后交叉韧带功能分束及其断裂对内侧胫骨平台影响的实验研究

摘要

本研究拟应用自行设计的电阻应变片，采用微侵袭的方法将其置入膝关节PCL起止点各纤维束表面，对PCL各纤维束的应变变化进行测量并结合聚类分析统计学方法进行功能分束；采用生物力学测试方法，观察PCL完全断裂或部分断裂对内侧胫骨平台前部、中部和后部的应变变化影响。同时本研究将从组织学和分子生物学的角度对PCL断裂后内侧胫骨平台软骨的组织学改变及MMP-13和TIMP-1的表达变化进行研究，以探讨PCL断裂后是否会导致内侧胫骨平台软骨退变及其可能的发生机制。
　　 目的：通过测量后交叉韧带各束在膝关节屈伸过程中的生物力学变化，探讨其相应的功能及分类，为后续实验及临床工作提供理论依据。
　　 方法：12具新鲜成人尸体膝关节标本，依据PCL在膝关节中的空间位置将PCL分为：前内侧区纤维束(前内侧束)、前外侧区纤维束(前外侧束)、后内侧区纤维束(后内侧束)、后外侧区纤维束(后外侧束)。在膝关节标本上施加1000N轴向载荷下，分别测试膝关节0°、30°、60°、90°状态下PCL各纤维束应变。比较各束应变的差异，采用样品聚类方法进行分类。
　　 结果：
　　 1.膝关节0°位，后内侧束、后外侧束应变明显大于前内侧束和前外侧束，差异有显著性，p<0.05；后内侧束与后外侧束应变无显著性差异，p>0.05；前内侧束与前外侧束无显著性差异，p>0.05。膝关节30°位、60°位和90°位时，前外侧束、前内侧束应变大于后外侧束、后内侧束，差异有显著性，p<0.05；前外侧束与前内侧束应变无显著性差异，p>0.05；后外侧束与后内侧束无显著性差异，p>0.05。
　　 2.前内侧束和前外侧束应变变化一致，依序0°、30°、60°、90°逐渐增大，均有显著性差异，均P<0.05；后内侧束应变在膝关节0°最大，其次为90°位，再其次为60°位，30°位最小，0与30之间应变有显著性，p<0.05；30°与90°之间应变有显著性，p<0.05，其余各角度之间差异无显著差异，p>0.05。后外侧束应变在膝关节0°、30°、60°、90°位均无显著性差异，均p>0.05。
　　 3.聚类分析：前内侧束与前外侧束归为一类，后内侧束与后外侧束归为一类。
　　 结论：
　　 1.PCL止点各区纤维束在膝关节屈伸过程中始终处于张力状态；
　　 2.膝伸直位(0°)前内侧区纤维束和前外侧区纤维束应变小于后内侧区纤维束和后外侧区纤维束，屈曲位(30°、60°、90°)时大于后内侧区纤维束和后外侧区纤维束，说明前内侧区纤维束和前外侧区纤维束主要维持膝关节屈曲稳定性，后内侧区纤维束和后外侧区纤维束主要维持膝关节伸直稳定性；
　　 3.屈膝0°至90°前内侧区纤维束和前外侧区纤维束应变变化较大，而后外侧区纤维束应变无明显变化。
　　 4.前内侧区纤维束和前外侧区纤维束聚为一类；后内侧区纤维束和后外侧区纤维束聚为一类。
　　 5.根据上述PCL止点各区纤维束的生物力学特点和聚类分析结果，提示PCL分为前、后两束较为合适。结合两束在PCL股骨止点一内一外的解剖特点将其分别定义为前外侧束和后内侧束。
　　 目的：探讨PCL部分断裂和完全断裂对膝关节内侧胫骨平台的生物力学影响，为PCL损伤后继发骨关节炎的防治提供理论依据。
　　 方法：新鲜成人尸体膝关节标本12具，依照测试先后顺序分为PCL完整组、ALB切断组、PMB切断组和PCL完全切断组。在膝关节标本上施加0～1000N轴向载荷，分别测量各组膝关节0°、30°、60°、90°位，内侧胫骨平台前、中、后各部的应变，比较各组应变的差异。实验数据采用SPSS17.0统计软件进行统计学分析，检验水准a=0.05。
　　 结果：
　　 (1)0°位：①各级载荷下内侧胫骨平台前、中、后部均为压应变。②200N、400N载荷下，在前、中、后各部，PCL完整组和ALB切断组应变无明显差异，p>0.05；PMB切断组和全断组应变无明显差异，p>0.05。在前部和中部，PMB切断组和全断组应变绝对值明显大于PCL完整组和ALB切断组，p<0.05。而在后部，PMB切断组和全断组应变绝对值明显小于PCL完整组和ALB切断组，p<0.05。③600N、800N和1000N载荷下，在前、中、后各部，ALB切断组、PMB切断组和全断组之间应变无明显差异，p>0.05。在前部和中部，ALB切断组、PMB切断组和全断组应变绝对值均明显大于PCL完整组，p<0.05。在后部，ALB切断组、PMB切断组和全断组应变绝对值明显小于PCL完整组，p<0.05。
　　 (2)30°位：①各级载荷下内侧胫骨平台前、中、后各部均为压应变。②200N、400N载荷下，在前、中、后各部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组之间应变无明显差异，p>0.05。在前部和中部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组的应变绝对值明显小于全断组，p<0.05。在后部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组的应变绝对值明显大于全断组，p<0.05。③600N、800N和1000N载荷下，在前、中、后各部，PCL完整组和PMB切断组应变无明显差异，p>0.05；ALB切断组和全断组应变无明显差异，p>0.05。在前部和中部，PCL，完整组和PMB切断组的应变绝对值明显小于ALB切断组和全断组，p<0.05。在后部，PCL完整组和PMB切断组的应变绝对值明显大于ALB切断组和全断组，p<0.05。
　　 (3)60°和90°位：①各级载荷下内侧胫骨平台前部为拉伸应变，中、后部均为压应变。②200N、400N载荷下，在前、中、后各部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组应变无明显差异，p>0.05。在前部和后部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组应变绝对值均明显大于全断组，p<0.05；在中部，PCL完整组、ALB切断组和PMB切断组应变绝对值明显小于全断组，p<0.05；③600N、800N和1000N载荷下，在前、中、后各部，PCL完整组和PMB切断组应变无明显差异，p>0.05；ALB切断组和PCL全断组应变无明显差异，p>0.05。在前部和后部，PCL完整组和PMB切断组的应变绝对值明显大于ALB切断组和全断组，p<0.05。在中部，PCL完整组和PMB切断组的应变绝对值明显小于ALB切断组和全断组，p<0.05。
　　 结论：
　　 (1)在不同载荷和角度下，PCL完全断裂对内侧胫骨平台前部、中部和后部的应变均有影响。
　　 (2)200N、400N载荷下，在伸直位ALB断裂对内侧胫骨平台各部的应变无影响，PMB断裂对内侧胫骨平台各部的应变均有影响，在屈曲位(30°、60°、90°)单纯ALB或PMB断裂对内侧胫骨平台各部的应变均无影响，提示在小载荷下伸直位PMB起稳定作用，而在屈曲位ALB和PMB均有稳定作用。
　　 (3)600N、800N和1000N载荷下，PMB断裂在所有角度(0°、30°、60°、90°)对内侧胫骨平台各部的应变均无影响；ALB断裂在膝关节伸直位对内侧胫骨平台各部的应变均无影响，在屈曲位(30°、60°、90°)对内侧胫骨平台的应变均有影响，提示在大载荷下PMB稳定作用较小，ALB主要在屈曲位起稳定作用，在伸直位稳定作用较小。
　　 目的：研究兔后交叉韧带断裂后不同时期内侧胫骨平台软骨组织结构的变化及MMP-13和TIMP-1的表达，探讨后交叉韧带断裂后内侧胫骨平台关节软骨退变的生物学机制。
　　 方法：48只雄性家兔随机分为四组，行后腿单侧PCL切断，对侧假手术自身对照。分别于造模4、8、16、24周各处死12只。观察内侧胫骨平台大体形态变化，取内侧胫骨平台软骨行HE染色、甲苯胺蓝染色和免疫组化检测MMP-13和TIMP-1的表达。
　　 结果：
　　 1.大体观察：在四个时间观测点上，实验组内侧胫骨平台软骨逐渐出现色泽改变、表面磨损、龟裂、溃疡及骨赘形成。
　　 2.HE染色和甲苯胺蓝染色：自第8周开始出现软骨表层不光滑、软骨细胞排列紊乱、软骨细胞增生肥大、基质染色不均等异常；从第4周至24周，实验组内侧胫骨平台软骨的Mankin评分随着时间推移而逐渐增高，各时间点间比较均有显著差异，p<0.05。
　　 3.MMP-13表达情况：实验组第4、8、16、24周MMP—13表达均明显高于对照组，p<0.05。对照组第4、8、16、24周之间MMP-13表达均无显著性差异，p>0.05。实验组第4、8、16、24周之间比较MMP-13表达均有显著性差异，p<0.05；且第4周最低，第8周最高，从第4周至24周，MMP-13表达呈先增高后降低趋势。
　　 4.TIMP-1表达情况：实验组第4、8、16周TIMP-1表达均高于对照组，均有显著性差异，P<0.05；第24周实验组与对照组TIMP-1表达无显著差异，P>0.05。对照组第4、8、16、24周之间比较TIMP-1表达均无显著性差异，P>0.05。实验组第8周和16周之间TIMP-1表达无显著性差异，P>0.05；其它各组之间均存在显著性差异，P<0.05；且第24周最低，第8周和第16周最高。
　　 结论：
　　 (1)PCL断裂后可导致内侧胫骨平台的软骨退变。
　　 (2)PCL断裂后MMP-13和TIMP-1表达增高，提示MMP-13和TIMP-1可能在软骨退变中起重要作用。

