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后交叉韧带(Posterior cruciate ligament, PCL)损伤是膝关节不稳的原因之一,其发病率逐年增加。过去几十年对PCL损伤有持续不断的研究,包括生物力学研究和外科重建策略的研究。为了提高对PCL功能及其在膝关节稳定中作用的认识,许多研究还从解剖学方面做了大量的工作。此外,许多外科重建技术的发展对于PCL损伤的修复提供了良好的决策指导。本课题拟通过生物力学和组织学研究,探讨PCL和各分束的生物力学功能及其断裂对股骨内髁软骨的生物力学、组织学以及软骨Ⅱ型胶原表达的影响,进一步揭示后交叉韧带断裂对股骨内髁影响的可能作用机理。第一章后交叉韧带断裂对股骨内髁生物力学特性的影响目的比较不同载荷和不同屈曲角度下PCL完整、PCL部分断裂和完全断裂状态下股骨内髁生物力学特性,探讨PCL和各分束的生物力学功能及其断裂后对股骨内髁的生物力学影响。方法12具新鲜成人尸体膝关节标本作为PCL完整组,在不同轴向载荷(200N、400N、600N、800N)和不同屈曲角度(膝关节屈曲0°、30°、60°和90°)下分别测量股骨内髁前、中、后3个部位的应变；然后将标本随机分为前外侧束(anterolateral bundle, ALB)切断组(6具标本)和后内侧束(posteromedial bundle, PMB)切断组(6具标本),同法测量股骨内髁前、中、后3个部位的应变；再将12具标本的PCL完全切断(PCL全断组),同法测量股骨内髁前、中、后3个部位的应变。结果各级载荷下(200N、400N、600N、800N),(1)0°位时,股骨内髁前、中、后部均为压应变；30°位时,股骨内髁前部均为拉应变,股骨内髁中、后部均为压应变；60°和90°位时,股骨内髁前、中部均为拉应变,股骨内髁后部均为压应变。(2)0°位时,与PCL完整组比较,ALB切断组股骨内髁前、中、后部的应变绝对值均无明显改变,无统计学差异(P>0.05),而PMB切断组和PCL全断组均明显增加,有显著性差异(P<0.05)；与ALB切断组比较,PMB切断组和PCL全断组均明显增加,有显著性差异(P<0.05)；与PMB切断组比较,PCL全断组在400N载荷下明显增加,有显著性差异(P<0.05),而在其他载荷下无明显改变,无统计学差异(P>0.05)。(3)30°、60°和90°位时,与PCL完整组比较,ALB切断组在200N、400N载荷下股骨内髁前、中、后部的应变绝对值无明显改变,无统计学差异(P>0.05),而ALB切断组在600N、800N载荷下明显增加,有显著性差异(P<0.05),PMB切断组在各级载荷下均无明显增加,无统计学差异(P>0.05),而PCL全断组在各级载荷下均明显增加,有显著性差异(P<0.05)；与ALB切断组比较,PCL全断组在个别载荷下无明显增加,无统计学差异(P>0.05),而在其他载荷下均明显增加,有显著性差异(P<0.05)；与PMB切断组比较,ALB切断组在200N、400N载荷下无明显增加,无统计学差异(P>0.05),而在600N、800N载荷下均明显增加,有显著性差异(P<0.05)；且PCL全断组在各级载荷下也均明显增加,有显著性差异(P<0.05)。结论ALB和PMB对膝关节的屈伸活动均起一定的稳定作用,PMB在伸直位起主要稳定作用,而ALB在屈曲位起主要稳定作用,且PCL完全或部分断裂在屈伸过程中对股骨内髁各部位均能产生不良生物力学影响。第二章后交叉韧带断裂对股骨内髁软骨的组织学影响及其机理目的检测兔后交叉韧带断裂后不同时期股骨内髁软骨的组织学变化及OPN和MMP-13的表达,探讨后交叉韧带断裂对股骨内髁软骨的组织学影响及其作用机理。方法48只雄性家兔行后腿单侧PCL切断(实验组)、对侧假手术自身对照(对照组)干预,分别于造模4、8、16、24周随机各处死12只。