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滚压载荷下有无缺损关节软骨的力学性能研究

中国组织工程研究 2018年第35期22卷 5631-5636页

作者：李志强高丽兰司雲朋张春秋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津市300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津市300384

背景:膝关节是人体运动的主要承重组织,也是临床上疾病的好发部位。滚压负载对膝关节软骨组织的生理、病理有较大影响,但目前对此研究较少。目的:通过新的滚压装置在控制不同的滚压速率、压缩量,在滚压次数最大为150次的连续加载下研究... 详细信息

背景:膝关节是人体运动的主要承重组织,也是临床上疾病的好发部位。滚压负载对膝关节软骨组织的生理、病理有较大影响,但目前对此研究较少。目的:通过新的滚压装置在控制不同的滚压速率、压缩量,在滚压次数最大为150次的连续加载下研究完整与缺损软骨的力学性能。方法:首先制备完整与缺损猪关节软骨试样,通过滚压装置控制不同的载荷条件。以非接触数字相关技术进行图像采集,观察滚压条件下完整及缺损软骨不同层区的应变情况。结果与结论:滚压载荷下,不管是完整软骨还是缺损软骨,都是浅表层区应变最大,深层区最小,中间层位于二者之间。软骨缺损附近的各层应变较完整软骨更大。随着压缩量的增加,缺损软骨在连续滚压载荷下缺损附近的应变变化也较大。滚压速率越大,到达最大稳定的应变也越快。提示不同滚压速率、不同压缩量和缺损都会影响膝关节软骨组织的力学性能,也使得软骨不同层区的力学性能表现不同。软骨缺损导致滚压载荷下软骨组织的变形增大,这可能会进一步加重软骨的损伤。

关键词：膝关节软骨完整缺损滚压速率压缩量应变不同层区数字化骨科软骨,关节生物力学组织工程

内翻畸形膝关节骨关节炎外侧间室软骨磨损的危险因素分析

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中华外科杂志 2015年第5期53卷 357-361页

作者：张启栋郭万首刘朝晖程立明张念非史振才岳德波王磊北京协和医学院研究生院 100730 中日友好医院骨关节外科

目的研究内翻畸形膝关节骨关节炎外侧间室软骨磨损病变特点,分析外侧间室软骨磨损的危险因素.方法前瞻性选取中日友好医院骨关节外科2013年1月至12月行全膝关节置换术治疗的内翻膝骨关节炎患者,收集患者临床资料,记录术中外侧间室软... 详细信息

目的研究内翻畸形膝关节骨关节炎外侧间室软骨磨损病变特点,分析外侧间室软骨磨损的危险因素.方法前瞻性选取中日友好医院骨关节外科2013年1月至12月行全膝关节置换术治疗的内翻膝骨关节炎患者,收集患者临床资料,记录术中外侧间室软骨状态,截骨标本进行病理学分析,分析外侧间室软骨磨损特点.根据调查资料,先进行单因素分析,有统计意义的变量进行多因素分析,分析外侧间室软骨磨损的危险因素.结果纳入研究患者共223例（286膝）,男性37例（47膝）,女性186例（239膝）;年龄50～ 86岁,平均（66±8）岁;体重指数18.0 ～40.0 kg/m^2,平均（27±5）kg/m^2.患者术前双下肢负重全长正位X线片示膝关节内翻1°～34°,平均（8±4）°.关节活动度0°～143°,平均（103 ±21）°.膝关节美国特种外科医院（HSS）评分29 ～ 76分,平均（53±12）分.60例（75膝）发生外侧间室磨损,外侧间室软骨磨损比例占26.2％.单因素分析,外侧间室磨损与年龄、性别、左右侧、关节活动度、HSS评分无关（P＞0.05）,而与病程、内翻角度、劳动强度、外侧半月板完整性、前交叉韧带完整性、外侧副韧带稳定性、影像学分级、内侧间室软骨Weidow分级有关（P＜0.05）.Logistic多因素回归分析结果显示,劳动强度（OR=2.843,95％ CI：1.010 ～8.002）、病程（OR=1.216,95％ CI：1.115 ～1.325）是中老年膝关节外侧间室软骨磨损的危险因素,外侧半月板完整（OR=0.012,95％ CI：0.003～0.048）、前交叉韧带完整（OR=0.406,95％ CI：0.192 ～0.857）是膝关节外侧间室软骨的保护性因素.结论仅有小部分内翻膝骨关节炎患者存在外侧间室软骨磨损,其中,重劳动强度、病程长是外侧间室软骨磨损的危险因素,而外侧半月板、前交叉韧带完整是保护因素.

