前交叉韌帶分束及其斷裂對(duì)股骨內(nèi)髁影響的生物力學(xué)和組織學(xué)研究.pdf

1、前交叉韌帶(anterior curciate ligament，ACL)是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，其作用主要表現(xiàn)為控制脛骨的前移和對(duì)膝內(nèi)外翻和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)。股骨內(nèi)髁是膝關(guān)節(jié)的重要組成部分。臨床上ACL損傷十分常見(jiàn)，常導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)繼發(fā)性損傷。然而，ACL損傷是否影響股骨內(nèi)髁軟骨，目前研究甚少。本研究運(yùn)用生物力學(xué)測(cè)定方法并結(jié)合聚類統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法對(duì)ACL各纖維束進(jìn)行功能性分束；并在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用生物力學(xué)、組織學(xué)方法觀測(cè)ACL損傷后股骨內(nèi)髁

2、不同部位生物力學(xué)特性及病理學(xué)改變；同時(shí)檢測(cè)IL-β、MMP-13表達(dá)。為ACL損傷是否對(duì)股骨內(nèi)髁產(chǎn)生影響提供理論依據(jù)。 第一章前交叉韌帶功能性分束的生物力學(xué)研究 目的：探討ACL功能性分束，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)。 方法：新鮮成人正常膝關(guān)節(jié)標(biāo)本6具，取ACL脛骨止點(diǎn)前方兩側(cè)、股骨止點(diǎn)后方兩側(cè)作為應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)，靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀平衡標(biāo)定后，在800N軸向載荷下，測(cè)試膝關(guān)節(jié)0°、30°、60°、90°狀態(tài)下測(cè)量ACL前內(nèi)側(cè)束、

3、前外側(cè)束、后內(nèi)側(cè)束、后外側(cè)束應(yīng)變值。運(yùn)用聚類方法進(jìn)行功能性分束。 結(jié)果：1、膝關(guān)節(jié)0°位：后內(nèi)側(cè)束與前內(nèi)側(cè)束應(yīng)變無(wú)顯著性差異，P>0.05。后外側(cè)束與前外側(cè)束應(yīng)變無(wú)顯著性差異，P>0.05；ACL后外側(cè)束、前外側(cè)束應(yīng)變大于內(nèi)側(cè)束、前內(nèi)側(cè)束應(yīng)變，均有顯著性差異，均P<0.05。30°位和90°位：后內(nèi)側(cè)束與前內(nèi)側(cè)束應(yīng)變無(wú)顯著性差異，P>0.05；后外側(cè)束與前外側(cè)束應(yīng)變無(wú)顯著性差異，P>0.05；ACL后內(nèi)側(cè)束、前內(nèi)側(cè)束應(yīng)變均大于后

4、外側(cè)束、前外側(cè)束應(yīng)變，均有顯著性差異，均P<0.05。60°位：ACL應(yīng)變后內(nèi)側(cè)束最大后依次為、前內(nèi)側(cè)束、后外側(cè)束、前外側(cè)束，各束間應(yīng)變比較均有顯著性差異，均P<0.05。 2.前內(nèi)側(cè)束與后內(nèi)側(cè)束應(yīng)變變化一致，依序0°、30°、60°、90°逐漸增大，均有顯著性差異，均P<0.05；前外側(cè)束應(yīng)變?cè)谙?°、30°、60°、90°均無(wú)顯著性差異，均P>0.05。后外側(cè)束應(yīng)變?cè)谙リP(guān)節(jié)60°位大于0°、30°、90°，均有顯著性差異，均

5、P<0.05；0°與90°應(yīng)變無(wú)顯著性差異，P>0.05；0°、90°應(yīng)變均大于30°，差異均有顯著性，均P<0.05。 3、聚類分析：后外側(cè)束與前外側(cè)束歸為一類，后內(nèi)側(cè)束與前內(nèi)側(cè)束歸為一類。 結(jié)論： 膝伸直位ACL后外側(cè)區(qū)纖維束和前外側(cè)區(qū)纖維束應(yīng)變大于后內(nèi)側(cè)區(qū)纖維束和前內(nèi)側(cè)區(qū)纖維束。膝屈曲位后內(nèi)側(cè)區(qū)纖維束和前內(nèi)側(cè)纖維束應(yīng)變大于后外側(cè)區(qū)纖維束和前外側(cè)區(qū)纖維應(yīng)變，說(shuō)明后外側(cè)區(qū)纖維束和前外側(cè)區(qū)纖維束主要維持膝關(guān)節(jié)伸直

6、穩(wěn)定性，后內(nèi)側(cè)區(qū)纖維束和前內(nèi)側(cè)區(qū)纖維束主要維持膝關(guān)節(jié)屈曲穩(wěn)定性。結(jié)合聚類分析結(jié)果，證明ACL可分為前內(nèi)、后外兩功能性纖維束。 第二章前交叉韌帶斷裂對(duì)股骨內(nèi)髁生物力學(xué)影響的實(shí)驗(yàn)研究 目的：探討ACL斷裂對(duì)股骨內(nèi)髁生物力學(xué)的影響，為防治股骨內(nèi)髁繼發(fā)性損傷提供依據(jù)和參考。 方法：新鮮成人尸體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本10具，分為ACL完整組、前內(nèi)側(cè)束(AMB)切斷組、后外側(cè)束(PLB)切斷組和ACL完全切斷組。先將ACL完整組(10具

