慢性外侧踝关节不稳中软骨损伤机制的生物力学研究

Ankle sprain is one of the most common joint injuries in daily life and sport activities, about 10-20% population of acute ankle sprain patients are likely to develop chronic ankle instability symptoms, result in sprain---instability---recurrent sprain loop, therefore patients would get osteochondral lesions and degeneration, which could severely affect patients’ life. In recent research, dynamic loading on osteochondral was found to be the main factor on cartilage injury. However, the dynamic loading of chronic ankle instability is unclear, how mechanical instability and functional instability interplay each other is undefined, traumatic injury and repetitive micrortauma is under controversial, so the treatment of chronic ankle instability is unsatisfactory. Based on our previous work, we plan to conduct human movement analysis and develop foot-ankle-cartilage finite element model platform, to systematically explore the relationship between cartilage injury and dynamic loading. The finding would benefit understanding of chronic ankle instability and its progress mechanism, more important, build up prevention method for chronic ankle instability symptom, offer the theory to cure degeneration of cartilage injury, and would help to develop novel rehabilitation device and lateral ligament reconstruction surgical procedure, lead to better management of chronic ankle instability.

踝关节扭伤是日常生活和运动中最常见的关节损伤之一，约有10-20%的急性扭伤会演变成慢性踝关节不稳，形成扭伤—不稳—再次扭伤的恶性循环，从而导致软骨病理性损伤退变，长期严重影响患者生活质量。最近研究发现关节动态载荷是影响软骨损伤的主要因素，但目前踝关节不稳中软骨的动态载荷不明，踝关节机械性不稳与功能性不稳如何相互影响的动态机制缺乏有效研究手段，软骨冲击性创伤还是疲劳性损伤占主导仍存争议，导致慢性踝关节不稳的临床治疗效果始终不明确。基于前期研究工作基础，我们拟通过人体运动分析和动态足-踝-软骨模型平台，对踝关节不稳中软骨损伤动态机制进行宏观和细观两个尺度的深入研究，系统性地探讨软骨损伤与动态载荷的机制，这将不仅有助于增强对踝关节不稳发生机制的理解，更重要的是加深了对慢性踝关节不稳的预防，为治疗踝关节软骨损伤退变提供理论支撑，有利于发展新式康复器械及手术方法，打破慢性踝关节不稳的恶性循环。

踝关节扭伤是日常生活和运动中最常见的关节损伤之一，急性扭伤往往会演变成慢性踝关节不稳，形成扭伤—不稳—再次扭伤的恶性循环，从而导致软骨病理性损伤退变，发展成踝关节炎，长期严重影响患者生活质量。.我们研究课题围绕足-踝-软骨有限元模型平台和足踝损伤小鼠动物平台的建立，对踝关节不稳中软骨损伤动态机制进行宏观和细观两个尺度的深入研究，系统性地探讨软骨损伤机制并提供了详实地科学实验和数值仿真依据，增强了对踝关节不稳发生机制的理解，更重要的是加深了对慢性踝关节不稳的预防，为治疗踝关节软骨损伤退变提供理论支撑，发展出新式康复器械及手术方法，将有利于打破慢性踝关节不稳的恶性循环。.我们从五个方面进行研究：1）宏观有限元模型研究：基于建立的三维有限元足-踝-鞋模型，分析了不同跟高情况下，对韧带拉应力的影响，发现随着后跟高度的增加，ATFL韧带拉应力显著增加，距骨软骨接触应力增大，踝关节平衡性降低，从而揭示踝关节扭伤及不稳的发病机制。2）微观有限元模型研究：基于软骨损伤模型，分析了不同裂痕角度情况下，对局部拉应力分布的影响，发现裂痕为45度的时候，裂痕尖端拉应力最大，从而揭示软骨损伤微应力环境改变对骨软骨退变的生物力学机制。3）宏观动物模型研究：通过建立外侧踝关节ATFL韧带和CFL韧带损伤的小鼠动物模型，研究了小鼠动物模型足印步态改变情况，平衡木跌落和通过时间情况，发现外侧韧带严重损伤组，跌落次数显著增加，通过时间显著增加。4）微观动物模型研究：通过踝关节染色切片，关节扫描电镜和原子力显微镜观察软骨表面退变情况，得到外侧韧带中度损伤组，踝关节软骨退变显著，严重损伤组距下关节软骨也有显著退变情况。5）临床应用及相关研究：尽快恢复外侧踝关节的稳定性，对预防踝关节软骨退变有重要意义。临床上在镜下采用Brostrom—Gould术治疗慢性外侧踝关节不稳，能可靠恢复踝外侧的稳定性，可处理关节内病变，减轻疼痛，同时术后运动能力恢复快，近期疗效满意。