关键词：骨关节炎,膝关节成形术,置换,膝膝内翻软骨,关节危险因素

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膝关节牵伸术修复膝关节软骨的研究进展

中国骨伤 2022年第12期35卷 1200-1206页

作者：彭翼许超张彬俞益康刘铮涂冬鹏浙江中医药大学附属第二医院骨伤科浙江杭州310005

膝关节牵伸术是近年来治疗膝骨关节炎的新技术,它能减轻膝关节疼痛和改善膝关节功能,这与其修复软骨的作用密不可分。膝关节牵伸术修复软骨的作用机制和影响因素作为当前研究的热点,本文通过回顾文献发现,膝关节牵伸术能减轻膝关节负荷... 详细信息

膝关节牵伸术是近年来治疗膝骨关节炎的新技术,它能减轻膝关节疼痛和改善膝关节功能,这与其修复软骨的作用密不可分。膝关节牵伸术修复软骨的作用机制和影响因素作为当前研究的热点,本文通过回顾文献发现,膝关节牵伸术能减轻膝关节负荷为软骨修复提供适宜的力学环境,引起的膝关节流体静水压波动不仅能帮助软骨吸收营养,还能促进软骨形成基因和抑制软骨基质降解酶基因表达。此外,膝关节牵伸术为滑液间充质干细胞募集到软骨损伤处创造了条件,并提升了滑液间充质干细胞增殖、分化为成软骨谱系的能力。膝关节牵伸术还能通过减少膝关节内部炎性因子含量和抑制炎性基因表达,减轻膝关节炎症反应和软骨损伤。目前已知的影响膝关节牵伸术修复软骨的因素包括适当增加膝关节负重活动、牵伸高度和牵伸时间有助于软骨修复,男性患者、膝关节炎严重程度更高的患者膝关节牵伸术后软骨修复效果更好。而膝关节牵伸术后第1年软骨修复疗效越好,预示着膝关节牵伸术保留膝关节的远期生存率越高。但目前对上述热点的研究只停留在初期阶段,仍需进行更深入的探索,才能对膝关节牵伸术的临床应用起到更好的指导。

关键词：膝关节软骨,关节骨关节炎,膝综述

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复合载荷条件下运动膝关节软骨的数值分析

中国组织工程研究 2019年第8期23卷 1208-1213页

作者：李进军门玉涛张春秋天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心天津市300384

背景:有报道通过建立软骨两相模型,数值模拟循环压缩载荷下固体基质的应变,在细胞水平上研究了机械刺激对关节炎的影响。但考虑软骨实际运动所受到变化的载荷和运动角度方面的研究较少。目的:揭示膝关节软骨的压缩、滚动、滑动或旋转以... 详细信息

背景:有报道通过建立软骨两相模型,数值模拟循环压缩载荷下固体基质的应变,在细胞水平上研究了机械刺激对关节炎的影响。但考虑软骨实际运动所受到变化的载荷和运动角度方面的研究较少。目的:揭示膝关节软骨的压缩、滚动、滑动或旋转以及复合载荷下的力学状态。方法:建立考虑钙化层、软骨下骨作用的关节软骨模型,使模型更接近完整的软骨天然生理结构。膝关节运动为胫骨平台与股骨远端的相对运动,简化为一刚化球体作用在平面软骨的几何模型。考虑屈伸、内/外翻及内/外旋转等运动特性,建立人行走时膝关节可实现复合载荷的三维有限元模型。研究膝关节软骨的压缩、滚动、滑动或旋转及复合载荷下的数值分析。结果与结论:(1)模拟步态过程中,关节软骨所受的最大应力区域分布在软骨下骨;(2)随着压缩过程的进行,Mises应力、应变与孔隙压力随压缩量的增大而增大,且增幅呈非线性减小的趋势;(3)结果发现,滚压载荷与总的复合载荷最为接近,可为组织工程体外功能化培养实验和方案的设计提供数据参考。

