前、后交叉韧带解剖相关性及前交叉韧带断裂对后交叉韧带生物力学影响的研究

摘要

前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)与后交叉韧带(Posterior cruciateligament,PCL)是膝关节屈伸及旋转活动的主要稳定结构。ACL的作用主要表现为胫骨前移的控制和部分旋转功能的调节。PCL对维持膝关节伸屈活动中股骨髁在胫骨平台上的后滚与滑动,尤其伸膝时胫骨平台围绕股骨内髁内旋而引发的膝关节扣锁机制中起着重要的作用。ACL与PCL共同保持股、胫骨间的正常滑动、滚动及维持旋转范围与轨道。随着目前交通事故的增多和竞技体育运动的普遍开展,膝关节复合韧带损伤亦趋常见。最常见的为ACL合并内侧副韧带(MCL)损伤,其次是PCL合并MCL损伤;ACL合并外侧副韧带(LCL)和ACL合并PCL及MCL损伤。前几项目前研究较多,而ACL断裂对PCL的影响鲜有报道。随着MRI、关节镜手术等诊治水平的提高,越来越多的ACL损伤得到早期诊断和治疗。ACL断裂后,如未得到及时治疗,由于解剖结构发生变化,膝关节载荷重新分担,应力重新分布,从而引起膝关节其他结构(如PCL等)损伤,进一步导致严重的关节不稳,从而严重影响运动功能。及早重建损伤的ACL,预防PCL等继发损伤,恢复膝关节的稳定性,对于预防骨关节病的发生有重要意义。ACL、PCL的解剖相关性研究是其生物力学特性和损伤机制研究的基础,ACL断裂后PCL所受生物力学特性影响的探讨有助于ACL损伤后继发PCL损伤的防治,以及ACL重建方案的拟定。因此,本研究试图通过研究ACL、PCL的解剖特点及其相关性,应用生物力学测定的方法,探讨ACL完全断裂后对PCL生物力学特性的影响,为临床ACL断裂后的早期诊治及继发PCL损伤的预防提供理论依据。
　　目的：探讨ACL、PCL的解剖特点及其相关性,为ACL断裂对PCL生物力学特性影响的研究提供解剖学依据。
　　方法：6具成年男性正常膝关节标本,沿股骨矢状面锯开髁间窝,分别观察ACL、PCL大体形态;测量膝关节0°、30°、60°、90°位ACL前内侧束、后外侧束与PCL后内束、前外束长度,及其胫骨、股骨止点纵横径和面积;同时采用Photoshop软件和选区面积计算软件计算ACL、PCL止点面积。
　　结果：1、形态观察结果:ACL胫骨止点较股骨止点面积宽大。PCL股骨止点较胫骨止点范围明显增大。ACL与PCL间存在滑膜连接。ACL、PCL表面可见分束迹象,内部纤维相互交错连接,很难分开。2、长度测量结果:①膝关节0°、30°、60°、90°,ACL前内侧长度均长于后外侧束,均有显著性差异,均P<0.01;ACL前内侧长度长短依次为:膝关节90°、0°、30°、60°,均有显著性差异,均P<0.05;后外侧束长度在膝关节0°长于30°、60°、90°,均有显著性差异,均P<0.05,30°与60°长度无显著性差异,均P>0.05,30°与60°长度均大于90°,均有显著性差异,均P<0.05。②膝关节0°、30°、60°、90°,PCL前外束长度均明显大于后内束,均有显著性差异,均p<0.05;PCL前外束长度:30°、60°长度均长于0°,均有显著性差异,均p<0.05;90°长度长于30°,有显著性差异,p<0.05;与0°、60°无显著性差异,均p>0.05;30°与60°长度无显著性差异,p>0.05;PCL后内束长度:在膝关节屈曲30°位长于60°、90°,均有显著性差异,均p<0.05;与0°无显著性差异,p>0.05:0°、60°、90°间长度均无显著性差异,均p>0.05。③膝关节0°、30°、60°、90°,PCL前外束均长于ACL前内侧束,均有显著性差异,均p<0.05。膝关节0°、30°、60°、90°,PCL后内束均长于ACL后外侧束,均有显著性差异,均p<0.05。3、止点面积及纵横径测量结果:①ACL胫骨止点面积、纵径和横径均比股骨止点大,均有显著性差异,均p<0.01。②PCL股骨止点面积、纵径均比胫骨止点大,差异均有非常显著性,p<0.01;两止点横径无显著性差异,p>0.05。③PCL股骨止点面积及纵横径均大于ACL股骨止点,均有显著性差异,均p<0.05。④PCL胫骨止点面积及纵横径均小于ACL胫骨止点,均有显著性差异,均p<0.05。
　　结论：膝0°位,ACL后外侧束较长,PCL后内束较长,提示ACL后外侧束、PCL后内束主要在膝伸直位发挥作用;膝90°位,ACL前内侧束较长,PCL前外束较长,提示ACL前内侧束、PCL前外束主要在膝屈曲位发挥作用;结合ACL与PCL间存在交叉韧带间束的特点,提示ACL断裂对PCL可能有一定影响。
　　第二章前交叉韧带断裂对后交叉韧带生物力学特性的影响
　　目的：探讨ACL完全断裂后对PCL生物力学特性的影响,为临床ACL断裂后的早期诊断、治疗及继发PCL损伤的预防提供理论依据。 方法：6具新鲜成年男性正常膝关节标本,先造模为ACL完整组,试验完毕后再造模为ACL断裂组。PCL股骨止点后方内、外侧表面作为应变测量点,分别对应后内束、前外束。在200N轴向载荷下,先后测试完整组、断裂组膝0°、30°、60°、90°位PCL各纤维束应变。
　　结果：1、完整组:①膝0°、30°,PCL后内束应变大于前外束,有显著性差异,均p<0.05;膝60°、90°,PCL后内束应变小于前外束,有显著性差异,均p<0.05。②膝0°、30°、60°、90°,前外束应变量依次增大,各角度间应变比较均有显著性差异,均p<0.01;后外束应变量大小依次为30°、0°、60°、90°,各角度间应变比较均有显著性差异,均p<0.01。2、断裂组:①膝0°、30°,PCL后内束应变大于前外束,有显著性差异,均p<0.05:膝60°、90°,PCL后内束应变小于前外束,有显著性差异,均p<0.05。②膝0°、30°、60°、90°,前外束应变量依次增大,各角度间应变比较均有显著性差异,均p<0.01:膝0°、30°,后内束应变量无显著性差异,p>0.05,均大于60°、90°应变,均有显著性差异,均p<0.05,60°应变大于90°,有显著性差异,p<0.05。3、两组比较:膝0°、90°,断裂组前外束、后内束应变均大于完整组,均有显著性差异,均p<0.05;膝30°、60°,两组前外束、后内束应变均无显著性差异,均p>0.05。
　　结论：膝0°、30°(60°、90°),PCL后内束应变大(小)于前外束的力学特性,提示后内束主要维持膝伸直位稳定性,前外束主要维持膝屈曲位稳定性。膝关节0°、30°、60°、90°,PCL前外束应变量依次增大,提示前外束随膝关节屈曲而由松弛到紧张的力学特性:后内束在30°时应变最大,其意义有待进一步研究。ACL完全断裂后,PCL在膝0°位应变增高,提示可能与防止膝关节过伸损伤有关;在膝90°位应变增高,提示可能与其维持膝关节屈曲内旋稳定性有关。

