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關鍵詞】密度

【摘要】目的研究人髕腱密度與其生物力學的關系,尋找能于前交叉韌帶重建術前檢測髕腱移植物生物力學性質的方法。方法對20例不成對人體髕腱(男10例，女10例)進行單軸拉伸試驗,來研究供者性別及髕腱密度對其生物力學性質的影響,髕腱密度根據(jù)其所測得體積和質量計算出。結果髕腱的生物力學性質基于性別上的差異均無顯著性,而與其密度呈正相關。密度＞1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強度比質量密度＜1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。結論髕腱密度可以用來評價該髕腱的質量,因此，可利用術前測量活體內髕腱的密度來決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物。

【關鍵詞】髕腱；密度；移植物質量；生物力學性質

Themechanicalpropertiesofthehumanpatellartendoncorrelatedtoitsmassdensity

【Abstract】ObjectiveTostudytheeffectsoftissuemassdensityonthemechanicalpropertiesofthepatellartendonandfindoutpredictorsofthemechanicalpropertiesofthepatellartendon,usedasgraftsinanteriorcruciateligamentreconstructionsurgeries.MethodsUniaxialtensiontestswereperformedtodeterminetheeffectsofdonorsexandmassdensityofthetissueonthemechanicalpropertiesoftwentyunpairedhumanpatellartendons(10maleand10female).Massdensityofthepatellartendonwasdeterminedbymeasuringitsvolumeandmass.ResultsNoevidenceofsex-baseddifferencesinanyofthemechanicalpropertiesofthepatellartendonwasfound.Themechanicalpropertiesofthepatellartendonweresignificantlycorrelatedtoitsmassdensity.Thetensilestrengthweresignificantlyhigherforthosepatellartendonshavingamassdensitygreaterthan1.68g/cm3.ConclusionThemassdensityofthepatellartendonmaybeconsideredasanindicatorofmechanicalpropertiesofthepatellartendonorgraftquality.Invivomeasurementofthemassdensityofthepatellartendon,priortosurgery,canbeusedtodecideifaparticularACLreconstructionshouldbecarriedoutwithanallograftoranautograft.

【Keywords】patellartendon；massdensity；graftquality；mechnicalproperties

自體髕腱復合體曾被作為移植重建前交叉韌帶的金標準，目前仍為外科醫(yī)生重建手術的首選。學者們對髕腱的生物力學性質進行了廣泛研究，希望找到能于移植前有效評價移植腱質量的客觀變量，為臨床選擇肌腱提供依據(jù)。筆者對人髕腱的密度及其生物力學性質進行研究，希望確定供體髕腱密度對其生物力學性質的影響。

1資料與方法

1.1一般資料從國人新鮮尸體中獲取20例不成對的膝關節(jié)（男10例，女10例），冷凍在-20℃，直到試驗日為止。膝關節(jié)均在供者死亡后12h內冷凍。冷凍時間1～12個月不等。死者排除以下情況：（1）年齡＞50歲；（2）骨骼未發(fā)育完全者（女性＜16歲，男性＜19歲）；（3）有膝關節(jié)手術史；（4）有膝關節(jié)炎病史。在取髕腱標本之前，先將膝關節(jié)在室溫中解凍。將髕腱連同全部髕骨和脛骨的一部分（包含有脛骨結節(jié)）從膝關節(jié)中分割出來。脛骨部分修整成楔形，取髕腱的中央部分（平均5mm寬），用手術刀沿著腱束的長軸將腱的內外側修理成直的平面。小心操作以避免將腱束橫行切斷。用游標卡尺在不同截面測量髕腱的寬和厚，取其均值，并測量髕腱的長，用以計算髕腱的體積。

1.2使用儀器將樣本安裝在DCS-25T電子萬能試驗機（日本島津）上，進行單軸拉伸試驗，拉伸速度為30mm/min。以3033型X-Y函數(shù)記錄儀（四川儀表制造廠）記錄載荷―變形曲線，并進行分析，得出最大載荷、衰竭應變及彈性模量。

1.3計算樣本密度力學測試完畢后將樣本的腱性部分從骨的附著點上分離出來，稱重。根據(jù)前面算出的體積計算出每個樣本的密度。

1.4統(tǒng)計學方法采集所有數(shù)據(jù)，應用t檢驗來比較不同性別來源的髕腱的力學性質，進行相關性分析來判斷髕腱密度與生物力學性質間的關系。將樣本根據(jù)密度排列,再隨機選擇其中一個密度作為標準,將其上、下兩組樣本的生物力學指標用t檢驗分析,重復這個過程，檢驗是否存在一個密度值,比這個密度值大的樣本與比這個密度值小的樣本相比，其生物力學強度要高。

