后交叉韌帶切斷對(duì)內(nèi)側(cè)副韌帶影響的力學(xué)和組織學(xué)研究.pdf

1、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament,PCL)是維持膝關(guān)節(jié)后向穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)。PCL斷裂后,其控制脛骨后移和旋轉(zhuǎn)的作用減弱甚至消失,膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)力學(xué)平衡受到破壞,其他結(jié)構(gòu)的應(yīng)力出現(xiàn)相應(yīng)的變化。內(nèi)側(cè)副韌帶(medial collateral ligament,MCL)是膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)最重要的靜力性穩(wěn)定結(jié)構(gòu),主要對(duì)抗膝關(guān)節(jié)外翻和限制脛骨外旋,也是PCL缺失屈膝位狀態(tài)下最重要的限制脛骨后移的結(jié)構(gòu)。研究表明PCL

2、慢性損傷的患者可出現(xiàn)軟骨退變,甚至骨性關(guān)節(jié)炎等,但對(duì)其他韌帶組織影響的研究較少。為此,本研究采用生物力學(xué)方法,測(cè)量在不同屈曲角度和載荷下人體膝關(guān)節(jié)PCL完全切斷和部分切斷對(duì)MCL應(yīng)力的影響;運(yùn)用力學(xué)拉伸試驗(yàn)從宏觀(guān)水平觀(guān)察家兔膝關(guān)節(jié)PCL損傷后不同時(shí)間點(diǎn)MCL的最大載荷、最大位移的變化;國(guó)內(nèi)外首次對(duì)韌帶進(jìn)行納米壓痕研究,從微觀(guān)水平觀(guān)察MCL彈性模量和硬度的變化;運(yùn)用組織學(xué)方法觀(guān)察家兔膝關(guān)節(jié)PCL損傷后MCL組織形態(tài)學(xué)、Ⅰ型和Ⅲ型膠原的變化

3、。擬為單純PCL全部斷裂、部分?jǐn)嗔岩约癙CL合并MCL損傷的治療方式、手術(shù)時(shí)機(jī)選擇及康復(fù)鍛煉提供理論指導(dǎo)。
　　第一章后交叉韌帶切斷對(duì)內(nèi)側(cè)副韌帶生物力學(xué)特性的影響
　　目的:探討PCL切斷對(duì)MCL生物力學(xué)特性的影響。
　　方法:新鮮成人正常膝關(guān)節(jié)標(biāo)本12具(PCL完整組),膝0°、30°、60°、90°在200N、400N、600N和800N載荷下,測(cè)試sMCL股骨附著點(diǎn)、中點(diǎn)和脛骨附著點(diǎn)的應(yīng)變;然后將標(biāo)本分為前外側(cè)束

4、(ALB)切斷組和后內(nèi)側(cè)束(PMB)切斷組各6具,測(cè)試sMCL各點(diǎn)在各個(gè)屈曲角度和實(shí)驗(yàn)載荷下的應(yīng)變;再將12具標(biāo)本PCL完全切斷(PCL全斷組),測(cè)試sMCL各點(diǎn)在各個(gè)屈曲角度和實(shí)驗(yàn)載荷下的應(yīng)變。比較PCL完整組、PMB切斷組、ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL股骨附著點(diǎn)、中點(diǎn)和脛骨附著點(diǎn)在各個(gè)屈曲角度和載荷下的應(yīng)變。
　　結(jié)果:1.膝0°位:在各試驗(yàn)載荷下,PMB切斷組、ALB切斷組和PCL全斷組與PCL完整組之間sMCL各個(gè)

5、測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變均無(wú)明顯差別,P＞0.05。2.膝30°位:在200N載荷下,PMB切斷組、ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變與PCL完整組比較均無(wú)明顯差別,P＞0.05;在400N、600N和800N載荷下,PMB切斷組、ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變較PCL完整組的顯著增加,P＜0.05;各實(shí)驗(yàn)載荷下,PMB切斷組和ALB切斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變無(wú)明顯差別,P＞0.05。3.膝60°位:在

