后交叉韌帶斷裂對(duì)外側(cè)半月板影響的生物力學(xué)和組織學(xué)研究.pdf

1、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament,PCL)的主要作用是控制脛骨的后移和旋轉(zhuǎn)。半月板是膝關(guān)節(jié)的重要組成部分，具有吸收震蕩、傳遞負(fù)荷、維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定等重要功能。后交叉韌帶損傷是否影響外側(cè)半月板，研究甚少。本研究第一章采用生物力學(xué)的方法測(cè)試人體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本在PCL完全斷裂和部分?jǐn)嗔褧r(shí)外側(cè)半月板各部位的應(yīng)變，研究PCL完全斷裂和部分?jǐn)嗔褜?duì)外側(cè)半月板各部位生物力學(xué)特性的影響。第二章通過(guò)觀察兔膝關(guān)節(jié)PCL斷裂后外側(cè)半

2、月板組織結(jié)構(gòu)的變化，MMP-1、MMP13、TIMP-1的表達(dá)，探討PCL斷裂后外側(cè)半月板的組織學(xué)變化，及MMP-1、MMP13、TIMP-1在半月板繼發(fā)性損傷中所起的作用。第三章通過(guò)對(duì)PCL在不同斷裂程度、不同載荷和屈膝角度下，測(cè)量人膝關(guān)節(jié)外側(cè)半月板周緣性移位情況，研究其生理性和病理性移位在PCL不同斷裂程度、不同載荷和屈膝角度下的變化規(guī)律。
　　 第一章：后交叉韌帶斷裂對(duì)外側(cè)半月板生物力學(xué)特性的影響
　　 目的：探討

3、后交叉韌帶損傷后對(duì)外側(cè)半月板各部位生物力學(xué)特性的影響。
　　 方法：新鮮成人正常膝關(guān)節(jié)標(biāo)本12具作為PCL完整組，在200N、400N、600N、800N、1000N載荷下，測(cè)試膝關(guān)節(jié)0°、30°、60°、90°位外側(cè)半月板前角、體部和后角的應(yīng)變，測(cè)試完畢后將標(biāo)本隨機(jī)分為前外側(cè)束(ALB)斷裂組和后內(nèi)側(cè)束(PMB)斷裂組，各6具，造模后同法測(cè)試，最后再將12具標(biāo)本的PCL完全切斷進(jìn)行測(cè)試。
　　 結(jié)果：1.膝關(guān)節(jié)0°位，

4、前角，體部和后角的應(yīng)變均為負(fù)值，壓應(yīng)變。在200N、400N載荷下，前角、體部、后角的應(yīng)變?cè)赑CL完整組和ALB斷裂組之間無(wú)顯著性差異，P＞0.05，在PCL全斷組和PMB斷裂組之間無(wú)顯著性差異，P＞0.05，前角、體部在PCL全斷組和PMB斷裂組的應(yīng)變大于PCL完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05，后角在PCL全斷組和PMB斷裂組的應(yīng)變小于PCL完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、100

5、0N載荷下各實(shí)驗(yàn)組之間均有顯著性差異，P＜0.05，前角和體部的應(yīng)變絕對(duì)值表現(xiàn)為全斷組＞PMB斷裂組＞ALB斷裂組＞完整組，后角的應(yīng)變絕對(duì)值表現(xiàn)為全斷組＜PMB斷裂組＜ALB斷裂組＜完整組。2.膝關(guān)節(jié)30°位，在200N、400N載荷下，前角、體部、后角的應(yīng)變?cè)谕暾M和PMB斷裂組之間無(wú)顯著性差異，P＞0.05，全斷組和ALB斷裂組之間無(wú)顯著性差異，P＞0.05，前角，體部的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂

6、組為正值，拉應(yīng)變，有顯著性差異，P＜0.05，后角的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為正值，拉應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、1000N載荷下，前角、體部的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂組為正值，拉應(yīng)變，后角的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為正值，拉應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，各實(shí)驗(yàn)組之間均有顯著性差異，P＜0.05，應(yīng)變絕對(duì)值表現(xiàn)為全斷

