人体膝关节交叉韧带生物材料力学特征实验研究

摘要

目的:通过对膝关节交叉韧带进行生物材料力学的实验研究,为分析其损伤机理、防治、修复、人工材料置换等提供依据.方法:取膝关节无病变,年龄在25～35岁之间的成年男性左、右膝关节前交叉韧带(ACL)与后交叉韧带(PCL),共计24条.将ACL分为前内束(AMB)与后外束(PLB),PCL分为前外束(ALB)与后内束(PMB),并进行冰冻切片,制作标准试件后,使用上海大学力学实验中心“生物材料力学性能测试系统”完成“一维拉伸试验”与“应力松弛试验”.实验数据经统计学处理,进行:1)左、右ACL与PCL相同各部分之间比较；2)ACL各部分之间比较；3)PCL各部分之间比较；4)ACL各部分与PCL各部分之间比较.结果:1)左、右膝关节ACL、PCL各部分之间比较均没有显著性差异；2)1 s应力松弛率PMB最大,其次为PLB、ALB、AMB; 100 s应力松弛率PMB最大,其次为PLB、AMB、ALB,比较结果均呈高度显著性差异(P＜0.01)；3)在被拉伸至2％时,AMB显著性大于PLB(P＜0.05)；在被拉伸至4％时,ALB显著性大于AMB(P＜0.05):ALB高度显著性大于PLB(P＜0.01)；在被拉伸至6％和8％时,ALB显著性大于AMB(P＜0.05)；4) ACL与PCL各部分的拉伸刚度、弹性模量、破坏应力3项指标没有显著性差异(P＞0.05); 5)PLB与PMB破坏应变显著性大于AMB与ALB(P＜0.05).结论:1)人类膝关节ACL与PCL生物材料力学特征没有侧别差异；2)PMB与PLB的粘性较大,屈曲性较强,具有较好调整负荷的能力,是运动损伤不易发生的材料学原因之一；3)AMB在被拉伸的初始阶段对载荷反应较强,ALB随着材料的被拉伸长度的增加,对负荷的反应呈现逐渐增强的现象；4)由于ACL与PCL来源相同、组织结构相似,故其材料力学特征相同,在生理受力范围内,其抗拉伸能力差异不大.