髌骨脱位后股骨滑车软骨改变的实验动物研究及髌骨脱位诊断与治疗的临床研究

发布时间：2020-11-13 12:54

　　 第一部分髌骨脱位后股骨滑车软骨改变的实验动物研究目的:髌骨脱位是骨科临床常见的疾患,病因主要包括髌周骨性结构的异常或软组织调控力量的紊乱。文献报道股骨滑车发育不良作为髌周骨性结构的异常中常见的一种表现,是导致髌股关节不稳的重要原因之一。然而,我们之前的研究打破上述传统观点,应用动物模型证明了早期髌骨不稳可诱发股骨滑车发育不良。与此同时,我们也证明可以通过手术脱位髌骨得到滑车发育不良模型,并为股骨滑车发育不良的研究提供理想的动物模型。近年来,wnt/β-catenin通路已经被证明可以通过抑制软骨形成和刺激软骨细胞肥大来调节关节软骨的形成与损伤,然而,关于滑车发育不良早期是否存在软骨破坏以及关节软骨损伤的分子机制尚不清楚,此外,关于β-catenin通路是否影响滑车发育不良的早期软骨损伤也未曾报道过。因此,本研究将通过免疫组织化学,Western blot和定量(q)RT-PCR比较兔滑车发育不良与对照组软骨中β-catenin的表达,揭示滑车发育不良早期β-catenin与软骨损伤之间的关系。方法:实验动物为一月龄新西兰白兔60只,体重为290-320g。实验动物被随机分为两组:实验组(N=30),对照组(N=30)。实验组动物在0周时接受髌骨脱位手术,而对照组动物在0周时只切开缝合皮肤,不做髌骨脱位处理,术后4周作为结果测量时间点。术后结果检测主要包括1)CT检查股骨滑车发育情况,测量指标包括股骨滑车沟角、股骨滑车宽度和深度;2)大体检查,评估并记录股骨滑车和软骨的大体形态改变;3)软骨HE染色;4)软骨甲苯胺蓝染色;5)β-catenin免疫组织化学染色;6)Western blot,检测β-catenin及基质金属蛋白酶(MMP)-13的蛋白表达情况;7)qRT-PCR,检测β-catenin及基质金属蛋白酶(MMP)-13的基因表达情况。结果:1.髌骨脱位引起股骨滑车发育不良:术后4周CT结果显示,实验组兔股骨滑车沟角大于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05),实验组兔股骨滑车沟宽度大于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05),实验组兔股骨滑车沟深度大于对照组,两组比较差异具有统计学意义(P0.05)。大体观,实验组兔股骨滑车沟与对照组比较明显增宽变浅,尤其是股骨滑车外侧面斜度降低,股骨滑车软骨出现明显的粗糙改变。2.股骨滑车发育不良早期出现软骨损伤:对照组兔股骨滑车软骨的HE染色结果显示软骨四层结构清晰可辨,细胞大小均匀:表层细胞呈梭形,纵向排列,移行层细胞呈圆形且稀疏分散,辐射层中的细胞呈圆柱形,钙化层中的细胞相对较大且疏松分散。ECM甲苯胺蓝染色未见明显损伤。而在实验组中,四层软骨不能被识别,并且HE染色时细胞大小不规则。ECM甲苯胺蓝染色不均匀。为了确定股骨滑车发育不良模型中的软骨退行性改变,我们通过q RT-PCR和Western blot在来自两组的关节软骨中检测MMP-13(早期软骨退化的标志物)。股骨滑车发育不良模型组MMP-13mRNA表达增高,与对照组相比差异具有统计学意义(P0.05)。这些结果显示在股骨滑车发育不良的早期观察到了软骨退行性改变。3.股骨滑车发育不良模型中滑车软骨细胞β-catenin mRNA表达增加:为了研究β-catenin在股骨滑车发育异常软骨中的变化情况,我们应用免疫组织化学,qRT-PCR和Western blot检测β-catenin的表达。