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《中南大学》 2010年
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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

赵瑞波  
【摘要】: 随着各项体育竞技事业和交通运输业的发展,膝关节的运动伤和车祸伤不断增多。后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)作为膝关节最主要的后向稳定结构,其损伤的发生率也呈增高趋势,且其中相当部分损伤为PCL部分损伤。临床研究表明PCL损伤后胫股关节内侧间室软骨退变的发生率较高,然而其退变的具体机制尚不明确。为生物力学因素所致,还是生物学因素所致,或是生物力学因素和生物学因素的共同作用所致?这些因素作用的具体机制如何?PCL部分损伤对胫股关节内侧间室的软骨又有何影响?这些问题的解决将为临床PCL损伤治疗方案的确定和PCL损伤后软骨退变的防治提供理论依据。同时,临床上还发现PCL重建的失败率较高,其中一个很重要的原因就是由于移植物应力集中而导致移植物失效。因此,很多学者致力于PCL各纤维束的解剖和功能研究。关于PCL的解剖分束,目前很多学者认识到PCL是一个纤维连续体,并不是由形态学上独立的纤维束组成。因此,PCL各纤维束的功能研究成为了当前研究的热点,但目前大部分研究仍局限于对PCL各纤维束的大体张力模式观察或PCL纤维束起止点距离的测量,不能反映各纤维应变的精细变化,且对膝关节的生理结构破坏比较大。因此,很有必要设计一种对膝关节结构破坏比较小,而又能反映PCL各纤维束精细功能变化的实验方法,以了解PCL各纤维束的力学行为。 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,p0.05;后内侧束与后外侧束应变无显著性差异,p0.05;前内侧束与前外侧束无显著性差异,p0.05。膝关节300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,p0.05;前外侧束与前内侧束应变无显著性差异,p0.05;后外侧束与后内侧束无显著性差异,p0.05。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P0.05;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,p0.05;30°与90°之间应变有显著性,p0.05,其余各角度之间差异无显著差异,p0.05。后外侧束应变在膝关节0°、30°、60°、90°位均无显著性差异,均p0.05。 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α=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,p0.05;PMB切断组和全断组应变无明显差异,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。 (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,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。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,p0.05;ALB切断组和全断组应变无明显差异,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。 (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,p0.05。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,p0.05;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,p0.05;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,p0.05;ALB切断组和PCL全断组应变无明显差异,p0.05。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,p0.05。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,p0.05。 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,p0.05。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,p0.05。对照组第4、8、16、24周之间MMP-13表达均无显著性差异,p0.05。实验组第4、8、16、24周之间比较MMP-13表达均有显著性差异,p0.05;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,P0.05;第24周实验组与对照组TIMP-1表达无显著差异,P0.05。对照组第4、8、16、24周之间比较TIMP-1表达均无显著性差异,P0.05。实验组第8周和16周之间TIMP-1表达无显著性差异,P0.05;其它各组之间均存在显著性差异,P0.05;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。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R687.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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8 刘仁德;李文锐;李文虎;吴格升;;后交叉韧带胫骨止点撕脱性骨折可吸收螺钉内固定疗效探讨[A];第七届全国创伤学术会议暨2009海峡两岸创伤医学论坛论文汇编[C];2009年
9 马燕红;江澜;程安龙;王亚泉;;膝关节镜下后交叉韧带重建术后康复[A];中国康复医学会第三次康复治疗学术大会论文汇编[C];2002年
10 丁占民;钭大雄;赵涛;马磊;韦磊;李航;;小切口微创修复后交叉韧带从胫骨止点连同骨块一起撕脱[A];浙江省医学会骨科学分会30年庆典暨2011年浙江省骨科学学术年会论文汇编[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王家福;市二院完成首例膝关节后交叉韧带双束重建术[N];白银日报;2011年
2 国家体育总局运动医学研究所体育医院运动创伤外科主任、医学博士 李方祥;运动损伤诊断与治疗的进步[N];光明日报;2005年
3 冯华;关节镜手术适应症[N];健康报;2005年
4 南昌大学第四医院 孙贵才 (副教授);膝关节交叉韧带损伤[N];家庭医生报;2008年
5 通讯员 钱毅 韩立华;韧带移植,教练重返运动生涯[N];科技日报;2000年
6 健康时报特约记者 刘宁春;运动更要防暗伤[N];健康时报;2010年
7 浙江省荣军医院骨科 翁科迪;膝盖撞肿了最好做核磁[N];健康时报;2009年
8 冯琳;微创手术治疗膝关节韧带损伤[N];中国医药报;2002年
9 本报记者 张蔚寰 实习生 刘含墨;大山深处的坚守[N];新乡日报;2010年
10 驻沪记者 魏赟;运动年,远离膝损伤[N];医药经济报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高曙光;后交叉韧带断裂对股骨内髁的影响及其作用机理的初步研究[D];中南大学;2011年
2 俞芳;后交叉韧带切断对内侧副韧带影响的力学和组织学研究[D];中南大学;2011年
3 章灿;后交叉韧带断裂对内侧半月板影响的生物力学和组织学研究[D];中南大学;2010年
4 王晓峰;全膝关节置换术后膝关节的运动学分析[D];河北医科大学;2005年
5 罗世兴;膝关节骨性关节炎发病机制与临床治疗的相关研究[D];广西医科大学;2011年
6 卢邦宝;后交叉韧带断裂对股骨外髁影响的生物力学和组织学研究[D];中南大学;2011年
7 陶坤;国人TKA术中胫骨假体旋转确定方法的比较及不同胫骨假体旋转对胫股关节的生物力学影响[D];第二军医大学;2008年
8 李宁;循证医学在髋、膝关节置换中的应用[D];武汉大学;2013年
9 廖瞻;后交叉韧带断裂对外侧半月板影响的生物力学和组织学研究[D];中南大学;2010年
10 高石军;人膝关节后外侧角生物力学和重建的临床应用研究[D];河北医科大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任步方;自体骨-髌韧带-骨重建后交叉韧带[D];山西医科大学;2004年
2 陈良军;保留和不保留后交叉韧带的全膝关节置换术的系统评价[D];广西医科大学;2010年
3 吴长军;切断膝关节后外侧角对后交叉韧带生物力学影响的有限元分析及验证[D];汕头大学;2010年
4 刘彭飞;后交叉韧带断裂对半月板生物力学影响的三维有限元分析[D];中南大学;2013年
5 胡政;后交叉韧带缺失对膝关节软骨应力分布影响的三维有限元分析[D];中南大学;2013年
6 丁萌;半腱肌重建后交叉韧带的临床观察[D];山东中医药大学;2001年
7 张迁;关节镜下Inlay技术重建后交叉韧带的临床疗效的回顾性研究[D];山东中医药大学;2013年
8 吴增浦;关节镜下自体腘绳肌腱重建后交叉韧带的临床研究[D];郑州大学;2011年
9 黄健;三种不同药物针对后交叉韧带重建术后镇痛的疗效与安全性分析[D];辽宁中医药大学;2013年
10 闫昌葆;腘绳肌腱重建后交叉韧带股骨侧“锐角效应”的相关研究[D];河北医科大学;2010年
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