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中英文对照词表

第一章 前、后交叉韧带的解剖相关性研究

1.1 前言

1.2 材料与方法

1.2.1 实验材料

1.2.2 实验设备

1.2.3 标本制作

1.2.4 实验方法

1.2.5 数据处理

1.2.6 统计方法

1.3 结果

1.3.1 ACL大体形态观察结果

1.3.2 PCL大体形态观察结果

1.3.3 ACL前内侧、后外侧长度测量结果

1.3.4 PCL后内束、前外束长度测量结果

1.3.5 ACL、PCL相关纤维束长度比较

1.3.6 ACL及PCL股、胫骨止点面积及纵横径测量结果

1.3.7 ACL及PCL股、胫骨止点面积及纵横径比较

1.4 讨论

1.5 结论

第二章 前交叉韧带断裂对后交叉韧带生物力学特性的影响

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器与设备

2.2.3 标本分组

2.2.4 标本制作

2.2.5 实验步骤

2.2.6 统计方法

2.3 结果

2.3.1 完整组PCL纤维束应变量比较

2.3.2 断裂组PCL纤维束应变量比较

2.3.3 完整组与断裂组PCL纤维束应变量比较

2.4 讨论

2.5 结论

参考文献

综述一 前交叉韧带的功能解剖及损伤修复研究现状

综述二 后交叉韧带的研究进展

致谢

攻读学位期间主要的研究成果目录