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后交叉韧带(Posterior cruciate ligament, PCL)是膝关节主要的稳定结构之一,其主要功能是防止胫骨后移,其次参与膝内外翻和旋转的调节。本实验拟对PCL不同束在不同角度的应变进行测量,探讨各束的生物力学功能及各束的内在联系；采用生物力学测定的方法,观察PCL完整、完全断裂和部分断裂对外侧胫骨平台各部位应变的影响；并运用组织学方法,观察PCL完全断裂后外侧胫骨平台软骨组织形态学的变化,同时检测基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase-13, MMP-13)、基质金属蛋白酶抑制剂1(Tisse inhibitor-1 of matrix metalloproteinase, TIMP-1)的表达,以了解其在外侧胫骨平台软骨退变中的作用机制,为PCL损伤是否对外侧胫骨平台产生影响提供理论依据。第一章后交叉韧带功能性分束的生物力学实验研究目的探讨PCL的各纤维束的生物力学特性及其相应的功能及分类,为后续实验及临床工作提供理论依据。方法12具新鲜成人尸体膝关节标本,依据PCL在膝关节中的空间位置将PCL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1000N轴向载荷下,分别测试膝关节0°、30°、60°、90°状态下测PCL各纤维束应变。比较各束应变的差异,采用样品聚类方法进行分类结果1、膝关节0°位,PCL后内侧束、后外侧束应变均大于前内侧束、前外侧束应变,有显著性差异,P<0.05；前内侧束与前外侧束应变无显著性差异,P>0.05；后外侧束与后内侧束应变无显著性差异,P>0.05°30°、60°和90°位,PCL前内侧束、前外侧束应变均大于后内侧束、后外侧束应变,有显著性差异,P<0.05；后内侧束与后外侧束应变比较无显著性差异,P>0.05；前内侧束与前外侧束应变比较无显著性差异,P>0.05。2、前外侧束与前内侧束应变变化一致,依序0°、30°、60°、90°逐渐增大,均有显著性差异,P<0.05。3、聚类分析：后内侧束与后外侧束归为一类,前内侧束与前外侧束归为一类。结论(1)PCL止点各区纤维束在膝关节屈伸过程中始终处于张力状态。(2)后交叉韧带内存在不同功能的纤维束,前内侧区纤维束和前外侧区纤维束可能在维持膝关节屈曲稳定性起作用,后内侧区纤维束和后外侧区纤维束可能在维持膝关节伸直稳定性起作用。(3)结合聚类分析结果,聚类两束在PCL股骨止点一内一外的解剖特点,PCL可分为后内侧束、前外侧束。第二章后交叉韧带断裂对外侧胫骨平台生物力学的影响目的探讨PCL断裂对外侧胫骨平台生物力学的影响。方法新鲜正常成人膝关节标本12具作为PCL完整组,在200N、400N、600N、800N、1000N载荷下,测试膝关节0°、30°、60°、90°位外侧胫骨平台前部、体部和后部的应变,测试完毕后随机将标本造模成前外侧束(anterolateral bundle, ALB)断裂组和后内侧束(posteromedial bundle, PMB)断裂组,各6具,在上述条件下测试,最后再将12具标本的PCL完全切断进行测试。结果1.膝关节0°位,在200N和400N载荷下,外侧胫骨平台前部、体部和后部应变在PCL完整组和ALB切断组无明显差异,全断组和PMB切断组无明显差异,P>0.05；在600N、800N和1000N时,各实验组之间应变绝对值有显著差异,P<0.05,在前部和体部全断组>PMB切断组>ALB切断组>完整组；在后部,全断组<PMB切断组<ALB切断组<完整组。2.膝关节30°位,在200N和400N载荷下,外侧胫骨平台各部位应变在完整组和PMB切断组无明显差异,全切断组和ALB切断组无明显差异,P>0.05；在600N、800N和1000N时,各实验组之间应变有显著差异,P<0.05,在前、体部,其绝对值表现为全断组>ALB切断组>PMB切断组>完整组,在后部,其绝对值表现为全断组<ALB切断组<PMB切断组<完整组。3.膝关节60°、90°位,相同载荷下各实验组应变之间有显著差异,P<0.05,在前、体部,应变绝对值表现为全断组>ALB切断组>PMB切断组>完整组,在后部,完整组、PMB切断组为压应变,其绝对值表现为完整组>PMB切断组,全断组、ALB切断组为拉应变,其绝对值表现为全断组>ALB切断组。结论1.PCL断裂,在不同载荷和角度下,会引起外侧胫骨平台力学负荷分布异常。2.在200N和400N载荷下,ALB切断在膝关节0°位和PMB切断在膝关节屈曲30°位对外侧胫骨平台各部的应变均无影响。3.在600N、800N和1000N载荷下,ALB切断在膝关节0°位和PMB切断在膝关节屈曲30°位对外侧胫骨平台各部的应变均有影响。4.PCL完全性断裂会引起膝关节各个角度和载荷下外侧胫骨平台各部力学负荷异常。5.在各实验载荷下,ALB切断在屈膝30°60°、90°位和PMB切断在膝0°位对外侧胫骨平台各部的应变均有影响。第三章后交叉韧带断裂外侧胫骨平台退变组织学研究目的探讨PCL断裂对外侧胫骨平台组织学的影响。方法48只膝关节配对为实验侧和对照侧,实验侧行PCL切断造模,造模后第4、8、16、24周各随机处死12只,行外侧胫骨平台大体观察,并进行HE染色,免疫组化检测基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase-13,MMP-13).基质金属蛋白酶抑制剂1(Tisse inhibitor-1 of matrix metalloproteinasel,TIMP-1)表达。结果1.大体观察,随时间延长,实验组外侧胫骨平台软骨出现磨损,呈灰黄色,弹性差,骨赘形成。2.组织学观察,随时间延长,胫骨平台软骨纤维化,细胞排列紊乱,簇聚细胞出现频率增加。3.实验组MMP-13、TIMP-1表达均高于对照组,有显著性差异,P<0.05。4.实验组MMP-13表达阳性率第4、8、16周逐渐升高,24周下降,各组比较有显著性差异,P<0.05。5.实验组TIMP-1表达阳性率第4、8、16周逐渐升高,24周下降,各组比较有显著性差异,P<0.05。结论1.PCL断裂会引起膝关节外侧胫骨平台软骨退行性变,且该退变随着时间的推移逐渐加重。2. MMP-13与TIMP-1在PCL断裂膝关节外侧胫骨平台中的表达呈现先高后低的变化规律,造成MMP-13与TIMP-1的失衡,加速软骨退变。3. MMP-13与TIMP-1表达增高提示MMP-13与TIMP-1可能参与了PCL断裂后外侧胫骨平台软骨的退变过程。