关键词：软骨,关节步态数值分析,计算机辅助组织工程关节软骨软骨组织工程复合载荷数值分析股胫关节膝关节运动复合载荷

富血小板纤维蛋白修复陈旧性负重位创伤性膝关节炎模型兔的软骨缺损

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中国组织工程研究 2019年第3期23卷 409-415页

作者：邹承达陈星光宿广昊张亚王晓东苏州大学附属儿童医院骨科江苏省苏州市215000

背景:富血小板纤维蛋白不仅具有抗感染及减轻炎症反应的作用,还能促进组织愈合和再生,其中所包含的多种细胞因子可以促进骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。目的:观察富血小板纤维蛋白对负重区域陈旧创伤性兔膝关节炎软骨缺损修复的效果... 详细信息

背景:富血小板纤维蛋白不仅具有抗感染及减轻炎症反应的作用,还能促进组织愈合和再生,其中所包含的多种细胞因子可以促进骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化。目的:观察富血小板纤维蛋白对负重区域陈旧创伤性兔膝关节炎软骨缺损修复的效果。方法:选取27只6月龄新西兰大白兔(苏州大学动物实验中心提供),参照Hulth法建立陈旧性负重位的创伤性兔膝关节炎软骨缺损(深3.0-4.0 mm,直径4 mm)。3周后,原手术切口进入,磨除陈旧缺损内纤维肉芽组织,将制备好的填充物填入缺口,共3个处理组,富血小板纤维蛋白组、骨髓间充质干细胞组、空白组。在修复缺损后4,8,12周,取出关节,进行大体观察和组织学观察,ICRS大体评分和Wakitani’s组织学评分进行修复效果的评估。结果与结论:①大体观察:植入后4,8,12周后,空白组软骨组织出现大范围磨损,纤维结缔组织和骨赘增生,关节腔出现粘连;富血小板纤维蛋白组缺损处外观光滑,新生组织与周边正常组织相似;骨髓间充质干细胞组的修复各阶段较富血小板纤维蛋白组差;②组织学变化:苏木精-伊红染色、阿利新蓝染色、番红O染色和Ⅱ型胶原免疫组化染色显示,富血小板纤维蛋白组兔膝关节软骨细胞逐渐增多,软骨细胞可见Ⅱ型胶原的表达;空白组软骨细胞出现全层退化;骨髓间充质干细胞组软骨细胞数量较少;③富血小板纤维蛋白组各个时间点的ICRS大体评分和Wakitani’s组织学评分明显优于空白组(P关节炎所致的负重位的陈旧软骨缺损,其修复能力显著优于单纯的骨髓间充质干细胞。

关键词：软骨缺损创伤性关节炎富血小板纤维蛋白骨髓间充质干细胞 Hulth法陈旧性 ICRS评分组织物填充组织构建骨关节炎,膝软骨,关节纤维蛋白组织工程

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关节软骨损伤早期诊断的研究进展

中华创伤杂志 2018年第5期34卷 469-476页

作者：刘钊万春友王明杰杨光张宁宁天津医科大学研究生院天津300070 天津医院矫形一病区

关节软骨为透明软骨，由于其缺乏血液供应和神经组织营养，导致自身修复能力较弱，损伤后难以愈合。多种运动障碍性疾病的早期病理改变都伴有关节软骨的损伤，软骨一旦损伤不予处理，将不可避免地造成更严重的关节软骨破坏，加速关节退... 详细信息

