前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)在膝关节内的作用主要表现为胫骨前移的控制和部分旋转功能的调节。内侧半月板具有缓冲并传导应力、部分限制关节径向移位的作用。两者在维持膝关节稳定的体系中相互协调,互为影响。随着MRI、关节镜手术等诊治水平的提高,越来越多的ACL损伤得到早期诊断和治疗,同时也发现,ACL损伤最常见的继发性损伤部位是内侧半月板;ACL不全断裂的比例比完全断裂更高。及早重建ACL,处理诸如内侧半月板等继发损伤,恢复膝关节的稳定性,对于预防骨关节病的发生有重要意义。ACL损伤对内侧半月板影响的研究,目前以ACL分束研究为前提,集中在ACL完全断裂对内侧半月板的组织学影响,以及对内侧半月板后角的生物力学影响上。研究争论的焦点和问题在于:1、ACL分束指形态还是功能上的区分?分几束?分束的依据是什么?2、ACL部分断裂对内侧半月板组织学和生物力学上的影响如何?影响机制是什么?3、对内侧半月板后角以外的其他部位,如前角、体部的影响程度和机制如何?这些问题的研究直接关系到ACL合并内侧半月板损伤的早期诊断、临床决策和预后评估。因此,了解ACL完全(部分)断裂后对内侧半月板产生的组织学、生物力学、形态学等影响,对于防治ACL断裂继发内侧半月板损伤以及骨关节病有着重要的理论价值和临床意义。ACL损伤对内侧半月板的影响,主要体现在形态学、组织学、生物力学变化及内侧半月板作为可相对运动组织发生的位移上。本研究拟观察ACL各部分在膝关节运动中的形态学变化,对ACL各区纤维束进行生物力学测定并结合聚类统计方法进行功能分束;采用组织学方法,观察ACL断裂后内侧半月板超微结构的变化,半脱位程度及IL-1β、MMP13表达;采用生物力学测定的方法,观察ACL完全或部分断裂对内侧半月板前、后角及体部的应变影响,探讨内侧半月板各部位损伤的生物力学机制;通过测量ACL完全或部分断裂后内侧半月板发生的周缘性移位,探讨ACL断裂程度对移位的影响及移位发生的机制,为临床ACL损伤继发内侧半月板损伤的早期正确诊治提供理论依据和指导意见。第一章前交叉韧带的功能解剖学研究目的探讨前交叉韧带的功能解剖,为ACL损伤继发内侧半月板损伤的组织学和生物力学特性研究提供功能解剖学依据。方法6具成年男性正常膝关节标本,观察ACL、内侧半月板大体形态;测量膝关节0°、30°、60°、90°位ACL前内侧和后外侧长度及其胫骨、股骨止点横径和纵径;并采用Photoshop软件计算各角度下ACL前内侧与股骨Blumensatt线之间的夹角,ACL后外侧与内侧半月板前后角连线之间的夹角。同时采用Photoshop和选区面积计算软件计算ACL止点面积。结果1、形态观察结果:ACL胫骨止点较股骨止点面积宽大。内部纤维相互交错连接,很难分开。内侧半月板前角较后角薄,中央低凹、周缘凸起。2、ACL胫骨止点面积、横径和纵径均大于股骨止点,均有显著性差异,均p＜0.05。3、长度测量结果:①膝关节0°、30°、60°、90°,ACL前内侧长度均长于后外侧,均有显著性差异,p＜0.05;②ACL前内侧长度长短依次为:膝关节90°、0°、30°、60°,均有显著性差异,p＜0.05;后外侧长度在膝关节0°长于30°、60°、90°,均有显著性差异,p＜0.05,30°与60°长度无显著性差异,p＞0.05,30°与60°长度均大于90°,均有显著性差异,均p＜0.05。4、膝关节0°、30°,ACL内侧半月板夹角大于ACL股骨夹角,有显著性差异,p＜0.05;膝关节60°、90°,ACL内侧半月板夹角小于股骨夹角,有显著性差异,p＜0.05。5、ACL内侧半月板夹角依大小排序为:0°、30°、60°、90°,各角度间均有显著性差异,均p＜0.05。6、ACL股骨夹角在膝关节0°和30°均小于60°和90°,均有显著性差异,p＜0.05;0°与30°无显著性差异,p＞0.05;60°小于90°,均有显著性差异,p＜0.05。结论ACL内部纤维交错连接,解剖分束困难;ACL后外侧在0°位较长,0°和30°位夹角大于前内侧夹角,提示后外侧主要在膝伸直位发挥作用;ACL前内侧在90°位较长,60°、90°夹角大于后外侧夹角,提示前内侧主要在膝屈曲位发挥作用;结合ACL胫骨止点面积大于股骨止点,提示需要对ACL进行功能分束。第二章前交叉韧带功能性分束研究目的探讨前交叉韧带的功能性分束。方法6具新鲜成年男性正常膝关节标本,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ACL各纤维束应变,采用样品聚类方法进行功能分束。结果1、①膝关节0°,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。②30°和90°,ACL后内侧束、前内侧束应变均大于后外束、前外束应变,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。