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前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)是维护膝关节稳定的重要结构,具有限制胫骨前移和旋转的作用。ACL损伤常继发关节软骨和半月板的损伤,后期可导致膝关节退变。目前对ACL的研究多集中在ACL完全断裂后对关节软骨退变的影响以及ACL功能的重建,而ACL损伤后对股骨外髁生物力学和组织学影响的研究鲜有报道。本研究采用生物力学测定的方法,观察ACL完全断裂或部分断裂对股骨外髁前部、中部及后部应变的影响,采用组织学方法,观察ACL完全断裂后股骨外髁组织学改变,同时,检测IL-1β、MMP13的表达,以了解其在股骨外髁软骨退变中的作用机制,为ACL损伤继发股骨外髁损伤提供理论依据。第一章前交叉韧带功能性分束的生物力学研究目的探讨前交叉韧带的功能性分束,为ACL损伤重建提供理论依据。方法新鲜正常成人膝关节标本6具,根据ACL在膝关节中的位置将ACL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800N轴向载荷,分别测试膝关节0°、30°、60°、90°位ACL各纤维束应变。比较各束应变的差异,采用聚类分析方法进行分类。结果1.膝关节0°位,ACL后外侧束和前外侧束应变大于后内侧束和前内侧束应变,有显著性差异,P＜0.01;前内侧束与后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;膝关节30°、90°位,ACL前内侧束和后内侧束应变大于后外侧束和前外侧束应变,有显著性差异,P＜0.05;前内侧束与后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;膝关节60°位,ACL后内侧束应变最大,其后依次为前内侧束、后外侧束和前外侧束,各束间比较均具有显著性差异,均P＜0.05。2、前内侧束与后内侧束应变变化一致,依序膝关节0°、30°、60°、90°位逐渐增大,均有显著性差异,均p＜0.05;前外侧束应变在膝关节0°、30°、60°、90°均无显著性差异,均p＞0.05。后外侧束应变膝60°位大于0°、30°、90°位,均有显著性差异,均p＜0.05;0°位与90°位应变无显著性差异,均p＞0.05;0°、90°应变均大于30°,均有显著性差异,均p＜0.05。3、聚类分析:后外侧束与前外侧束聚为一类,后内侧束与前内侧束聚为一类。结论随膝关节不同屈伸角度ACL内部各纤维束张力不等,且在膝关节0°—90°屈伸过程中ACL始终处于有张力状态。膝关节0°位,后外侧区纤维束和前外侧区纤维束应变大于后内侧区纤维束和前内侧区纤维束,膝关节30°、60°、90°位,后内侧区纤维束和前内侧区纤维束应变大于后外侧区纤维束和前外侧区纤维束应变,提示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。ACL可分为内侧束和外侧束两功能束,根据两束在ACL胫骨止点一前一后的解剖特点,两束分别定义为前内侧束和后外侧束。第二章前交叉韧带断裂对股骨外髁生物力学特性的影响目的探讨ACL断裂对股骨外髁生物力学的影响,为ACL断裂继发股骨外髁损伤的早期诊治提供理论依据。方法新鲜正常成人膝关节标本10具作为ACL完整组,在200N、400N、600N、800N载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°位股骨外髁应变,测试完毕后随机将标本造模成前内侧束(AMB)切断组和后外侧束(PLB)切断组,各5具,在上述条件下测试应变,最后再将10具标本的ACL完全切断(全断组)进行测试。结果1.膝关节0°位,200N和400N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变在PLB切断组与ACL全断组、ACL完整组与AMB切断组之间均无显著性差异,均P＞0.05;600N、800N载荷下,股骨外髁前部、后部的应变在各实验组间均有显著性差异,均P＜0.05,股骨外髁前部应变值表现为全断组＞PLB切断组＞AMB切断组＞完整组,股骨外髁后部应变值表现为完整组＞AMB切断组＞PLB切断组＞全断组;600N、800N载荷下,股骨外髁中部应变在各实验组间无显著性差异,均P＞0.05,应变值表现为全断组＞PLB切断组＞AMB切断组＞完整组。2.膝关节30°位,200N和400N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变在ACL完整组与PLB切断组、AMB切断组与ACL全断组之间无显著性差异,均P＞0.05;600N、800N载荷下各实验组间均有显著性差异,均P＜0.05,相同载荷下应变值表现为全断组＞AMB切断组＞PLB切断组＞完整组。3.膝关节60°位,200N和400N、600N、800N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变各实验组间均有显著性差异,均P＜0.05;相同载荷下应变值表现为全断组＞AMB切断组＞PLB切断组＞完整组。4.膝关节90°位,在200N、400N、600N、800N载荷下,股骨外髁前部、中部、后部的应变各实验组间均有显著差异,均P＜0.05;股骨外髁前部应变均表现为完整组＞PLB切断组＞AMB切断组＞全断组,股骨外髁中部、后部应变均表现为全断组＞AMB切断组＞PLB切断组＞完整组。结论1、ACL完全断裂对股骨外髁前部、中部和后部的应变均有影响;2、膝关节0°位,PLB断裂对股骨外髁前部、后部的应变均有影响;3、膝关节30°、60°、90°位,AMB断裂对股骨外髁前部、中部、后部的应变均有影响。第三章前交叉韧带断裂后股骨外髁退变的组织学研究目的探讨ACL断裂对股骨外髁组织学的影响。方法48只家兔后侧膝关节配对为实验侧和对照侧,实验侧行ACL切断造模,造模后分别在第1、3、6、8周随机处死12只,行股骨外髁大体观察,并进行HE染色,免疫组化检测IL-1β、MMP13表达。结果1.大体观察:随时间延长,实验组股骨外髁软骨出现色泽改变,呈灰黄色,软骨表面光泽减退,不平整,有磨损甚至溃疡。2.组织学观察:从第三周开始出现软骨表面及软骨细胞排列异常,Mankin评分实验组随时间推移而增大;第一周实验组与对照组无显著性差异,P＞0.05,第3、6、8周实验组大于对照组,有显著性差异,均P＜0.01。3.IL-1β表达:实验组第3周、第6周均高于第1周和第8周,均有显著性差异,均P＜0.05;实验组第8周高于第1周,有显著性差异,P＜0.05;实验组第3周和第6周无显著性差异,P＞0.05;实验组第1,3,6,8周IL-1β表达均高于相应时间点的对照组,均有显著性差异,均P＜0.05。4.MMP13表达:实验组第3周、第6周高于第1周、第8周,均有显著性差异,均P＜0.05;实验组第8周高于第1周,有显著性差异,P＜0.05:第3周和第6周无显著性差异,P＞0.05;实验组第1,3,6,8周MMP13表达均高于相应时间点的对照组,均有显著性差异,均P＜0.05。结论1、ACL断裂可引起股骨外髁软骨组织退变;2、IL-1β、MMP-13在ACL断裂股骨外髁退变中的表达呈先增高后降低的变化规律;3、IL-1β、MMP13表达增高提示IL-1β、MMP13可能是ACL断裂继发股骨外髁退变的因素之一。