6、200N載荷下,PMB切斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變較PCL完整組無(wú)明顯差別,P＞0.05,而在400N、600N和800N載荷下PMB切斷組較PCL完整組顯著增加,P＜0.05;在各實(shí)驗(yàn)載荷下,ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變均較PCL完整組顯著增加,P＜0.05。各實(shí)驗(yàn)載荷下,PCL全斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變較PMB切斷組和ALB切斷組均顯著增加,P＜0.05。4.膝90°位:在200N載荷下,PMB切斷

7、組的sMCL股骨附著點(diǎn)、中點(diǎn)的應(yīng)變均較PCL完整組無(wú)明顯差別,P＞0.05,而脛骨附著點(diǎn)應(yīng)變顯著增加,P＜0.05;在400N、600N和800N載荷下,PMB切斷組的應(yīng)變較PCL完整組顯著增加,P＜0.05;在各種實(shí)驗(yàn)載荷下,ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變均較PCL完整組顯著增加,P＜0.05。各種實(shí)驗(yàn)載荷下,PCL全斷的sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變較PMB切斷組和ALB切斷組均顯著增加,P＜0.05。5.200N載

8、荷下:膝0°和30°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變無(wú)明顯差別,P＞0.05;膝60°位,ALB切斷組和PCL全斷組較PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變明顯增加,P＜0.05;ALB切斷組和PCL全斷組較PMB切斷組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變有顯著性差異,P＜0.05;膝90°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組之間sMCL中點(diǎn)和脛骨附著點(diǎn)的應(yīng)變有明顯差別,P＜0.05

9、°6.400N載荷下:膝0°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變無(wú)明顯差別,P＞0.05;膝30°、60°位ALB切斷組、PMB切斷組、PCL全斷組較PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變均明顯增加,P＜0.05;膝30°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組之間應(yīng)變均無(wú)顯著性差異,P＞0.05;膝60°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組的應(yīng)變之間均有顯著性差異,P＜0.05;膝90

10、°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變有明顯差別,P＜0.05。7.600N載荷下:膝0°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變無(wú)明顯差別,P＞0.05;膝30°、60°位ALB切斷組、PMB切斷組、PCL全斷組較PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變均明顯增加,P＜0.05;膝30°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組之間應(yīng)變均無(wú)顯著性差異,P＞

11、0.05;膝60°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組的應(yīng)變之間均有顯著性差異,P＜0.05;膝90°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變有明顯差別,P＜0.05。8.800N載荷下:膝0°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變無(wú)明顯差別,P＞0.05;膝30°、60°位ALB切斷組、PMB切斷組、PCL全斷組較PCL完整組sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)

12、變均明顯增加,P＜0.05;膝30°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組之間sMCL股骨附著點(diǎn)的應(yīng)變均無(wú)顯著性差異,P＞0.05;膝60°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組的應(yīng)變之間均有顯著性差異,P＜0.05;膝90°位PMB切斷組、ALB切斷組、PCL全斷組和PCL完整組之間(除ALB切斷組、PCL全斷組之間)sMCL各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變有明顯差別,P＜0.05。
　　結(jié)論:1.PCL損傷在膝關(guān)節(jié)微屈曲、低載荷下對(duì)M

13、CL生物力學(xué)無(wú)明顯影響;增加膝關(guān)節(jié)屈曲角度、載荷,PCL損傷對(duì)MCL生物力學(xué)產(chǎn)生較大影響。2.PMB和ALB組成PCL功能整體。
　　第二章后交叉韌帶斷裂后內(nèi)側(cè)副韌帶的材料力學(xué)研究
　　目的:探討PCL斷裂對(duì)MCL材料力學(xué)特性的影響。
　　方法:48只成年雄性家兔兩側(cè)膝關(guān)節(jié)配對(duì)為自身對(duì)照,實(shí)驗(yàn)組行PCL完全切斷術(shù),對(duì)照組只暴露PCL而不切斷,術(shù)后第8w、16w、24w、40w隨機(jī)處死12只家兔。通過(guò)大體解剖觀(guān)察、力學(xué)拉

