后交叉韌帶切斷對內側副韌帶影響的力學和組織學研究.pdf

1、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament,PCL)是維持膝關節(jié)后向穩(wěn)定的主要結構。PCL斷裂后,其控制脛骨后移和旋轉的作用減弱甚至消失,膝關節(jié)運動和靜止時力學平衡受到破壞,其他結構的應力出現(xiàn)相應的變化。內側副韌帶(medial collateral ligament,MCL)是膝關節(jié)內側最重要的靜力性穩(wěn)定結構,主要對抗膝關節(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構。研究表明PCL

2、慢性損傷的患者可出現(xiàn)軟骨退變,甚至骨性關節(jié)炎等,但對其他韌帶組織影響的研究較少。為此,本研究采用生物力學方法,測量在不同屈曲角度和載荷下人體膝關節(jié)PCL完全切斷和部分切斷對MCL應力的影響;運用力學拉伸試驗從宏觀水平觀察家兔膝關節(jié)PCL損傷后不同時間點MCL的最大載荷、最大位移的變化;國內外首次對韌帶進行納米壓痕研究,從微觀水平觀察MCL彈性模量和硬度的變化;運用組織學方法觀察家兔膝關節(jié)PCL損傷后MCL組織形態(tài)學、Ⅰ型和Ⅲ型膠原的變化

3、。擬為單純PCL全部斷裂、部分斷裂以及PCL合并MCL損傷的治療方式、手術時機選擇及康復鍛煉提供理論指導。
　　第一章后交叉韌帶切斷對內側副韌帶生物力學特性的影響
　　目的:探討PCL切斷對MCL生物力學特性的影響。
　　方法:新鮮成人正常膝關節(jié)標本12具(PCL完整組),膝0°、30°、60°、90°在200N、400N、600N和800N載荷下,測試sMCL股骨附著點、中點和脛骨附著點的應變;然后將標本分為前外側束

4、(ALB)切斷組和后內側束(PMB)切斷組各6具,測試sMCL各點在各個屈曲角度和實驗載荷下的應變;再將12具標本PCL完全切斷(PCL全斷組),測試sMCL各點在各個屈曲角度和實驗載荷下的應變。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、中點和脛骨附著點在各個屈曲角度和載荷下的應變。
　　結果:1.膝0°位:在各試驗載荷下,PMB切斷組、ALB切斷組和PCL全斷組與PCL完整組之間sMCL各個

5、測試點的應變均無明顯差別,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各個測試點的應變與PCL完整組比較均無明顯差別,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各個測試點的應變較PCL完整組的顯著增加,P＜0.05;各實驗載荷下,PMB切斷組和ALB切斷組的sMCL各個測試點的應變無明顯差別,P＞0.05。3.膝60°位:在

6、200N載荷下,PMB切斷組的sMCL各個測試點的應變較PCL完整組無明顯差別,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;在各實驗載荷下,ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個測試點的應變均較PCL完整組顯著增加,P＜0.05。各實驗載荷下,PCL全斷組的sMCL各個測試點的應變較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、中點的應變均較PCL完整組無明顯差別,P＞0.05,而脛骨附著點應變顯著增加,P＜0.05;在400N、600N和800N載荷下,PMB切斷組的應變較PCL完整組顯著增加,P＜0.05;在各種實驗載荷下,ALB切斷組和PCL全斷組的sMCL各個測試點的應變均較PCL完整組顯著增加,P＜0.05。各種實驗載荷下,PCL全斷的sMCL各個測試點的應變較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各個測試點的應變無明顯差別,P＞0.05;膝60°位,ALB切斷組和PCL全斷組較PCL完整組sMCL各個測試點的應變明顯增加,P＜0.05;ALB切斷組和PCL全斷組較PMB切斷組sMCL各個測試點的應變有顯著性差異,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中點和脛骨附著點的應變有明顯差別,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各個測試點的應變無明顯差別,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各個測試點的應變均明顯增加,P＜0.05;膝30°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組之間應變均無顯著性差異,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各個測試點的應變有明顯差別,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各個測試點的應變無明顯差別,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各個測試點的應變均明顯增加,P＜0.05;膝30°位ALB切斷組、PCL全斷組和PMB切斷組之間應變均無顯著性差異,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各個測試點的應變有明顯差別,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各個測試點的應變無明顯差別,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各個測試點的應