7、組＞ALB斷裂組，完整組＞PMB斷裂組。3.膝關(guān)節(jié)60°、90°位，前角，體部的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂組為正值，拉應(yīng)變；后角的應(yīng)變?cè)谌珨嘟M和ALB斷裂組為正值，拉應(yīng)變，在完整組和PMB斷裂組為負(fù)值，壓應(yīng)變，相同載荷下各實(shí)驗(yàn)組應(yīng)變之間有顯著差異，P＜0.05，應(yīng)變絕對(duì)值表現(xiàn)為全斷組＞ALB斷裂組，完整組＞PMB斷裂組。
　　 結(jié)論：(1)PCL完全斷裂，在不同載荷和角度下，對(duì)外側(cè)半月板前角、

8、體部和后角的應(yīng)變均有影響。(2)在200N和400N載荷下，ALB斷裂在膝關(guān)節(jié)0°位和PMB切斷在膝關(guān)節(jié)屈曲30°位對(duì)外側(cè)半月板前角、體部和后角的應(yīng)變均無(wú)影響。(3)在600N，800N和1000N載荷下，ALB斷裂在膝關(guān)節(jié)0°位和PMB斷裂在膝關(guān)節(jié)屈曲30°位對(duì)外側(cè)半月板前角、體部和后角的應(yīng)變均有影響。(4)在各實(shí)驗(yàn)載荷下，ALB斷裂在屈膝30°、60°、90°位和PMB斷裂在膝0°、60°、90°位對(duì)外側(cè)半月板前角、體部和后角的應(yīng)變

9、均有影響。
　　 第二章：后交叉韌帶斷裂后外側(cè)半月板退變的組織學(xué)研究
　　 目的：探討PCL斷裂對(duì)外側(cè)半月板組織學(xué)的影響和PCL斷裂后MMP-1、MMP13、TIMP-1在半月板繼發(fā)性損傷中所起的作用。
　　 方法：60只兔膝關(guān)節(jié)配對(duì)為實(shí)驗(yàn)側(cè)和對(duì)照側(cè)，實(shí)驗(yàn)側(cè)行PCL切斷造模，對(duì)照側(cè)只顯露但不切斷PCL。造模后第4、8、12、16、24周各隨機(jī)處死12只，行外側(cè)半月板形態(tài)學(xué)觀察，并進(jìn)行HE染色，免疫組化檢測(cè)MMP-

10、1、MMP13、TIMP-1表達(dá)。
　　 結(jié)果：1.形態(tài)學(xué)觀察，隨時(shí)間延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組外側(cè)半月板出現(xiàn)磨損，甚至撕裂，呈黃色，彈性差。2.組織學(xué)觀察，隨時(shí)間延長(zhǎng)，半月板表面不平整，組織疏松，膠原纖維排列紊亂，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，間質(zhì)水腫，軟骨細(xì)胞變性減少。各實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組組織學(xué)退變?cè)u(píng)分均有顯著性差異，P＜0.05。實(shí)驗(yàn)組組織學(xué)評(píng)分4周和8周之間無(wú)顯著性差異，P＞0.05；隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)程至實(shí)驗(yàn)組12，16，24周組織學(xué)評(píng)分之間均有明顯差異，P＜0

11、.05。3.實(shí)驗(yàn)組MMP-1、MMP13、TIMP-1表達(dá)均高于對(duì)照組，有顯著性差異，P＜0.05。4.實(shí)驗(yàn)組MMP-1的陽(yáng)性表達(dá)率：4周和8周的陽(yáng)性表達(dá)率之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，12周，16周和24周的陽(yáng)性表達(dá)率之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。12周，16周和24周陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于4周和8周，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)；5.實(shí)驗(yàn)組MMP-13的陽(yáng)性表達(dá)率：（12周，16周）的陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于（4周，8周）和（2

