著差異，P＜0.05，應變絕對值表現(xiàn)為全斷組＞ALB斷裂組，完整組＞PMB斷裂組。
　　 結論：(1)PCL完全斷裂，在不同載荷和角度下，對外側半月板前角、

8、體部和后角的應變均有影響。(2)在200N和400N載荷下，ALB斷裂在膝關節(jié)0°位和PMB切斷在膝關節(jié)屈曲30°位對外側半月板前角、體部和后角的應變均無影響。(3)在600N，800N和1000N載荷下，ALB斷裂在膝關節(jié)0°位和PMB斷裂在膝關節(jié)屈曲30°位對外側半月板前角、體部和后角的應變均有影響。(4)在各實驗載荷下，ALB斷裂在屈膝30°、60°、90°位和PMB斷裂在膝0°、60°、90°位對外側半月板前角、體部和后角的應變

9、均有影響。
　　 第二章：后交叉韌帶斷裂后外側半月板退變的組織學研究
　　 目的：探討PCL斷裂對外側半月板組織學的影響和PCL斷裂后MMP-1、MMP13、TIMP-1在半月板繼發(fā)性損傷中所起的作用。
　　 方法：60只兔膝關節(jié)配對為實驗側和對照側，實驗側行PCL切斷造模，對照側只顯露但不切斷PCL。造模后第4、8、12、16、24周各隨機處死12只，行外側半月板形態(tài)學觀察，并進行HE染色，免疫組化檢測MMP-

10、1、MMP13、TIMP-1表達。
　　 結果：1.形態(tài)學觀察，隨時間延長，實驗組外側半月板出現(xiàn)磨損，甚至撕裂，呈黃色，彈性差。2.組織學觀察，隨時間延長，半月板表面不平整，組織疏松，膠原纖維排列紊亂，炎性細胞浸潤，間質水腫，軟骨細胞變性減少。各實驗組和對照組組織學退變評分均有顯著性差異，P＜0.05。實驗組組織學評分4周和8周之間無顯著性差異，P＞0.05；隨實驗進程至實驗組12，16，24周組織學評分之間均有明顯差異，P＜0

11、.05。3.實驗組MMP-1、MMP13、TIMP-1表達均高于對照組，有顯著性差異，P＜0.05。4.實驗組MMP-1的陽性表達率：4周和8周的陽性表達率之間沒有統(tǒng)計學差異(P＞0.05)，12周，16周和24周的陽性表達率之間沒有統(tǒng)計學差異(P＞0.05)。12周，16周和24周陽性表達率明顯高于4周和8周，均有統(tǒng)計學差異(P＜0.05)；5.實驗組MMP-13的陽性表達率：（12周，16周）的陽性表達率明顯高于（4周，8周）和（2

12、4周），12周和4周，12周和8周，12周和24周，16周和4周，16周和8周，16周和24周的陽性表達率均有統(tǒng)計學差異(P＜0.05)；4周，8周和24周的陽性表達率之間沒有統(tǒng)計學差異(P＞0.05)。6.實驗組TIMP-1的陽性表達率：12周陽性表達率明顯高于其他各周，與其他各周均有統(tǒng)計學差異，P＜0.05，其他各周（4周，8周，16周，24周）之間均無統(tǒng)計學差異，P＞0.05。
　　 結論：1.PCL斷裂可引起外側半月板組

13、織退變，且退變隨著時間的推移逐漸加重。2.MMP-1在PCL斷裂后膝關節(jié)外側半月板中的表達呈先增高后持續(xù)高表達的變化規(guī)律；MMP13、TIMP-1在PCL斷裂后膝關節(jié)外側半月板中的表達呈先增高后降低的變化規(guī)律。3.MMP-1、MMP13、TIMP-1表達的變化可以作為PCL斷裂后外側半月板受損的觀察指標。MMP-1、MMP13、TIMP-1表達增高提示MMP-1、MMP13、TIMP-1介導的病理生理機制可能是PCL斷裂后外側半月板退變

14、的原因之一。
　　 第三章：后交叉韌帶斷裂對外側半月板周緣性移位影響的研究
　　 目的：探討PCL斷裂對外側半月板周緣性移位的影響以及斷裂程度與周緣性移位程度之間的關系。
　　 方法：新鮮成人正常膝關節(jié)標本12具作為PCL完整組，在200N、400N、600N、800N、1000N載荷下，測量膝關節(jié)0°、30°、60°、90°位外側半月板周緣性位移，測量完畢后將標本隨機分成前外側束(ALB)斷裂組和后內側束(PM

15、B)斷裂組，各6具，造模后同法測試，最后再將12具標本的PCL完全切斷作為全斷組進行測量。
　　 結果：1.PCL完整時的外側半月板移位分布在0.5～2.6mm。2.膝0°位，在200N、400N載荷下，完整組和ALB斷裂組移位基本相同，無顯著性差異，P＞0.05，全斷組和PMB斷裂組移位基本相同，無顯著性差異，P＞0.05，全斷組和PMB斷裂組移位大于完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、10

16、00N載荷下，完整組移位最小，全斷組均最大，PMB斷裂組移位大于ALB斷裂組，各組間外側半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。3.膝關節(jié)屈曲30°、60°，在200N、400N載荷下，PMB斷裂組和完整組移位基本相同，無顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位基本相同，無顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位大于PMB斷裂組和完整組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、1000N載荷下，PMB斷裂組

17、移位較完整組增大，全斷組移位較ALB斷裂組增大，完整組移位最小，全斷組移位最大，ALB斷裂組移位大于PMB斷裂組，各組間外側半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。4.膝關節(jié)屈曲90°，在200N載荷下，PMB切斷組移位與完整組大致相同，無顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組移位與全斷組大致相同，無顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位大于PMB斷裂組和完整組，有顯著性差異，P＜0.05；在400N、600N、800N、1

18、000N載荷下，PMB斷裂組移位較完整組明顯增大，全斷組移位較ALB斷裂組明顯增大。完整組移位最小，全斷組移位最大，ALB斷裂組移位大于PMB斷裂組，各組間外側半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。
　　 結論：(1)外側半月板生理性移位范圍為0.5～2.6mm。(2)ALB斷裂后外側半月板在膝關節(jié)屈曲時移位明顯增大。(3)PMB斷裂后外側半月板在膝關節(jié)伸直時移位明顯增大。(4)PCL完全斷裂后外側半月板在膝關節(jié)屈曲、伸直時移