关节软骨为透明软骨，由于其缺乏血液供应和神经组织营养，导致自身修复能力较弱，损伤后难以愈合。多种运动障碍性疾病的早期病理改变都伴有关节软骨的损伤，软骨一旦损伤不予处理，将不可避免地造成更严重的关节软骨破坏，加速关节退变。因此，早期诊断软骨损伤是预防和延缓关节退变的关键。笔者从影像学检查、生物学标志物检查、关节镜检查三方面对关节软骨损伤的早期诊断作一综述，为临床早期软骨损伤的治疗提供依据。

关键词：软骨,关节关节镜早期诊断

膝关节骨关节炎患者关节软骨T1 rho的影响因素分析

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中国骨与关节杂志 2023年第10期12卷 721-727页

作者：卢世鑫张格日乐付庆鹏内蒙古兴安盟人民医院骨关节与运动医学外科乌兰浩特137400 内蒙古兴安盟人民医院心血管内科

目的探讨膝关节骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)关节软骨自旋晶格弛豫时间(the spin lattice relaxation in the rotating frame,T1 rho)影响因素分析。方法选取2019年3月至2021年5月,收治于我院的160例KOA患者设为实验组,另选取165名膝关节正常人群设为对照组,比较两组膝关节不同区域T1 rho值;将实验组患者(160例)按照T1 rho值的中位数(45.50 ms)分为T1 rho值>45.50 ms组(75例)和T1 rho值≤45.50 ms组(85例),比较两组患者的一般资料,多因素Logistic回归分析影响T1 rho值升高的危险因素;绘制箱式图分析关节软骨T1 rho值与患者ICRS级别和WORMS级别的关系,并绘制生存曲线分析T1 rho值对患者的预后影响。结果实验组患者各区域T1 rho值均明显高于对照组[股骨内侧深层:(49.89±6.08)vs.(40.22±2.21),t=19.167,P=0.000,浅层:(59.17±7.04)vs.(50.55±2.76),t=14.613,P=0.000,平均:(54.53±4.13)vs.(45.38±1.79),t=26.048,P=0.000;股骨外侧深层:(45.63±6.66)vs.(39.30±1.80),t=11.774,P=0.000,浅层:(59.54±10.35)vs.(53.39±1.34),t=7.568,P=0.000,平均:(52.59±6.46)vs.(46.35±1.16),t=12.207,P=0.000;髌骨内侧深层:(44.41±4.45)vs.(39.92±1.96),t=11.832,P=0.000,浅层:(54.67±5.38)vs.(51.31±1.39),t=7.760,P=0.000,平均:(49.54±3.24)vs.(45.61±1.09),t=14.745,P=0.000;髌骨中部深层:(44.18±7.31)vs.(39.47±2.15),t=7.931,P=0.000,浅层:(56.65±6.05)vs.(50.10±1.56),t=13.454,P=0.000,平均:(50.41±4.28)vs.(44.78±1.42),t=16.013,P=0.000;髌骨外侧深层:(42.82±4.31)vs.(39.45±1.86),t=9.199,P=0.000,浅层:(55.77±5.16)vs.(51.34±1.93),t=10.310,P=0.000,平均:(49.30±3.46)vs.(45.39±1.29),t=13.576,P=0.000;胫骨内侧深层:(40.23±3.12)vs.(31.76±2.38),t=27.568,P=0.000,浅层(47.03±4.79)vs.(40.52±3.24),t=14.390,P=0.000,平均:(43.63±3.96)vs.(36.14±2.81),t=19.711,P=0.000;胫骨外侧深层:(45.88±4.21)vs.(35.46±3.23),t=25.080,P=0.000,浅层:(50.23±5.32)vs.(42.16±3.56),t=16.116,P=0.000,平均:(48.06±4.77)vs.(38.81±3.40),t=20.178,P=0.000];多因素分析结果显示,蛋白多糖含量低、ICRS≥2级、WORMS>1级是影响患者T1 rho值升高的独立危险因素(P值分别为:0.001、0.012、0.002);箱式图分析结果显示,T1 rho值随ICRS级别和WORMS级别的升高而升高;生存曲线分析结果显示,T1 rho值>45.50 ms患者的预后不良率明显高于T1 rho值≤45.50 ms患者(Log-Rankχ^(2)=10.396,P=0.001)。结论KOA患者的T1 rho值与软骨缺损程度、骨髓病变程度有关,临床应重点关注患者T1 rho值变化情况,提高患者预后良好率。