12、4周），12周和4周，12周和8周，12周和24周，16周和4周，16周和8周，16周和24周的陽(yáng)性表達(dá)率均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)；4周，8周和24周的陽(yáng)性表達(dá)率之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。6.實(shí)驗(yàn)組TIMP-1的陽(yáng)性表達(dá)率：12周陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于其他各周，與其他各周均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P＜0.05，其他各周（4周，8周，16周，24周）之間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，P＞0.05。
　　 結(jié)論：1.PCL斷裂可引起外側(cè)半月板組

13、織退變，且退變隨著時(shí)間的推移逐漸加重。2.MMP-1在PCL斷裂后膝關(guān)節(jié)外側(cè)半月板中的表達(dá)呈先增高后持續(xù)高表達(dá)的變化規(guī)律；MMP13、TIMP-1在PCL斷裂后膝關(guān)節(jié)外側(cè)半月板中的表達(dá)呈先增高后降低的變化規(guī)律。3.MMP-1、MMP13、TIMP-1表達(dá)的變化可以作為PCL斷裂后外側(cè)半月板受損的觀察指標(biāo)。MMP-1、MMP13、TIMP-1表達(dá)增高提示MMP-1、MMP13、TIMP-1介導(dǎo)的病理生理機(jī)制可能是PCL斷裂后外側(cè)半月板退變

14、的原因之一。
　　 第三章：后交叉韌帶斷裂對(duì)外側(cè)半月板周緣性移位影響的研究
　　 目的：探討PCL斷裂對(duì)外側(cè)半月板周緣性移位的影響以及斷裂程度與周緣性移位程度之間的關(guān)系。
　　 方法：新鮮成人正常膝關(guān)節(jié)標(biāo)本12具作為PCL完整組，在200N、400N、600N、800N、1000N載荷下，測(cè)量膝關(guān)節(jié)0°、30°、60°、90°位外側(cè)半月板周緣性位移，測(cè)量完畢后將標(biāo)本隨機(jī)分成前外側(cè)束(ALB)斷裂組和后內(nèi)側(cè)束(PM

15、B)斷裂組，各6具，造模后同法測(cè)試，最后再將12具標(biāo)本的PCL完全切斷作為全斷組進(jìn)行測(cè)量。
　　 結(jié)果：1.PCL完整時(shí)的外側(cè)半月板移位分布在0.5～2.6mm。2.膝0°位，在200N、400N載荷下，完整組和ALB斷裂組移位基本相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，全斷組和PMB斷裂組移位基本相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，全斷組和PMB斷裂組移位大于完整組和ALB斷裂組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、10

16、00N載荷下，完整組移位最小，全斷組均最大，PMB斷裂組移位大于ALB斷裂組，各組間外側(cè)半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。3.膝關(guān)節(jié)屈曲30°、60°，在200N、400N載荷下，PMB斷裂組和完整組移位基本相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位基本相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位大于PMB斷裂組和完整組，有顯著性差異，P＜0.05；在600N、800N、1000N載荷下，PMB斷裂組

17、移位較完整組增大，全斷組移位較ALB斷裂組增大，完整組移位最小，全斷組移位最大，ALB斷裂組移位大于PMB斷裂組，各組間外側(cè)半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。4.膝關(guān)節(jié)屈曲90°，在200N載荷下，PMB切斷組移位與完整組大致相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組移位與全斷組大致相同，無(wú)顯著性差異，P＞0.05，ALB斷裂組和全斷組移位大于PMB斷裂組和完整組，有顯著性差異，P＜0.05；在400N、600N、800N、1

18、000N載荷下，PMB斷裂組移位較完整組明顯增大，全斷組移位較ALB斷裂組明顯增大。完整組移位最小，全斷組移位最大，ALB斷裂組移位大于PMB斷裂組，各組間外側(cè)半月板移位均有顯著性差異，P＜0.05。
　　 結(jié)論：(1)外側(cè)半月板生理性移位范圍為0.5～2.6mm。(2)ALB斷裂后外側(cè)半月板在膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)移位明顯增大。(3)PMB斷裂后外側(cè)半月板在膝關(guān)節(jié)伸直時(shí)移位明顯增大。(4)PCL完全斷裂后外側(cè)半月板在膝關(guān)節(jié)屈曲、伸直時(shí)移