免疫组化结果显示实验组术后4周β-catenin表达增高。qRT-PCR结果显示,软骨内β-catenin基因转录水平显著提高(P0.05),Western blot结果同样显示β-catenin蛋白在实验组表达增高。因此,上述结果证明β-catenin在股骨滑车发育不良的软骨中被激活。考虑到该模型中MMP-13的mRNA表达增高,这些结果表明β-catenin的激活可能导致了软骨细胞的早期退化。结论:本实验初步证实了髌骨脱位后软骨内β-catenin通路被激活,从而导致股骨滑车软骨细胞及软骨基质的损伤并可能累及骨形态的改变。此外,该实验结果为我们进一步研究股骨滑车发育不良的机制提供了模型及理论基础。第二部分关于髌骨不稳力线指标的临床研究目的:髌骨不稳是骨科临床常见疾病,约占膝关节损伤的2%-3%,在青少年人群中具有较高的发病率,10-17岁患者的发病率为29/100000,而女性的发病率可达104/100000。伸膝力线异常是导致髌股关节不稳的临床常见的重要原因之一,评估髌股关节力线的指标主要包括Q角、胫骨结节-股骨滑车沟间距(TTTG)等。近年来Q角及TTTG间距的可靠性和有效性受到质疑。当Q角正常时同样可能存在伸肌装置力线不良,因为在髂前上棘、髌骨中心、胫骨结节为顶点的三角形中,髂前上棘、胫骨结节两点是固定的,而髌骨中心可以移动,所以当髌骨处于脱位状态时,Q角可能仍在正常范围内。TTTG间距的变化对轴向扫描方向的变化具有敏感性而导致结果不稳定。因此,本研究的目的是提出一种新的髌股关节力线的测量方法,用以避免Q角和TTTG间距的缺点并准确评估髌股关节不稳。方法:本研究分为2组,从2014年到2016年,我科收治的49位复发性髌骨脱位患者作为脱位组,既往有膝关节手术史者被排除在外;同时,我们招募了40位志愿者作为对照组,所有志愿者均无髌股关节不稳病史。骨性Q角的测量:患者取仰卧位进行CT扫描,膝关节完全伸展,股四头肌松弛,双脚中立位。由髂前上棘经膝关节至胫骨近端轴向扫描。CT扫描图像以DICOM3格式保存,转移到个人计算机,并用3D图像处理程序软件Mimics V17.0进行重建。我们在图像上选取三个骨性标志,即髂前上棘、股骨通髁轴横断面的滑车沟最低点及胫骨结节最高点。然后将上述三点连线,两直线的夹角即骨性Q角。传统Q角的测量:患者取仰卧位,膝关节完全伸直,股四头肌松弛,双脚中立位。应用标记笔在患者体表分别标记髂前上棘、髌骨中心及胫骨结节最高点。最后应用手动测角仪进行角度测量。数据采用SPSS13.0软件进行统计学分析(IBM,Armonk,NY),两组间的差异应用T检验进行分析,P0.05认为有统计学意义。结果:1.各组患者人口统计学资料无统计学差:脱位组中有14位患者(28.5%)合并股骨滑车发育不良,18位患者(36.7%)合并内侧髌股韧带功能障碍,5位患者(10.2%)合并有髌骨高位,9位患者(18.4%)出现早期髌股关节炎。对照组中有6膝(15%)有轻度股骨滑车发育不良(I/II),5膝(12.5%)有轻度的内侧髌股韧带功能不良,1膝(2.5%)出现早期髌股关节炎。2.骨性Q角的诊断有效性优于传统Q角:脱位组的传统Q-角平均值为16.2o,对照组的传统Q-角平均值为15o,两组比较差异无统计学意义(P=0.102)。而脱位组的骨性Q-角平均值为28.6o,而对照组的骨性Q-角平均值为21.1o,两组比较差异有统计学意义(P0.001)。3.两位测量者之间的角度测量值差异无统计学意义。结论:本研究初步提出并验证了一种新的髌股关节力线的评估指标-骨性Q角。基于现有的研究数据,我们认为骨性Q角即可以体现髌骨所受的外侧矢量合力,又不会受到股四头肌等软组织的干扰,是髌骨不稳诊断与治疗效果的理想评估指标。