关键词：骨关节炎,膝软骨,关节磁共振成像膝关节

补肾活血方联合人脐带血间充质干细胞修复小鼠膝关节软骨缺损的实验研究

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中医正骨 2023年第12期35卷 5-13,24页

作者：岑芊瑶刘江源曾庆贺温经渊吴丛姿王旭吴震金红婷陈佳丽浙江中医药大学第二临床医学院浙江杭州310053 浙江中医药大学骨伤研究所浙江杭州310053 浙江省立同德医院浙江杭州310012

目的:探讨补肾活血方联合人脐带血间充质干细胞(human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells,hUCB-MSCs)修复小鼠膝关节软骨缺损的效果及作用机制。方法:将24只10周龄雌性C57BL/6J小鼠随机分为对照组、模型组、hUCB-MSC... 详细信息

目的:探讨补肾活血方联合人脐带血间充质干细胞(human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells,hUCB-MSCs)修复小鼠膝关节软骨缺损的效果及作用机制。方法:将24只10周龄雌性C57BL/6J小鼠随机分为对照组、模型组、hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组,每组6只。除对照组外,其余3组均用针头在小鼠股骨髁滑车关节面上造一个直径0.45 mm、深1 mm的圆柱形缺损。分别于造模后第1周、第2周、第3周,向hUCB-MSCs组、补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠膝关节腔内注射10μL的hUCB-MSCs悬液(200个细胞·μL^(-1)),向对照组和模型组小鼠膝关节腔内注射10μL的生理盐水;各组小鼠均每周注射1次。造模后第2天,补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠给予补肾活血方浓缩液(20μL·g-1)灌胃,对照组、模型组和hUCB-MSCs组小鼠每天给予等量生理盐水灌胃;各组小鼠均每天灌胃1次,共4周。灌胃结束后第2天,脱颈处死各组小鼠,切取小鼠右侧膝关节,以Micro-CT观察小鼠膝关节软骨缺损区骨微结构;以阿尔新蓝-苏木素染色观察膝关节软骨缺损区软骨退变情况,并采用国际骨关节炎研究学会(Osteoarthritis Research Society International,OARSI)评分对关节软骨退变情况进行评估;采用免疫组织化学染色测定小鼠膝关节软骨缺损区软骨中Ⅱ型胶原蛋白α1链(collagen typeⅡalpha 1 chain,Col2a1)和基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13,MMP13)的表达量。结果:①小鼠膝关节软骨缺损区骨微结构观察结果。对照组、hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠膝关节软骨缺损区骨松质的骨密度均高于模型组(LSD-t=18.425,P=0.000;LSD-t=-10.186,P=0.000;LSD-t=-7.487,P=0.000),骨体积分数均高于模型组(LSD-t=7.242,P=0.002;LSD-t=-5.243,P=0.006;LSD-t=-5.441,P=0.006),骨小梁厚度均大于模型组(LSD-t=7.575,P=0.002;LSD-t=-10.005,P=0.002;LSD-t=-5.409,P=0.006),骨小梁数量均多于模型组(LSD-t=9.166,P=0.000;LSD-t=-10.014,P=0.000;LSD-t=-9.147,P=0.000),骨小梁分离度均小于模型组(LSD-t=-9.120,P=0.000;LSD-t=10.375,P=0.000;LSD-t=7.650,P=0.002);hUCB-MSCs组骨松质骨小梁数量少于对照组(LSD-t=3.027,P=0.039);其余各组之间两两比较,差异均无统计学意义。②小鼠膝关节软骨缺损区软骨退变情况观察结果。与对照组相比,模型组小鼠关节软骨退变明显;与模型组相比,hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠关节软骨退变较轻。对照组、hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠OARSI评分均低于模型组(LSD-t=-11.762,P=0.000;LSD-t=10.947,P=0.000;LSD-t=14.779,P=0.000),补肾活血方联合hUCB-MSCs组和对照组小鼠OARSI评分均低于hUCB-MSCs组(LSD-t=-5.635,P=0.005;LSD-t=-3.443,P=0.026),对照组小鼠OARSI评分低于补肾活血方联合hUCB-MSCs组(LSD-t=-5.914,P=0.004)。③小鼠膝关节软骨缺损区软骨Col2a1和MMP13表达量测定结果。对照组、hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠膝关节软骨缺损区软骨Col2a1阳性表达面积均大于模型组(LSD-t=9.863,P=0.000;LSD-t=45.990,P=0.000;LSD-t=-17.406,P=0.000),补肾活血方联合hUCB-MSCs组小鼠膝关节软骨缺损区软骨Col2a1阳性表达面积大于hUCB-MSCs组(LSD-t=3.623,P=0.022),补肾活血方联合hUCB-MSCs组和hUCB-MSCs组小鼠膝关节软骨缺损区软骨Col2a1阳性表达面积与对照组的差异均无统计学意义(LSD-t=-1.643,P=0.176;LSD-t=0.533,P=0.623)。对照组、hUCB-MSCs组和补肾活血方联合hUCB-MSCs组MMP13阳性细胞数占比均低于模型组(LSD-t=-14.299,P=0.001;LSD-t=9.688,P=0.001;LSD-t=15.638,P

