第一部分部分短缩髌腱对髌股关节软骨作用的动物实验研究目的:本研究的目的是制作适合研究髌股关节炎早期病变的动物模型,观察不均匀髌腱短缩对髌股关节炎软骨的影响。方法:48只新西兰白兔被随机分成实验组(n=16)、假手术组(n=16)、和对照组(n=16),在实验组中,髌腱被部分短缩,也称为(US组),髌腱被从中间劈开,内侧髌腱被短缩8 mm并且缝合。在8周和16周后,半数实验动物分别被处死,进行X光检查,测量IS指数,检查核磁共振并测量髌腱长度,同时进行髌骨和股骨髁的大体观察,制造石蜡标本,进行镜下观察和OARSI组织学评分。结果:在8周处死的动物中,髌骨的IS指数值在对照组,假手术组,和US组分别是1.61±0.12,1.58±0.23(vs.对照组,P=0.772),1.65±0.19(vs.对照组,P=0.591;vs.假手术组,P=0.518);在16周处死的动物中,髌骨的IS指数在对照组1.68±0.11,假手术组1.74±0.20(vs.对照组,P=0.404),和US组1.64±0.21(vs.对照组,P=0.698;vs.假手术组,P=0.334),表明髌骨高度的IS指数在8周和16周均无统计学差异。在8周处死的动物中,通过MRI图片测量的髌腱长度数据分别为:对照组13.38±0.95 mm,假手术组13.45±1.23 mm(vs.对照组,P=0.902),和US组13.79±1.24 mm(vs.对照组,P=0.472;vs.假手术组,P=0.590),三组的髌腱长度基本相同,无明显统计学差异;在16周处死的动物中,髌腱长度数据分别为:对照组15.66±1.34 mm,假手术组15.89±0.90 mm(vs.对照组,P=0.700),和US组15.49±1.59mm(vs.对照组,P=0.815;vs.假手术组,P=0.546),三组的髌腱长度基本相同,无明显统计学差异。8周时髌骨的大体评分为:对照组1.00±0.93,假手术组0.88±0.99(vs.对照组,P=0.798),和US组1.63±1.06(vs.对照组,P=0.230;vs.假手术组,P=0.166);16周时髌骨的大体评分为:对照组1.25±0.71,假手术组1.25±1.04(vs.对照组,P=1.000),和US组3.88±0.83(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001),在8周时三组评分无明显统计学差异,在16周时US组与对照组和假手术组的统计学差异明显。8周时股骨髁的大体评分分别为:对照组1.25±0.71,假手术组1.13±0.83(vs.对照组,P=0.751),和US组为3.25±0.71(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001);16周时股骨髁大体评分为:对照组1.50±0.53,假手术组1.75±0.71(vs.对照组,P=0.438),和US组8.63±1.19(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001),在8周和16周时US组与对照组、假手术组统计学差异明显。8周时髌骨的镜下组织学评分为:对照组1.25±0.71,假手术组1.50±0.76(vs.对照组,P=0.506),和US组1.88±0.83(vs.对照组,P=0.128;vs.假手术组,P=0.362);16周时髌骨的镜下评分为:对照组1.88±0.83,假手术组1.75±0.71(vs.对照组,P=0.751),和US组7.88±1.25(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001),在8周时三组评分无明显统计学差异,在16周时US组与对照组、假手术组统计学差异明显。8周时股骨髁的镜下组织学评分为:对照组1.25±0.71,假手术组1.50±0.76(vs.对照组,P=0.506),US组3.88±0.64(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001),US组与对照组、假手术组在8周时的OARSI评分存在明显统计学差异;16周时股骨髁的镜下组织学评分:对照组1.63±0.52,假手术组1.88±0.83(vs.