第三部分基于内侧髌股韧带损伤类型的髌骨脱位治疗的临床研究目的:急性髌骨脱位是青少年常见的膝关节损伤之一,常常合并内侧髌股韧带(Medial Patellofemoral Ligament,MPFL)的损伤。然而,其治疗仍然存在争议。目前,学者们认为造成急性髌骨脱位治疗争议的重要原因之一是不能正确的分辨内侧髌股韧带的损伤类型。我们先前的研究根据内侧髌股韧带与股内侧斜肌的关系将内侧髌股韧带分为重叠区和非重叠区两个功能分区,基于该功能分区,又将内侧髌股韧带的损伤类型分为重叠区损伤、非重叠区损伤和联合损伤,之后,我们又证明了保守疗法可以使内侧髌股韧带重叠区的损伤得到有效的治疗,并且可以使患者获得满意的临床效果。因此,我们认为内侧髌股韧带非重叠区的损伤由于失去了股内侧斜肌的附着而不能通过保守治疗获得满意的临床效果。本研究的目的是评估基于新的内侧髌股韧带损伤类型的髌骨脱位的临床治疗选择。本研究的假设是手术治疗可以改善内侧髌股韧带非重叠区损伤髌骨脱位的髌骨稳定性和主观髌股关节功能评分。方法:本研究回顾性分析2008年10月至2011年11月中应用手术与非手术方法治疗急性髌骨脱位的62例患者的资料。患者根据其出生时间被随机分为2组:手术治疗组30例(奇数年出生),保守治疗组32例(偶数年出生)。每位患者入院时都接受影像学评估包括前后位和侧位膝关节x线片,并用MRI检查确定MPFL损伤分类。所有MRI均由两名经验丰富的骨科医师进行分析,并于伤后3周内完成,如果出现任何争议,该MRI将由运动医学专家会进行审查并作出最后的诊断。保守治疗组:手法复位脱位的髌骨时要特别注意继发性股骨或髌骨软骨的损伤。复位前后仔细观察膝关节正侧位x线平片以排除关节内游离体的可能,一旦发现关节内游离体应该及时行关节镜手术进行清除。关节内血肿可以通过关节穿刺进行清除,因为其可能引起疼痛并干扰体格检查,必要时可行多次关节穿刺术。膝关节支具固定至少3周,在此期间,患者开始膝关节屈伸运动,其运动范围限制在60度。此外,患者被允许在拐杖的辅助下部分负重;手术治疗组:患者取仰卧位,并于麻醉起效后对髌骨的活动度进行评估。首先建立标准的膝关节镜前内和前外侧入路,之后进行诊断性的关节镜检查,检查股骨滑车、髌股关节软骨是否存在损伤情况,髌骨运动轨迹以及髌骨活动度。检查并记录伴随的关节软骨损伤情况,并处理伴随的半月板及关节软骨损伤,根据术中情况行外侧支持带松解术。将股骨内侧髁最高点和股骨内收肌结节之中点稍后侧初步选定为股骨附丽点,在此处的皮肤切开一长约3cm的切口,应用止血钳钝性分离至内侧髌股韧带指点处,并显露撕裂的断端。之后,使膝关节处于伸直位,将锚钉拧入股骨内侧髁最高点和股骨内收肌结节之中点稍后侧,然后应用止血钳夹住断端,然后伸屈膝关节,进行动态观察。评价方法:⑴手法检测重建后的内侧髌股韧带张力;⑵镜下观测伸膝位时髌股关节静态对合关系;⑶镜下观察伸屈活动时髌股关节动态对合关系及髌骨运动轨迹。根据评价情况调整移植肌腱的张力,直至获得满意的髌股对合关系和内外侧软组织平衡,最后应用锚钉线将断裂的股骨侧内侧髌股韧带稳固地缝合。冲洗伤口并逐层缝合。数据采用SPSS13.0软件进行统计学分析(IBM,Armonk,NY)。应用Kolmogorov-Sminov test来检测数据的正态性分布。T检验来分析参数变量,Chi-square test来分析计数资料。P0.05认为有统计学意义。结果:1.各组患者人口统计学资料差异无统计学意义:所有患者均被诊断为急性髌骨脱位,包括髌骨外侧移位史,体格检查显示内侧支持带有压痛,受伤膝关节积液或关节积血,以及阳性的髌骨恐惧试验。