关键词：膝关节软骨,关节小鼠软骨缺损间质干细胞脐带血补肾活血方骨微结构动物实验

业余马拉松运动员半程马拉松跑前跑后膝关节软骨的MRI T2^*值定量研究

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中华放射学杂志 2019年第10期53卷 808-812页

作者：张晏境张莉姚婉贞郑孝众张懿刘海龙丁建平杭州师范大学附属医院放射科 310015 西门子医疗系统有限公司上海200000

目的运用定量T2^* mapping探讨业余马拉松运动员半程马拉松运动对膝关节软骨的影响。方法招募20名男性3年以上跑龄的业余马拉松运动员,于半程马拉松跑前、跑后3 h内及跑后1周进行右膝关节T1WI、质子密度加权像(PDWI)、三维双回波稳态序... 详细信息

目的运用定量T2^* mapping探讨业余马拉松运动员半程马拉松运动对膝关节软骨的影响。方法招募20名男性3年以上跑龄的业余马拉松运动员,于半程马拉松跑前、跑后3 h内及跑后1周进行右膝关节T1WI、质子密度加权像(PDWI)、三维双回波稳态序列(3D-DESS)、T2^* mapping序列扫描。将膝关节软骨分为内、外侧股骨髁软骨,内、外侧胫骨平台软骨,髌软骨及滑车软骨6部分。以半月板的后缘为界,将股骨髁软骨分为中央负重区及后部非负重区;所有软骨再根据厚度1/2分为深层、浅层,勾画ROI得到相应区域的T2^*值。利用单因素重复测量方差分析比较跑步前后及跑后1周膝关节软骨的T2^*值变化,多组样本均数两两比较采用LSD法。结果膝关节所有软骨区域在检查过程中均未出现软骨缺损。与半程马拉松运动前相比,跑步后软骨区域浅层的T2^*值显著下降,差异具有统计学意义(t=5.145,P软骨区域T2^*值无明显变化(t=1.864,P>0.05);跑后1周复查,所有软骨区域的T2^*值与跑前相比,差异无统计学意义(t=1.062、0.309,P均>0.05)。结论单次半程马拉松之后,男性业余马拉松运动员的膝关节软骨成分改变是可逆的。在常规MRI无阳性发现的情况下,利用T2* mapping定量MRI技术能够间接反映关节软骨在运动过程中发生的生化成分改变。

关键词：运动损伤膝关节软骨,关节磁共振成像马拉松

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