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

论文摘要

后交叉韧带（Posterior cruciate ligament, PCL）是膝关节内重要的稳定结构,其主要功能是控制胫骨后移和旋转。后交叉韧带损伤是关节外科较常见的疾病,常为较大暴力作用的结果。目前后交叉韧带损伤后膝关节不稳,继发骨性关节炎已有报道,但后交叉韧带损伤后是否影响股骨外髁,研究甚少。本研究第一章采用生物力学的方法测试人体膝关节标本在PCL部分断裂和完全断裂时股骨外髁前部、中部及后部的应变,研究PCL完全断裂和部分断裂对股骨外髁各部位生物力学特性的影响。第二章通过检测兔膝PCL断裂后股骨外髁软骨下骨的骨密度,观察股骨外髁软骨细胞与细胞外基质的组织学变化,探讨PCL断裂后股骨外髁的继发性损伤。第三章通过观察兔膝关节PCL断裂后股骨外髁软骨内MMP-7及Ⅱ型胶原表达的变化,探讨其在股骨外髁继发性损伤中的作用。该研究为PCL损伤是否对股骨外髁产生影响提供理论依据。第一章后交叉韧带断裂对股骨外髁生物力学特性的影响目的探讨后交叉韧带损伤后对股骨外髁各部位生物力学特性的影响。方法新鲜成人正常膝关节标本12具作为PCL完整组,在200N、400N、600N、800N载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°位股骨外髁前部、中部和后部的应变,测试完毕后将标本随机分为前外侧束（ALB）断裂组和后内侧束（PMB）断裂组,各6具,造模后同法测试,最后再将12具标本的PCL完全切断进行测试。结果1.①膝关节0°位,股骨外髁中部的应变为压应变。前部、后部的应变均为拉应变。②膝0°位,在200N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变在PCL完整组、ALB切断组、PMB切断组、PCL全断组各组之间均无显著性差异,均P＞0.05。③膝0°位,在400N、600N载荷下股骨外髁前部、中部、后部的应变在PCL完整组和ALB切断组之间无显著性差异,P＞0.05,在PMB切断组和PCL全断组之间无显著性差异,P＞0.05；前部、中部和后部在PCL完整组和ALB切断组的应变绝对值均小于PMB切断组和PCL全断组的应变绝对值,均P＜0.05。④膝0°位,在800N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变在各实验组之间均有显著性差异,均P＜0.05；前部、中部和后部的应变绝对值表现为PCL完整组＜ALB切断组<PMB切断组＜PCL全断组。2.①膝关节30°位,在200N、400N、600N载荷下,股骨外髁前部、后部的应变均为压应变,PCL完整组和PMB切断组之间无显著性差异,P>0.05;ALB切断组和PCL全断组之间无显著性差异,P＞0.05。PCL完整组和PMB切断组的应变绝对值均小于ALB切断组和PCL全断组的应变绝对值,均P＜0.05。股骨外髁中部的应变在PCL完整组和PMB切断组为拉应变,两组之间无显著性差异,P＞0.05；在ALB切断组和PCL全断组为压应变,两组之间无显著性差异,P>0.05。②膝关节30°位,在800N载荷下,股骨外髁前部的应变为压应变,应变在各实验组之间均有显著性差异,P＜0.05,应变绝对值呈现PMB切断组<PCL完整组＜ALB切断组<PCL全断组。股骨外髁中部的应变在PCL完整组和PMB切断组为拉应变,在ALB切断组和PCL全断组为压应变,应变绝对值在PCL完整组＜PMB切断组,P<0.05, ALB切断组<PCL全断组,P＜0.05。股骨外髁后部的应变均为压应变,均P＜0.05,应变绝对值表现为PCL完整组＜PMB切断组＜ALB切断组＜PCL全断组。3.①膝关节60°位,在200N、400N、600N载荷下,股骨外髁前部、中部和后部的应变均为压应变,在PCL完整组和PMB切断组之间无显著性差异,P＞0.05；应变在ALB切断组和PCL全断组之间无显著性差异,P>0.05, PCL完整组和PMB切断组的应变绝对值均小于ALB切断组和PCL全断组的应变绝对值,均P＜0.05。②膝关节60°位,在800N载荷下,股骨外髁前部、中部和后部的应变均为压应变,在各实验组之间均有显著性差异,均P＜0.05,股骨外髁前部的应变绝对值表现为ALB切断组＜PCL全断组＜PMB切断组<PCL完整组,P＜0.05。股骨外髁中部、后部应变应变绝对值表现为PCL完整组＜PMB切断组＜ALB切断组<PCL全断组。4.膝关节90°位,在各实验载荷下,股骨外髁前部、中部和后部的应变均为压应变。股骨外髁前部应变在各实验组之间均有显著性差异,均P＜0.05,应变绝对值呈现ALB切断组＜PCL全断组＜PMB切断组＜PCL完整组。股骨外髁中部、后部应变在各实验组之间均有显著性差异,均P＜0.05,应变绝对值表现为PCL完整组＜PMB切断组＜ALB切断组＜PCL全断组。