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前交叉韧带分束及其断裂对外侧胫骨平台影响的力学和组织学研究

肖文峰  
【摘要】: 第一章前交叉韧带功能性分束的生物力学实验研究 目的探讨前交叉韧带各束在膝关节内的生物力学作用及各束的内在联系,为后续实验及临床工作提供生物力学理论依据。 方法6具新鲜成人正常膝关节标本,取ACL胫骨止点前方两侧、股骨止点后方两侧作为应变测量点,分别对应: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800N轴向载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°状态下ACL各纤维束应变,采用样品聚类方法进行功能性分束。 结果1、膝关节0°位,ACL后外侧束、前外侧束应变均大于后内侧束、前内侧束应变,均有显著性差异,均P<0.05;后外侧束与前外侧束应变无显著性差异,P>0.05:后内侧束与前内侧束应变无显著性差异,P>0.05。30°位和90°位,ACL后内侧束、前内侧束应变均大于后外侧束、前外侧束应变,均有显著性差异,均P<0.05;后内侧束与前内侧束应变无显著性差异,P>0.05:后外侧束与前外侧束应变无显著性差异,P>0.05。60°位,应变大小依次为:后内侧束、前内侧束、后外侧束、前外侧束,束间应变比较均有显著性差异,均P<0.05。2、前内侧束与后内侧束应变变化一致,依序0°、30°、60°、90°逐渐增大,均有显著性差异,均P<0.05;前外侧束应变在膝0°、30°、60°、90°均无显著性差异,均P>0.05。后外侧束应变在膝关节60°位大于0°、30°、90°,均有显著性差异,均P<0.05;0°与90°应变无显著性差异,P>0.05;0°、90°应变均大于30°,差异均有显著性,均P<0.05。3、聚类分析:后外侧束与前外侧束归为一类,后内侧束与前内侧束归为一类。 结论ACL后外侧区纤维束和前外侧区纤维束应变在膝0°位大于后内侧区纤维束和前内侧区纤维束,30°、60°、90°小于后内侧区纤维束和前内侧区纤维束应变,说明后外侧区纤维束和前外侧区纤维束主要维持膝关节伸直稳定性,后内侧区纤维束和前内侧区纤维束主要维持膝关节屈曲稳定性,结合聚类结果,说明ACL可分为前内、后外两功能性纤维束。 第二章前交叉韧带断裂对外侧胫骨平台生物力学影响的实验研究 目的探讨ACL部分断裂和完全断裂对膝关节外侧胫骨平台的影响,为ACL早期修复提供理论依据。 方法新鲜成人尸体膝关节标本6具,依ACL完整(6具)、AMB切断(3具)、PLB切断(3具)和ACL完全切断(6具)分别在膝关节0°、30°、60°、90°位轴向加载200~800N,测量外侧胫骨平台前、中、后部的应变并对数据进行统计分析。 结果1.ACL完整组:①膝关节0°,外侧胫骨平台应变值中部最大,前部次之,后部最小,均有显著性差异,均P<0.01。②膝关节30°、60°、90°,外侧胫骨平台应变值均为中部最大,后部次之,前部最小,均有显著性差异,均P<0.05。2.AMB断裂组:①膝关节0°,前部应变值小于完整组,有显著性差异,P<0.05;中部、后部应变值与完整组比较均无显著性差异,均P>0.05。②膝关节30°、60°、90°,前、中部应变值与完整组比较均无显著性差异,均P>0.05;后部应变值均大于完整组,差异均有显著性,均P<0.05。③90°位后部应变与中部比较无显著性差异(P>0.05),余角度部位间比较同ACL正常时。3.PLB断裂组:①膝关节0°,前部应变值小于完整组,有显著性差异,P<0.01;中部、后部应变值均大于完整组,均有显著性差异,均P<0.01。②膝关节30°、60°、90°位,前、中、后部应变值与完整组比较均无显著性差异,均P>0.05。③各角度部位间比较同ACL正常时。4.ACL全断组:①膝关节0°,前部应变值小于完整组,有显著性差异,P<0.01;中部、后部应变值均大于完整组,均有显著性差异,均P<0.01。②膝关节30°,前部应变值与完整组比较无显著性差异,P>0.05;中部、后部应变值均大于完整组,均有显著性差异,均P<0.05。③膝关节60°、90°,前、中部应变值与完整组比较均无显著性差异,均P>0.05;后部应变值均大于完整组,均有显著性差异,均P<0.05。④90°位后部应变与中部比较无显著性差异(P>0.05),余角度部位间比较同ACL正常时。 结论1.AMB断裂可引起膝关节屈曲位外侧胫骨平台后部力学负荷异常。2.PLB断裂可引起膝关节伸直位外侧胫骨平台各部力学负荷异常。3.ACL完全性断裂可引起膝关节各个角度下外侧胫骨平台各部力学负荷异常。4.ACL断裂所引起的外侧胫骨平台力学负荷异常可能与胫骨前移有关。 第三章前交叉韧带断裂对外侧胫骨平台软骨的组织学影响 目的通过观察兔膝关节ACL断裂后外侧胫骨平台软骨组织结构的变化及IL-1β、MMP-13的表达,进一步了解前交叉韧带断裂对外侧胫骨平台的影响,为临床诊治前交叉韧带损伤提供参考。 方法48只雄性新西兰大白兔随机分为四组,行后腿单侧ACL切断,自身对照。观察1、3、6、8周时外侧胫骨平台软骨组织结构HE染色与IL-1β、MMP-13表达的变化。 结果1.大体观察:随着ACL断裂时间的推移,外侧胫骨平台软骨逐渐出现色泽改变、光泽减退、表面磨损甚至软骨表面的溃疡。2.HE染色:自第三周开始出现软骨表面及软骨细胞排列的异常。Mankin评分实验组随时间推移而增高,各实验组间比较均有显著性差异,均P<0.01;第1周实验组与对照组比较无显著性差异,P>0.05,其他各实验组均大于对照组,差异均具有显著性,均P<0.01。3.IL-1β表达情况:第1、3、6、8周实验组均高于正常对照组,均有显著性差异,均P<0.01。实验组第1周低于3、6、8周,均有显著性差异,均P<0.05;第6周表达高于第3、8周,均有显著性差异,均P<0.01;第8周表达高于第3周,有显著性差异,P<0.01。正常对照组各周间比较均无显著性差异,均P>0.05。4.MMP-13表达情况:第1、3、6、8周实验组均高于正常对照组,均有显著性差异,均P<0.01。实验组第1周低于第3、6、8周,均有显著性差异,均P<0.01;第6周表达高于第3、8周,均有显著性差异,均P<0.01;第8周表达与第3周比较无显著性差异,P>0.05。正常对照组各周间比较均无显著性差异,均P>0.05。 结论ACL断裂可引起外侧胫骨平台软骨退变。ACL断裂后IL-1β、MMP-13表达增高提示IL-1β、MMP-13可能参与了ACL断裂后外侧胫骨平台软骨的退变过程。


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