14、伸試驗(yàn)和納米壓痕測(cè)試研究PCL切斷后MCL材料力學(xué)特性的變化。
　　結(jié)果:1.PCL切斷后8w、16w、24w和40w,試驗(yàn)組和對(duì)照組之間MCL大體解剖觀(guān)察未見(jiàn)明顯差別。2.PCL切斷后8w、16w、24w和40w,試驗(yàn)組和對(duì)照組之間MCL的長(zhǎng)度、最大位移均無(wú)明顯差別,P＞0.05。3.PCL切斷后8w、16w和24w,試驗(yàn)組和對(duì)照組之間MCL最大載荷無(wú)明顯差別,P＞0.05;40w時(shí)試驗(yàn)組的最大載荷明顯小于對(duì)照組,P＜0.05。

15、4.PCL切斷后8w、16w,實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間的彈性模量無(wú)明顯差別,P＞0.05;24w時(shí)實(shí)驗(yàn)組的彈性模量較對(duì)照組明顯增加,P＜0.05;40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組的彈性模量較對(duì)照組明顯減少,P＜0.05;5.PCL切斷后8w、16w,實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間的硬度無(wú)明顯差別,P＞0.05;24w時(shí)實(shí)驗(yàn)組的硬度較對(duì)照組明顯增加,P＜0.05;40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組的硬度較對(duì)照組明顯減少,P＜0.05。
　　結(jié)論:1.家兔膝關(guān)節(jié)PCL損傷生理負(fù)荷下短期內(nèi)對(duì)

16、MCL力學(xué)性能不會(huì)產(chǎn)生較大影響,隨著時(shí)間延長(zhǎng),其力學(xué)性能出現(xiàn)明顯下降。2.納米壓痕測(cè)試可用于韌帶的材料力學(xué)研究。
　　第三章后交叉韌帶斷裂后內(nèi)側(cè)副韌帶組織學(xué)的研究
　　目的:探討:PCL斷裂對(duì)MCL組織學(xué)的影響。
　　方法:48只成年雄性家兔兩側(cè)膝關(guān)節(jié)配對(duì)為自身對(duì)照,實(shí)驗(yàn)組行PCL完全切斷術(shù),對(duì)照組只暴露PCL而不切斷,術(shù)后第8w、16w、24w、40w隨機(jī)處死12只家兔。進(jìn)行HE染色,天狼猩紅染色檢測(cè)Ⅰ型和Ⅲ型膠原的

17、數(shù)量以及Ⅰ型和Ⅲ型膠原比值的變化。
　　結(jié)果:1.HE染色發(fā)現(xiàn)PCL切斷后8w、16w和24w試驗(yàn)組和對(duì)照組之間MCL無(wú)明顯差別;40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組MCL膠原纖維較對(duì)照組稀疏。2.PCL切斷后16w、24w實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅰ型膠原纖維較對(duì)照組顯著增加,P＜0.05;40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅰ型膠原纖維較對(duì)照組顯著減少,P＜0.05;3.PCL切斷后16w、24w時(shí)實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅲ型膠原纖維較對(duì)照組顯著增多,P＜0.05;8w、40w時(shí)實(shí)驗(yàn)

18、組的Ⅲ型膠原纖維與對(duì)照組無(wú)明顯差別,P＞0.05;4.PCL切斷后8w、16w和24w實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維總和較對(duì)照組顯著增加,P＜0.05;40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維總和較對(duì)照組明顯減少,P＜0.05。5.PCL切斷后8w實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間MCL的Ⅰ/Ⅲ型膠原纖維的比值無(wú)明顯差別,P＞0.05;16w、24w和40w時(shí)實(shí)驗(yàn)組MCL的Ⅰ/Ⅲ型膠原纖維的比值顯著小于對(duì)照組,P＜0.05。
　　結(jié)論:家兔膝關(guān)