③60°,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、①前内侧束与后内侧束应变变化一致,依大小排序为:90°、60°、30°、0°,均有显著性差异,均p＜0.05;②前外侧束应变在膝0°、30°、60°、90°均无显著性差异,均p＞0.05。③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聚为一类,后内侧束与前内侧束聚为一类。结论膝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,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,证实ACL可分为前内、后外两功能性纤维束。第三章前交叉韧带断裂对内侧半月板的组织学影响研究目的探讨ACL断裂对内侧半月板的组织学影响。方法48只新西兰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,造模后第1、3、6、8周各随机处死12只,行内侧半月板大体观察,测量内侧半月板脱位指数(medial displacementindex,MDI)后,取内侧半月板行HE染色,免疫组化检测IL-1β、MMP13表达。结果1、大体观察,随时间点推移,实验组内侧半月板出现磨损,甚至撕裂,呈黄色,弹性差。2、MDI测量,实验组大于对照组,有显著性差异,p＜0.05。3、组织学观察,随时间点推移,半月板表面不平整,组织疏松,胶原纤维排列紊乱,内部胶原纤维排列紊乱,炎性细胞浸润。4、IL-1β表达,实验组第1周低于第3、6、8周,均有显著性差异,均p＜0.05;第3周与第6周表达无显著性差异,p＞0.05;第3、6周表达均高于第8周,均有显著性差异,均p＜0.05;第1、3、6、8周均高于对照组,均有显著性差异,均p＜0.05。5、MMP13表达,实验组第1周低于第3、6周,有显著性差异,p＜0.05;第3周与第6、8周表达均无显著性差异,均p＞0.05;第6周MMP13表达高于第8周,有显著性差异,p＜0.05;第8周与第1周无显著性差异,p＞0.05;第1、3、6、8周均高于对照组,均有显著性差异,均p＜0.05。结论ACL断裂可引起内侧半月板组织退变。ACL断裂后MDI增大提示ACL断裂可导致内侧半月板继发性半脱位。IL-1β、MMP13表达增高提示IL-1β、MMP13可能是ACL断裂继发内侧半月板退变的原因之一。第四章前交叉韧带断裂对内侧半月板生物力学特性的影响目的探讨ACL断裂对内侧半月板生物力学特性的影响。为ACL断裂继发内侧半月板损伤的早期诊治提供理论指导。方法新鲜正常成人膝关节标本6具作为ACL完整组,在200N、400N、600N、800N载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°内侧半月板应变,测试完毕后随机将标本造模成前内侧束(AMB)断裂组和后外侧束(PLB)断裂组,各3具,在上述条件下测试,再将6具标本的ACL中下1/3全部切断作为全断组进行测试。根据虎克定律,取单位200N测试结果进行统计分析。结果1、ACL完整组:①膝关节0°,前角及体部应变均大于后角,有显著性差异,均p＜0.05,前角与体部应变无显著性差异,p＞0.05;②膝关节30°,应变大小依次为:体部、前角、后角,均有显著性差异,均p＜0.05;③膝关节60°,体部与后角应变无显著性差异,p＞0.05;④膝关节90°,后角应变大于体部,有显著性差异,p＜0.05。2、AMB断裂组与完整组比较:①膝关节0°,前角、体部及后角应变量与完整组均无显著性差异,均p＞0.05;②膝关节30°,前角、体部及后角应变量与完整组均无显著性差异,均p＞0.05;③膝关节60°,前角应变与完整组前角无显著性差异,p＞0.05,体部和后角应变大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05;④膝关节90°,前角、体部及后角应变与完整组均无显著性差异,均p＞0.05。3、PLB断裂组与完整组比较:①膝关节0°,前角、体部及后角均大于完整组应变,均有显著性差异,均p＜0.05;②膝关节30°后角应变、60°体部应变均大于完整组相应部位,均有显著性差异,p＜0.05,30°前角、体部应变,60°前角、后角应变以及90°前角、体部、后角应变与完整组均无显著性差异,均p＞0.05。4、ACL全断组与完整组比较:①膝关节0°,前角、体部及后角应变均大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05;②膝关节30°,前角、体部与完整组均无显著性差异,均p＞0.05,后角应变明显大于完整组,有显著性差异,p＜0.05;③膝关节60°、90°,前角、体部、后角应变均大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05。