对照组,P=0.483),和US组10.88±1.55(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001),在16周时US组与对照组、假手术组存在明显的统计学差异。结论:不均匀髌腱短缩可以导致髌股关节软骨退变,8周时软骨退变较轻,以股骨髁的骨赘形成为主要表现特征,16周时软骨退变较重,不均匀髌腱短缩模型是一种研究髌股关节炎,尤其是早期变化的可靠的动物模型。第二部分髌下脂肪垫在早期髌股关节炎中的影像学及组织病理学改变的动物实验研究目的:本研究的目的就是明确髌下脂肪垫在髌股关节炎早期的影像学改变及组织病理学改变,为髌股关节炎早期诊断提供早期的预测指标。方法:64只新西兰白兔被随机分成实验组(n=24),假手术组(n=16),和对照组(n=24)。在实验组中,髌腱被部分短缩,也被称为(US组),髌腱被中间劈开,内侧髌腱被短缩8 mm并且缝合。在8周后,所有的动物被处死,对IPFP进行核磁共振检查,测量湿重量,组织病理学和免疫组织化学观察及评分来分析IPFP在髌股关节炎早期的变化。结果:在MRI上测量三组实验动物的髌腱的长度分别为,对照组为13.03±1.06 mm,假手术组13.52±1.18 mm(vs.对照组,P=0.348),和US组13.24±1.41 mm(vs.对照组,P=0.678;vs.假手术组,P=0.658),三组的髌腱长度相同,无明显统计学差异;在MRI的矢状位图像上,测量对照组,假手术组,US组中的最大横截面积(CSA)依次是45.50±7.19 mm~2,45.88±6.60 mm~2(vs.对照组,P=0.907),和53.83±8.24 mm~2(vs.对照组,P=0.015;vs.假手术组,P=0.035),US组的CSA明显大于对照组和假手术组,并且存在明显的统计学差异;三组动物的IPFP的MRI灰度值依次是,对照组115.53±28.85 Px,假手术组是108.53±26.73 Px(vs.对照组,P=0.589),和US组是154.52±18.48 Px(vs.对照组,P=0.002;vs.假手术组,P=0.002),US组中的MRI灰度值明显高于对照组和假手术组,存在明显的统计学差异;三组实验动物的IPFP湿重量依次是,对照组0.32±0.05 g,假手术组0.32±0.04 g(vs.对照组,P=0.895),和0.38±0.06 g(vs.对照组,P=0.017;vs.假手术组,P=0.033),US组的IPFP湿重量明显高于其它两组,差异有明显的统计学意义;对照组有1例出现骨赘,假手术组有1例出现骨赘(vs.对照组,P=0.653),US组有11例出现骨赘(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P=0.001),US组的骨赘数量与对照组和假手术组相比有明显的统计学差异;IPFP中的脂肪细胞的横截面积(镜下40×),在对照组,假手术组和US组分别是419417.69±98883.74 Px,406573.81±60236.30 Px(vs.对照组,P=0.747),和411884.83±68915.82 Px(vs.对照组,P=0.831;vs.假手术组,P=0.861),三组动物的IPFP中的脂肪细胞的横截面积无明显统计学差异,说明脂肪细胞大小无明显改变。在IPFP中的脂肪细胞数量(镜下40×),在对照组,假手术组和US组分别是43.00±6.37,42.63±6.23(vs.对照组,P=0.898),和50.33±7.98(vs.对照组,P=0.021;vs.假手术组,P=0.034),三组动物的脂肪细胞数量存在统计学差异,US组的脂肪细胞数量明显多于其它两组,说明US组的脂肪细胞数量增多;对IPFP标本进行OARSI镜下评分,US组的OARSI评分是6.00±1.91,明显高于对照组的2.50±2.02(P<0.001)和假手术组的2.75±1.67(P=0.001),三组间差异有明显的统计学意义,但是,对照组与假手术组之间没有明显的统计学差异;Caspase-3的表达水平在对照组,假手术组,和US组中分别是4.66±3.49 IOD/mm~2,4.31±3.00 IOD/mm~2(vs.对照组,P=1.000),和18.03±14.62 IOD/mm~2(vs.对照组,P=0.018;vs.