2結果

樣本的平均截面積是19.47mm2（SD8.72），髕腱的平均長度是47.83mm(SD3.78),男性髕腱平均長49.22mm(SD3.42),比女性髕腱［平均46.44mm(SD3.76）］稍長一些（P=0.05）。髕腱組織混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD0.47)。男性髕腱的密度（1.68g/cm3）和女性髕腱的密度（1.54g/cm3）之間差異無顯著性（P=0.23）,所測得密度范圍為0.81～2.57g/cm3。

髕腱的力學性質不依賴于供體的年齡和性別。在最大抗張強度（P=0.62,）、最大應變（P=0.61）、彈性模量（P=0.57）方面基于性別上的差異均無顯著性。因為性別和年齡對髕腱力學性質沒有任何影響，所以將樣本混合起來做密度的相關分析。樣本的最大抗張強度與其密度相關（r=0.57,P<0.02）。髕腱的彈性模量也與其密度呈正相關，盡管其相關性較弱，但亦有統(tǒng)計學意義（r=0.44,P<0.05）。衰竭應變與其密度無相關性（r=-0.25,P>0.1）。連續(xù)采用t檢驗分析顯示密度＞1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強度比質量密度＜1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。

3討論

本研究中，組織密度被作為變量進行相關性分析，通過測量其密度，就去除了組織大小對相關性分析的影響。我們發(fā)現(xiàn)在髕腱的生物力學性質與密度之間高度相關。較大的組織密度可能意味著較多的膠原堆積在組織中，產生較大的生物力學強度。WooSL［1］發(fā)現(xiàn)經?；顒拥呢i的伸趾肌腱質量和膠原含量增加，其最大抗張強度顯著增加。但其未做肌腱生物力學和其質量的相關性研究。我們發(fā)現(xiàn)了髕腱組織的一個密度值（1.68g/cm3），大于這個密度的髕腱群體，其生物力學強度顯著要高。因為高于或低于這個髕腱密度值的供者的平均年齡非常接近，所以年齡不會導致髕腱的生物力學的差異。這與Flahiff［2］報道的結果一致。

在以前的研究中，諸如樣本大小、組織儲藏方法、組織的測試條件、樣本的截面積和力學測試方法等因素都被認為是很重要的因素，并且各實驗間各不相同［3］，因此，難以做具體數(shù)據(jù)上的比較。文獻報道［3］，測試過程中對樣本進行鹽水浴，讓液體從腱組織滲出，能產生更大的強度和硬度。一些研究人員觀察了髕腱生物力學的差異，猜測可能有某些內在或外在的因素與此差異性有關。例如，F(xiàn)lahiff［2］認為重量、活動量、健康及飲食能影響髕腱的力學性能，雖然Beynnon［4］陳述軟組織內在的未知生物學因素能導致肌腱力學性能的差異?；谖覀兊难芯浚x腱的密度似乎是這種差異的一個原因。

本研究最有意義的成果是，髕腱密度可以用來評價該髕腱的質量。這個發(fā)現(xiàn)在臨床上將具有重要意義。有些學者［4］認為，在重建手術進行之前預測自體移植物的生物力學性能很重要。他們報道移植物移植后有不同程度的伸長，導致手術5年后過度的膝關節(jié)前后松弛。這些研究人員也主張,因為重建術后難以立即測量移植物的伸長量，所以有一種能預測自體移植物的生物力學性質的簡單指示器是非常必要的。基于我們的研究，自體移植物的密度能被用來預測包括彈性模量在內的生物力學性質?，F(xiàn)代影像技術如CT掃描能無創(chuàng)測量移植組織的密度。利用一條組織密度與CT值的標準曲線就可以從CT掃描中得到組織密度。因此，可利用術前測量活體內髕腱的密度來決定該前交叉韌帶重建是用異體移植物還是自體移植物為好。

這里得出的結果不能應用到異體移植物。因為重建術前異體移植物經過了射線照射和凍干處理。

【參考文獻】

1WooSL,GomezMA,AmielD,etal.Theeffectsofexerciseonthebiomechanicalandbiochemicalpropertiesofswinedigitalflexortendons.JBiomechEng，1981,103：51-56.

2FlahiffCM,BrooksAT,HollisJM,etal.Biomechanicalanalysisofpatellartendonallograftsasafunctionofdonorage.AmJSportsMed，1994,23：354-358.

3HautRC,PowlisonAC.Theeffectsoftestenvironmentandcyclicstretchingonthefailurepropertiesofhumanpatellartendons.JOrthopRes，1990，8：532-540.

4BeynnonBD,UhBS,JohnsonRJ,etal.Theelongationbehavioroftheanteriorcruciateligamentgraftinvivo.Along-termfollow-upstudy.AmJSportsMed，2001,29：161-166