结论（1）PMB主要在膝关节伸直位,ALB主要在膝关节屈曲位发挥稳定膝关节的功能,PMB和ALB在膝关节90°位协同维持膝关节稳定。（2）PMB断裂在膝关节0°位对股骨外髁的应变有影响。（3）ALB断裂在膝关节屈曲30°、60°、90°位对股骨外髁的应变有影响。（4）PCL完全断裂对股骨外髁的应变均有影响。第二章PCL断裂后股骨外髁骨密度、组织学观察目的探讨后交叉韧带断裂对股骨外髁骨密度、组织学的影响。方法48只兔双侧膝关节配对为实验侧和对照侧,实验侧行PCL完全切断造模,造模后第4、8、16、24周各随机处死12只,行股骨外髁大体观察,HE染色观察,并行骨密度检测。结果1.形态学观察,随时间延长,对照组股骨外髁软骨无明显变化,实验组股骨外髁出现色泽改变呈灰黄色,软骨表面不平整,有磨损甚至溃疡。2.组织学观察,随时间延长,股骨外髁软骨纤维化,细胞排列紊乱,簇聚细胞出现频率增加。各时间点实验组和对照组组织学退变评分实验组均高于对照组,均有显著性差异,均P＜0.05。不同时间点实验组间组织学退变评分均有显著性差异,均P＜0.05,评分第24周>第16周>第8周>第4周。3.股骨外髁软骨下骨骨密度检测,各时间点实验组和对照组骨密度值比较均无显著性差异,均P＞0.05；不同时间点实验组间骨密度值比较均无显著性差异,均P＞0.05。结论1.PCL断裂可引起股骨外髁软骨退变,随时间延长而加重。2.PCL断裂后股骨外髁骨密度无明显变化。第三章Ⅱ型胶原、基质金属蛋白酶7（MMP7）在股骨外髁软骨中的表达目的探讨PCL断裂对股骨外髁软骨中Ⅱ型胶原、基质金属蛋白酶7（MMP7）表达的影响。方法48只兔双侧膝关节配对为实验侧和对照侧,实验侧行PCL完全切断造模,造模后第4、8、16、24周各随机处死12只,行免疫组化检测Ⅱ型胶原、MMP7的表达。结果1.各时间点实验组MMP7阳性表达率均高于对照组,均有显著性差异,P＜0.05。2.实验组MMP7阳性表达率第8周高于第4周,有显著性差异,P＜0.05；第16周、第24周均高于第4周和第8周,均有显著性差异,均P＜0.05；第16周和第24周无显著性差异,P＞0.05。3.实验组Ⅱ型胶原阳性表达率第4周和第8周均高于对照组,均有显著性差异,均P＜0.05；第24周低于对照组,有显著性差异,P<0.05；第16周实验组与对照组无显著性差异,P＞0.05；4.实验组Ⅱ型胶原表达阳性率第8周高于第4周、第16周和第24周,均有显著性差异,均P＜0.05；第4周高于第16周和第24周,均有显著性差异,均P＜0.05；第16周高于第24周,有显著性差异,P＜0.05。结论1.PCL断裂可引起股骨外髁软骨退变,随时间延长而加重。2.PCL断裂后股骨外髁软骨中MMP7表达呈先增高后维持的变化规律。3.PCL断裂后股骨外髁软骨中Ⅱ型胶原表达呈先增高后降低的变化规律。4.PCL断裂后股骨外髁软骨中MMP7、Ⅱ型胶原的异常表达提示MMP7、Ⅱ型胶原介导的病理生理机制可能是PCL断裂后股骨外髁软骨退变的原因之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 中英文对照词表
• 第一章 后交叉韧带断裂对股骨外髁生物力学特性的影响
• 前言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验仪器与设备
• 1.3 实验标本分组
• 1.4 标本制作
• 1.5 实验步骤
• 1.6 统计方法
• 2 结果
• 2.1 股骨外髁前部应变
• 2.2 股骨外髁中部应变
• 2.3 股骨外髁后部应变
• 3 讨论
• 4 结论
• 第二章 PCL断裂后股骨外髁骨密度、组织学观察
• 前言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物
• 1.2 实验仪器与设备
• 1.3 实验试剂与药物
• 1.4 实验分组
• 1.5 动物模型制备
• 1.6 观察指标及方法
• 1.7 统计方法
• 2 结果
• 2.1 股骨外髁大体观察结果及HE染色结果
• 2.2 各实验组股骨外髁退变组织学评分结果和比较
• 2.3 股骨外髁骨密度（BMD）的改变
• 3. 讨论
• 3.1 实验动物的选择、模型的制备方法及观察时间点的确定
• 3.2 PCL切断后股骨外髁骨密度的改变
• 3.3. PCL切断后股骨外髁的组织学变化
• 4 结论
• 第三章 Ⅱ型胶原、基质金属蛋白酶7（MMP7）在股骨外髁软骨中的表达
• 前言
• 1 材料与方法
• 1.1 实验动物
• 1.2 实验仪器与设备
• 1.3 实验试剂与药物
• 1.4 实验分组
• 1.5 模型制备
• 1.6、股骨外髁软骨标本的制备
• 1.7、免疫组化染色
• 1.8 统计方法
• 2 结果
• 2.1 MMP7的表达及结果分析
• 2.2 Ⅱ型胶原的表达结果及分析
• 3 讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间科研论文