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股骨附著點的應變均無顯著性差異,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各個測試點的應變有明顯差別,P＜0.05。
　　結論:1.PCL損傷在膝關節(jié)微屈曲、低載荷下對M

13、CL生物力學無明顯影響;增加膝關節(jié)屈曲角度、載荷,PCL損傷對MCL生物力學產(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側副韌帶的材料力學研究
　　目的:探討PCL斷裂對MCL材料力學特性的影響。
　　方法:48只成年雄性家兔兩側膝關節(jié)配對為自身對照,實驗組行PCL完全切斷術,對照組只暴露PCL而不切斷,術后第8w、16w、24w、40w隨機處死12只家兔。通過大體解剖觀察、力學拉

14、伸試驗和納米壓痕測試研究PCL切斷后MCL材料力學特性的變化。
　　結果:1.PCL切斷后8w、16w、24w和40w,試驗組和對照組之間MCL大體解剖觀察未見明顯差別。2.PCL切斷后8w、16w、24w和40w,試驗組和對照組之間MCL的長度、最大位移均無明顯差別,P＞0.05。3.PCL切斷后8w、16w和24w,試驗組和對照組之間MCL最大載荷無明顯差別,P＞0.05;40w時試驗組的最大載荷明顯小于對照組,P＜0.05。

15、4.PCL切斷后8w、16w,實驗組和對照組之間的彈性模量無明顯差別,P＞0.05;24w時實驗組的彈性模量較對照組明顯增加,P＜0.05;40w時實驗組的彈性模量較對照組明顯減少,P＜0.05;5.PCL切斷后8w、16w,實驗組和對照組之間的硬度無明顯差別,P＞0.05;24w時實驗組的硬度較對照組明顯增加,P＜0.05;40w時實驗組的硬度較對照組明顯減少,P＜0.05。
　　結論:1.家兔膝關節(jié)PCL損傷生理負荷下短期內對

16、MCL力學性能不會產(chǎn)生較大影響,隨著時間延長,其力學性能出現(xiàn)明顯下降。2.納米壓痕測試可用于韌帶的材料力學研究。
　　第三章后交叉韌帶斷裂后內側副韌帶組織學的研究
　　目的:探討:PCL斷裂對MCL組織學的影響。
　　方法:48只成年雄性家兔兩側膝關節(jié)配對為自身對照,實驗組行PCL完全切斷術,對照組只暴露PCL而不切斷,術后第8w、16w、24w、40w隨機處死12只家兔。進行HE染色,天狼猩紅染色檢測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。
　　結果:1.HE染色發(fā)現(xiàn)PCL切斷后8w、16w和24w試驗組和對照組之間MCL無明顯差別;40w時實驗組MCL膠原纖維較對照組稀疏。2.PCL切斷后16w、24w實驗組MCL的Ⅰ型膠原纖維較對照組顯著增加,P＜0.05;40w時實驗組MCL的Ⅰ型膠原纖維較對照組顯著減少,P＜0.05;3.PCL切斷后16w、24w時實驗組MCL的Ⅲ型膠原纖維較對照組顯著增多,P＜0.05;8w、40w時實驗

18、組的Ⅲ型膠原纖維與對照組無明顯差別,P＞0.05;4.PCL切斷后8w、16w和24w實驗組MCL的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維總和較對照組顯著增加,P＜0.05;40w時實驗組MCL的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維總和較對照組明顯減少,P＜0.05。5.PCL切斷后8w實驗組和對照組之間MCL的Ⅰ/Ⅲ型膠原纖維的比值無明顯差別,P＞0.05;16w、24w和40w時實驗組MCL的Ⅰ/Ⅲ型膠原纖維的比值顯著小于對照組,P＜0.05。
　　結論:家兔膝關