7、)分別在膝關(guān)節(jié)0°、30°、60°、90°位軸向加載200～800N，測(cè)量股骨內(nèi)髁關(guān)節(jié)面的應(yīng)變；再隨機(jī)將標(biāo)本造模成AMB切斷組和PLB切斷組(各5具)，在上述條件下測(cè)試應(yīng)變；最后將ACL完全切斷組(10具)在上述條件下測(cè)試應(yīng)變；并分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 結(jié)果： 1.膝關(guān)節(jié)0°位，200N和400N載荷下，股骨內(nèi)髁前部、中部、后部的應(yīng)變?cè)赑LB切斷組與ACL全斷組、ACL完整組與AMB切斷組之間無(wú)顯著性差異，P>0.05

8、；600N、800N載荷下，股骨內(nèi)髁前部、后部的應(yīng)變?cè)诟鲗?shí)驗(yàn)組間均有顯著性差異，P<0.05，中部應(yīng)變?cè)诟鲗?shí)驗(yàn)組間無(wú)顯著性差異，P>0.05：相同載荷下，前部、中部應(yīng)變值表現(xiàn)為全斷組>PLB切斷組>_AMB切斷組>完整組，后部表現(xiàn)為完整組>AMB切斷組>PLB切斷組>全斷組。 2.膝關(guān)節(jié)30°位，200N和400N載荷下，股骨內(nèi)髁前部、中部、后部的應(yīng)變?cè)贏CL完整組與PLB切斷組、AMB切斷組與ACL全斷組之間無(wú)顯著性差異，均P

9、>0.05；600N、800N載荷下各實(shí)驗(yàn)組間均有顯著性差異，均P<0.05，相同載荷下應(yīng)變值表現(xiàn)為全斷組>AMB切斷組>PLB切斷組>完整組。 3.膝關(guān)節(jié)60°，200N和400N、600N、800N載荷下，股骨內(nèi)髁前部、中部、后部的應(yīng)變各實(shí)驗(yàn)組間均有顯著性差異，均P<0.05；相同載荷下應(yīng)變值表現(xiàn)為全斷組>AMB切斷組>PLB切斷組>完整組。 4.膝關(guān)節(jié)90°，在200N、400N、600N、800N載荷下，股骨內(nèi)髁

10、前部、中部、后部的應(yīng)變各實(shí)驗(yàn)組間均有顯著差異，均P<0.05；前部應(yīng)變表現(xiàn)為完整組>PLB切斷組>AMB切斷組>全斷組，中部、后部表現(xiàn)為全斷組>AMB切斷組>PLB切斷組>完整組。 結(jié)論： 1.PLB切斷在膝伸直位對(duì)股骨內(nèi)髁前、中、后各部位的應(yīng)變均有影響。 2.AMB切斷在膝屈曲位時(shí)對(duì)股骨內(nèi)髁前、中、后各部位的應(yīng)變均有影響。 3.ACL完全切斷，對(duì)股骨內(nèi)髁前、中、后各部位的應(yīng)變均有影響。 第三章前

11、交叉韌帶斷裂對(duì)股骨內(nèi)髁軟骨的組織學(xué)影響 目的：觀察ACL斷裂后股骨內(nèi)髁軟骨組織HE染色改變與IL-1β、MIMP-13的表達(dá)變化，探討ACL斷裂對(duì)股骨內(nèi)髁軟骨組織學(xué)影響。 方法：48只雄性家兔隨機(jī)分為四組，兔后腿膝關(guān)節(jié)配對(duì)為實(shí)驗(yàn)側(cè)和對(duì)照側(cè)，自身對(duì)照，實(shí)驗(yàn)側(cè)行ACL切斷。造模后于第1、3、6、8周各隨機(jī)處死12只。觀察各時(shí)間點(diǎn)股骨內(nèi)髁軟骨組織結(jié)構(gòu)HE染色與IL-1β、MMP-13表達(dá)的變化。 結(jié)果：1.大體觀察：隨

12、著ACL斷裂時(shí)間周期的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組股骨內(nèi)髁軟骨逐漸出現(xiàn)色澤改變、表面光澤減退、表面出現(xiàn)不平整甚至潰瘍。 2.組織HE染色觀察：第1周實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異，P>0.05，其他各實(shí)驗(yàn)組均大于對(duì)照組，差異均具有顯著性，均.P<0.01；自第三周開(kāi)始出現(xiàn)軟骨表面及軟骨細(xì)胞排列的異常。Mankin評(píng)分實(shí)驗(yàn)組隨時(shí)間推移而增高，各實(shí)驗(yàn)組間比較均有顯著性差異，均P<0.01； 3.IL-1β表達(dá)：第1、3、6、8周實(shí)驗(yàn)組均高于

13、正常對(duì)照組，均有顯著性差異，均P<0.05。實(shí)驗(yàn)組第1周低于3、6、8周，均有顯著性差異，均P<0.05；第6周表達(dá)高于第3、8周，均有顯著性差異，均P<0.01；第8周表達(dá)高于第3周，有顯著性差異，P<0.01。正常對(duì)照組各周間比較均無(wú)顯著性差異，均P>0.05。 4.MMP-13表達(dá)：第1、3、6、8周實(shí)驗(yàn)組均高于正常對(duì)照組，均有顯著性差異，均P<0.01。實(shí)驗(yàn)組第1周低于第3、6、8周，均有顯著性差異，均P<0.01；第6