假手术组,P=0.034),US组的Caspase-3表达水平与对照组、假手术组的表达水平的差异有统计学意义;MMP-9的表达水平在对照组,假手术组和US组分别是8.19±6.99 IOD/mm~2,8.19±4.02 IOD/mm~2(vs.对照组,P=0.589),和20.05±9.58 IOD/mm~2(vs.对照组,P=0.004;vs.假手术组,P=0.005),差异有明显统计学意义。结论:在PF OA的早期阶段,IPFP的组织病理学变化主要是滑膜基质绒毛状增生,滑膜基质血管增殖,炎性侵入,成纤维细胞增生,脂肪细胞数量增生,这些变化可能导致前膝痛的发生和髌股软骨退变的恶化。经由MRI和显微镜下呈现出的IPFP的组织病理学改变,比PF OA的软骨破坏要早。进一步讲,及时发现和治疗IPFP的早期改变可能提供诊断和治疗PF OA的新方法,但是,IPFP在PF OA的中晚期阶段的影像学及组织病理改变仍需要进一步研究。第三部分髌下脂肪垫在中晚期髌股关节炎中的影像学及组织病理学改变的动物实验研究目的:观察髌下脂肪垫在髌股关节炎的中晚期阶段的影像学和组织病理学改变,以及与髌股关节炎的软骨退变的相关性。方法:96只新西兰白兔被随机分成实验组(n=32),假手术组(n=32),和对照组(n=32)。在实验组中,髌腱被部分短缩,也称为(US组),髌腱被从中间劈开,内侧髌腱被短缩8 mm并且缝合。在8周后,一半动物被处死,进行核磁共振检查,湿重量测量,大体和镜下观察,以及组织病理学评分来分析髌下脂肪垫在髌股关节炎中晚期的改变及相关性;在16周后,另一半的动物被处死,进行核磁共振检查,湿重量测量,大体和镜下观察,以及组织病理学OARSI评分来分析髌下脂肪垫在髌股关节炎中晚期的改变及相关性。结果:造模后8周时三组实验动物的IPFP湿重量:对照组0.3153±0.0418 g,假手术组0.3234±0.0464 g(vs.对照组,P=0.721),和US组0.3715±0.0363 g(vs.对照组,P=0.012;vs.假手术组,P=0.037),相比于对照组和假手术组,US组的IPFP的湿重量明显增大,并且有统计学差异。造模后16周时三组实验动物的IPFP湿重量:对照组0.4089±0.065 g,假手术组0.4412±0.090 g(vs.对照组,P=0.425),和US组0.5311±0.050 g(vs.对照组,P=0.001;vs.假手术组,P=0.027),相比于对照组和假手术组,US组的IPFP的湿重量明显增大,并且有统计学差异。在造模后8周,IPFP在MRI上的最大的CSA,在对照组,假手术组和US组分别是45.38±8.12 mm~2,45.5±6.30 mm~2(vs.对照组,P=0.973),和53.25±4.83 mm~2(vs.对照组,P=0.034;vs.假手术组,P=0.015),相比于对照组和假手术组,US组的CSA明显增大,并且存在统计学差异。在造模后16周,IPFP在MRI上的最大的CSA,在对照组,假手术组和US组分别是58.63±10.57 mm~2,59.75±10.11 mm~2(vs.对照组,P=0.831),和75.63±11.25 mm~2(vs.对照组,P=0.008;vs.假手术组,P=0.01),相比于对照组和假手术组,US组的最大CSA明显增大,并且存在统计学差异,16周时候的横截面积较8周时随着动物体重的增加有所增加。在造模后8周,IPFP的MRI灰度值在对照组,假手术组和US组分别是125.94±29.88 Px,108.49±25.92 Px(vs.对照组,P=0.233)和160.78±19.70 Px(vs.对照组,P=0.016;vs.假手术组,P<0.001),相对于对照组和假手术组,US组的MRI的灰度值明显增加,并且有统计学差异。在造模后16周,IPFP的MRI灰度值在对照组,假手术组和US组分别是127.33±30.89 Px,110.00±27.97 Px(vs.对照组,P=0.259),和182.32±18.70 Px(vs.对照组,P=0.001;vs.假手术组,P<0.001),相比于对照组和假手术组,US组的MRI的灰度值明显增加,并且有统计学差异。在8周处死的动物中,IPFP的OARSI镜下组织学评分在对照组,假手术组和US组分别是2.25±1.83,2.63±1.51(vs.对照组,P=0.662),和5.88±1.64(vs.对照组,P=0.001;vs.