观察各组股骨内髁大体形态变化,取股骨内髁软骨行HE染色、甲苯胺蓝染色和免疫组化检测OPN和MMP-13的表达。结果(1)大体观察及评分：随着时间的延长,对照组股骨内髁软骨无明显退变,而实验组逐渐出现色泽改变、表面磨损、开裂、缺损及骨赘形成；实验组4、8、16、24周大体观察评分明显高于对照组(P<0.05),且实验组各时间点组间比较均有显著性差异(P<0.05)。(2)HE和甲苯胺蓝染色：对照组股骨内髁软骨无明显退变,而实验组随着时间的延长出现软骨结构从毛糙到解体,软骨细胞从增生肥大到细胞减少、基质染色从变浅到失染等异常。(3)Mankin病理评分：与对照组比较,实验组4、8、1 6、24周Mankin评分均明显增加(均P<0.05),且实验组各时间点Mankin评分组间比较均有显著性差异(P<0.05)。(4)OPN表达情况：实验组股骨内髁软骨OPN阳性细胞表达率,术后4、8、16、24周均高于对照组,具有统计学差异(P<0.05)。实验组组间比较,4周明显低于8、16、24周,具有统计学差异(P<0.05)；8周与16周无明显差别(P>0.05),但明显低于24周,具有统计学差异(P<0.05)；16周也明显低于24周,具有统计学差异(P<0.05),OPN阳性细胞表达率在PCL切断后24周时最高。(5)MMP-13表达情况：实验组第4、8、16、24周MMP-13表达均明显高于对照组(p<0.05)。实验组组间比较,4周明显低于8、16、24周,具有统计学差异(均P<0.05)；8周与24周无明显差别(P>0.05),但明显低于16周,具有统计学差异(P<0.05)；24周也明显低于16周,具有统计学差异(P<0.05)。MMP-13阳性细胞表达率在PCL切断后16周时最高,而24周呈现降低趋势。(6)相关性分析：股骨内髁软骨OPN阳性细胞表达率百分比与大体观察评分和Mankin病理评分呈正相关(Spearman’s rho=0.880, p<0.05; Speannan’s rho=0.871,p<0.05)。股骨内髁软骨MMP-13阳性细胞表达率百分比与大体观察评分和Mankin病理评分也呈正相关(Spearman’s rho=0.840, p<0.05; Spearman’s rho=0.817, p<0.05)。结论PCL断裂可引起和加速股骨内髁软骨退变,OPN和MMP-13水平的升高可能在PCL断裂所致膝关节损害和软骨退变中起重要作用。第三章后交叉韧带断裂对股骨内髁软骨Ⅱ型胶原表达的影响及其相关因素目的检测兔PCL断裂后股骨内髁负重区和非负重区关节软骨Ⅱ型胶原的表达,探讨PCL断裂后股骨内髁软骨Ⅱ型胶原的变化及其与生物力学和生物化学因素的关系。方法48只雄性家兔行后腿单侧PCL切断(实验组)、对侧假手术自身对照(对照组)干预,分别于造模4、8、16、24周随机各处死12只。取股骨内髁负重区和非负重区软骨采用免疫组织化学方法检测Ⅱ型胶原的表达。结果股骨内髁软骨Ⅱ型胶原积分光密度(integrated optical density, IOD):PCL切断后4周,非负重区与对照组无明显改变(P>0.05),负重区明显低于对照组(P<0.05),且明显低于非负重区(P<0.05)。PCL切断后8、16、24周,非负重区和负重区均明显低于对照组(P<0.05),且负重区明显低于非负重区(P<0.05)。PCL切断后随着时间的延长Ⅱ型胶原的表达逐渐降低,PCL切断后4周Ⅱ型胶原的改变主要与生物力学因素有关,PCL切断后8、16、24周Ⅱ型胶原的改变与生物力学因素和生物化学因素均有关,但PCL切断后8周生物力学因素起大部分的作用,PCL切断后16周生物化学因素起大部分的作用,PCL切断后24周生物化学因素起绝大部分的作用。结论PCL断裂后股骨内髁软骨Ⅱ型胶原的表达随着时间的延长逐渐降低,其表达的降低在PCL断裂早期主要与生物力学因素有关,而在PCL断裂后期主要与生物化学因素有关。