5、AMB断裂组、PLB断裂组及全断组比较:①膝关节0°位,全断组与PLB断裂组前角、体部应变无差异,均p＞0.05,均大于AMB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05,后角应变大小依次为,全断组、PLB断裂组、AMB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05;②膝关节30°,3组前角应变均无显著性差异,均p＞0.05,全断组体部应变大于其它两组,均有显著性差异,均p＜0.05,后角应变与PLB组无差异,p＞0.05,大于AMB组,有显著性差异,p＜0.05,PLB组体部、后角应变与AMB组均无显著性差异,均p＞0.05;③膝关节60°,全断组前角、体部应变均大于PLB组及AMB组,均有显著性差异,均p＜0.05,后角应变大于PLB组,有显著性差异,p＜0.05,与AMB组无显著性差异,p＞0.05,AMB组前角应变与PLB组无差异,p＞0.05,体部、后角应变均大于PLB组,均有显著性差异,均p＜0.05;④膝关节90°,全断组各部位应变均大于AMB断裂组和PLB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05,AMB断裂组与PLB断裂组各部位应变均无显著性差异,均p＞0.05。结论1、ACL完全断裂,在膝关节任何角度对内侧半月板后角有较大影响,0°、60°、90°对前角和体部有较大影响,为ACL完全断裂早期修复提供了理论依据。2、AMB断裂在膝屈曲位(60°)引起内侧半月板体部、后角生物力学改变;PLB断裂在膝伸直位(0°)可引起内侧半月板体部、前、后角均发生生物力学变化,其意义尚需进一步探讨。第五章前交叉韧带断裂对内侧半月板周缘性移位的影响研究目的探讨ACL断裂对内侧半月板周缘性移位的影响,以及断裂程度与周缘性移位程度之间的相关性。方法新鲜正常成人膝关节标本6具作为ACL完整组,在200N、400N、600N、800N载荷下,测量膝关节0°、30°、60°、90°内侧半月板周缘性位移,测量完毕后随机将标本造模成前内侧束(AMB)断裂组和后外侧束(PLB)断裂组,各3具,在上述条件下测量,再将6具标本的ACL中下1/3全部切断作为全断组进行测量。结果1、内侧半月板周缘性移位:完整组大多分布在1.0mm～1.5mm;AMB断裂组大多分布在2.0mm～3.0mm;PLB断裂组大多分布在2.0mm～3.2mm;全断组分布在3.1mm～4.9mm。2、内侧半月板周缘性移位在不同角度的变化:①0°位,全断组、AMB断裂组、PLB断裂组各组内侧半月板位移均随载荷加大位移加大,基本呈线性关系;全断组大于完整组、PLB断裂组、AMB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05;PLB断裂组大于完整组,有显著性差异,p＜0.05,PLB断裂组大于AMB断裂组(800N),有显著性差异,p＜0.05;AMB断裂组位移仅在600N载荷下大于完整组,有显著性差异,p＜0.05。②30°位,完整组和AMB断裂组位移随载荷加大而增大,基本呈线性关系;全断组位移大于完整组、PLB断裂组、AMB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05;AMB断裂组与PLB断裂组均大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05;AMB断裂组与PLB断裂组无显著性差异,p＞0.05。③60°位,除PLB断裂组外的各组位移随载荷加大而加大,基本呈线性关系;全断组大于完整组,有显著性差异,p＜0.05,大于AMB断裂组和PLB断裂组(400N、600N、800N),均有显著性差异,均p＜0.05;PLB断裂组大于AMB断裂组(400N),有显著性差异,p＜0.05;PLB断裂组和AMB断裂组均大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05。④90°位,各组位移随载荷加大而增大,基本呈线性关系;全断组大于完整组、PLB断裂组、AMB断裂组,均有显著性差异,均p＜0.05;AMB断裂组与PLB断裂组位移均大于完整组,均有显著性差异,均p＜0.05;AMB断裂组大于PLB断裂组(400N),有显著性差异,p＜0.05。结论ACL完整时的内侧半月板位移分布在1.0mm～1.5mm,提示属正常生理位移。AMB断裂后内侧半月板位移在膝关节30°后异常增大,提示AMB断裂主要影响内侧半月板在膝关节屈曲位稳定性。PLB断裂后内侧半月板位移在膝关节0°异常增大,提示PLB断裂主要影响内侧半月板在膝关节伸直位稳定性;ACL完全断裂,内侧半月板在膝关节0°、30°、60°及90°均出现不稳定。以上提示,ACL损伤早期重建有助于恢复膝关节的稳定性。以上提示,ACL损伤早期重建有助于恢复膝关节的稳定性。