假手术组,P=0.001),在16周处死的动物中,IPFP的OARSI镜下组织学评分在对照组,假手术组和US组分别是2.50±1.51,2.75±1.83(vs.对照组,P=0.770),和8.38±2.33(vs.对照组,P<0.001;vs.假手术组,P<0.001)。结论:伴随着髌股关节炎的早期和中晚期病程进展,IPFP均发生的明显组织学和影像学改变,这种改变发生在髌股关节炎的早期,早于软骨退变就开始发生,并且随着骨性关节炎病情的加重,逐渐加重;IPFP可以作为预测髌股关节的的指标之一;通过进一步的研究,IPFP的变化可能成为髌股关节炎病情轻重的评价指标之一;通过IPFP的研究,可能为髌股关节炎的诊断和治疗提供新的方法。第四部分髌下脂肪垫切除对髌骨解剖位置及髌股关节软骨影响的动物实验研究目的:髌下脂肪垫(IPFP)切除导致髌骨低位,髌骨低位会造成关节软骨退变,然而,很少有研究直接报道IPFP切除后对髌股关节软骨的影响。本研究旨在阐明IPFP切除后对髌骨解剖位置的影响及切除早期对髌股关节软骨的影响。方法:32只新西兰白兔按照IPFP的处理程序被分为四组(n=8),如下:1.无手术组,包括无皮肤切口(对照组,即Control组);2.IPFP切除和移除组(IR组);3.内侧髌韧带折叠8 mm并缝合组(US组);4.内侧髌韧带折叠8 mm缝合并IPFP切除和移除组(IR+US组)。8周后,所有动物均被处死,并通过放射学检查、磁共振成像(MRI)检查、股骨髁的骨密度检查、膝关节大体观察、组织病理学评分,分析IPFP切除后对髌骨在膝关节位置的影响及对髌股关节软骨的影响。结果:对照组、IR组、US组和IR+US组的BP指数分别为1.38±0.12、1.15±0.11(vs.对照组,P=0.001)、1.38±0.08(vs.对照组,P=0.961)和1.19±0.11(vs.对照组,P=0.006);对照组、IR组、US组和IR+US组的IS指数分别为1.60±0.99、1.37±0.18(vs.对照组,P=0.007)、1.70±0.15(vs.对照组,P=0.147)和1.38±0.11(vs.对照组,P=0.001);在对照组、IR组、US组、IR+US组中,从髌骨下极(LAOP)至胫骨结节(TT)的距离分别为1.87±0.15 cm、1.60±0.20 cm(vs.对照组,P=0.009)、1.88±0.12 cm(vs.对照组,P=0.815)、1.62±0.16 cm(vs.对照组,P=0.006);在对照组、IR组、US组和IR+US组中从胫骨平台前缘(TAFE)至髌腱(PL)的垂直距离分别为3.81±0.52 mm、2.69±0.48mm(vs.对照组,P=0.001)、3.42±0.47 mm(vs.对照组,P=0.141)和2.69±0.73 mm(vs.对照组,P=0.004);对照组、IR组、US组和IR+US组的PL长度分别为13.38±0.95 mm、12.33±0.75 mm(vs.对照组,P=0.027)、13.79±1.24 mm(vs.对照组,P=0.472)和11.86±0.96 mm(vs.对照组,P=0.007);对照组、IR组、US组和IR+US组的骨密度(BMD)分别为0.411±0.027 mg/cm~3、0.426±0.039 mg/cm~3(vs.对照组,P=0.378)、0.437±0.026 mg/cm~3(vs.对照组,P=0.071)和0.437±0.042mg/cm~3(vs.对照组,P=0.154);四组动物的髌骨软骨无明显退变改变,无统计学差异,US组和US+IR组动物的股骨髁有骨赘出现,无其它软骨退变发生,股骨髁内侧边缘出现的骨赘数量,在对照组为2个,在IR组为3个(vs.对照组,P=0.315),在US组为7个(vs.对照组,P=0.041),在IR+US组为7个(vs.对照组,P=0.041);对照组、IR组、US组和IR+US组除骨赘外的髌股关节软骨的OARSI评分分别为2.88±1.13、3.13±1.36(vs.对照组,P=0.562)、2.88±0.99(vs.对照组,P=1.000)和3.13±1.36(vs.对照组,P=0.694)。结论:IPFP对维持正常髌韧带的长度非常重要,IPFP切除造成髌骨在膝关节中的位置相对降低,相对比于髌韧带的不均匀短缩,由IPFP切除引起的髌韧带缩短,在早期不会对关节软骨造成损害,髌股关节均匀的压力负荷改变不会诱导骨赘生成。