在所有62例患者中,有两例由于患有严重的股骨滑车发育不良,3例由于TTTG间距大于20mm而被排除在外,一位患者在随访过程中失联,最后接受完整随访的患者为56例,其中保守治疗组26例,手术治疗组30例。保守治疗组6例患者(23.1%)和5例(16.7%)手术治疗组患者合并有骨软骨损伤,组间比较无统计学意义。保守治疗组1例患者(3.8%)和1例(3.3%)手术治疗组患者由于发现游离体而行关节镜下游离体取出手术,组间比较无统计学意义。2.保守治疗组与手术治疗组的主观问卷结果差异无统计学意义:保守治疗组主观问卷结果:优2例(7.7%),良8例(30.8%),好10例(38.5%),差6例(23.1%);手术治疗组主观问卷结果:优10例(33.3%),良14例(46.7%),好4例(13.3%),差2例(6.7%),两组比较无统计学意义(P0.05)。3.保守治疗组与手术治疗组髌骨不稳的复发率差异无统计学意义:保守治疗组髌骨再脱位率为11.5%,髌骨半脱位复发率为15.4%,而手术治疗组的髌骨再脱位率为3.3%,髌骨半脱位复发率为6.7%,两组比较无统计学意义(P0.05)。4.手术治疗组的Kujala评分及CT评估结果优于保守治疗组:两组Kujala评分分别为80.19±5.07和93.57±4.03,组间比较有统计学差异(P0.001)。术后病人行屈膝300的膝关节CT平扫,两组之间的髌骨倾斜角分别为8.96±1.64和6.83±1.44,组间比较有统计学差异(P0.001);两组之间的髌骨外移度分别为11.08±1.99和9.23±1.96,组间比较有统计学差异(P=0.001)。结论:本研究通过临床随访对比手术和保守治疗合并内侧髌股韧带非覆盖区损伤的急性髌骨脱位,指出手术治疗方法可以降低术后髌骨不稳的发生率,提高膝关节的功能。本研究提出治疗急性髌骨脱位的原则:髌骨脱位后及时常规行膝关节MRI,并确定是否存在内侧髌股韧带损伤及其损伤类型,对于合并有内侧髌股韧带非覆盖区损伤的急性髌骨脱位应该及时行手术治疗。
【学位单位】：河北医科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R68
【部分图文】：

图 1 对照组与实验组的股骨滑车大体观察Fig.1 Gross anatomy of the femoral trochlea in control group (A) andexperimental group (B) four weeks after the surgery.A B

27A B图 4 对照组与实验组股骨滑车软骨 MMP-13 的表达Fig.4 High expression of MMP-13 in trochlear cartilage.A: MMP-13 mRNAexpression was significantly higher in experimental group; B: Visualizationresults of expression of MMP-13 protein in both groups under Western-blot.

图 3 对照组与实验组股骨滑车软骨甲苯胺蓝染色(200x)Fig.3Amicroscopic view of femoral trochlea four weeks after the surgeryToluidine blue staining in control group (A) and experimental group (B).MMP-13*
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本文编号：2882212