目录

文摘

英文文摘

中英文对照词表

第一章 后交叉韧带功能性分束的生物力学实验研究

前言

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验仪器与设备

1.3 标本制作

1.4 生物力学测试方案

1.5 实验步骤

1.6 统计方法

2 结果

2.1 PCL止占各区纤维束应变比较

2.2 PCL功能性分束的聚类分析结果

3 讨论

4 结论

第二章 后交叉韧带断裂对内侧胫骨平台影响的生物力学研究

前言

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验仪器与设备

1.3 实验标本分组

1.4 标本制作

1.5 实验步骤

1.6 统计方法

2 结果

2.1 内侧胫骨平台前部应变

2.2 内侧胫骨平台中部应变

2.3 内侧胫骨平台后部应变

3 讨论

4 结论

第三章 后交叉韧带断裂后内侧胫骨平台关节软骨组织学变化的动物实验研究

前言

1 材料与方法

1.1 实验动物

1.2 实验仪器与设备

1.3 实验试剂与药物

1.4 实验分组

1.5 模型制备

1.6 大体观察方法

1.7 组织学检查方法

1.8 统计方法

2 结果

2.1 内侧胫骨平台软骨大体观察结果

2.2 内侧胫骨平台软骨HE染色和甲苯胺蓝染色观察结果

2.3 内侧胫骨平台软骨损伤Mankin评分

2.4 免疫组化结果

3 讨论

4 结论

参考文献

综述 后交叉韧带损伤的研究进展

致谢

攻读学位期间的主要成果