γ射线照射与非照射人肌腱生物力学的比较研究
【摘要】 [目的]探讨目前国内外最普遍应用的“γ”射线照射消毒法对人肌腱生物力学的影响。[方法]将等长的24条肱二头肌肌腱长头配对分成两组，A组(12)：非照射组，B组(12)：经2.5Mrad“γ”射线照射组。采用WDW—3 020电子万能材料试验机测定结构力学和材料力学。[结果]经拉伸实验后肌腱平均长度B组为A组的99.15%，最大拉长量为93.46%，刚度为95.27%，最大载荷能量为93.60%,最大应力为84.88%,最大应变为85.82%,弹性模量为90.40%，能量密度为66.73%，B组照射组与A组非照组比较P0.05,有统计学意义，照射后生物力学各参数明显降低。[结论]“γ”射线照射消毒后肌腱强度明显降低，是否采用“γ”射线照射消毒同种异体组织有待于进一步研究。
【关键词】 生物力学; 人; 交叉韧带; 移植; 同种异体; 照射; 肌腱。
Abstract: [Objective]To explore the change of biomechanics about human tendon with“γ”irradiated which was universal used by domestic and foreign. [Methods]Twenty—four upper limb tendon of human with the same length were divided into two groups,group A(12):nonirradiated group, group B (12):2.5 Mrad gamma irradiated group.Material properties and structural properties were determined with WDW—3020 electron universal testing machine.[Results]The mean length of the tendon was 99.15% of control, the elongation to failure was 93.46%, the linear stiffness was 95.27%, the energy to maximum force was 93.60%, the maximum stress was 84.88%, the strain to failure was 85.82%, the linear modulus was 90.40%, the strain energy density to maximum was 66.73%. Difference was noted after compared hetween group A and B (P0.05). All biomechanical parameter presented significantly decline after irradiated.[Conclusion]The tendon strength reduced obviously after irradiated, it needs further studies whether disinfect allograft could be irradiated with Gamma radiation on clinical.
Key words：biomechanics; human; cruciate ligament; transplant; allograft; irradiate; tendon。
交叉韧带是膝关节稳定的主要结构，交叉韧带重建术是治疗交叉韧带损伤的主要方法[1]。自1978年Neviaser等人应用冻干保存的同种异体肩袖移植修复大范围的肩袖损伤，1981年Green等人将冷冻保存后的异体阔筋膜用于肌腱、韧带损伤的修复相继成功以来，人们开始了同种异体组织重建膝关节前交叉韧带的临床及基础研究。但同种异体组织移植仍有疾病传播、感染、松弛等诸多问题。为了防止艾滋病、肝炎等疾病的传播，国内外一些学者及组织探讨了一系列的消毒措施，目前最常用的是“γ”射线照射消毒。有研究表明，在2.0Mrad“γ”照射对同种异体组织的最大应力，最大应变等有一定负面影响[2]，本文对国内外普遍采用的2.5Mrad“γ”射线照射消毒法对肌腱生物力学指标的影响进行全面探讨。
1 材料与方法。
1.1 实验材料准备。
由解放军总医院第一附属医院组织库提供的24条等长肌腱配对分成A、B两组，每一对来自同一供体。A组为对照组，没有经过“γ”射线照射，B组为实验组，经过2.5Mrad“γ”射线照射12 h。普通低温冷冻(—20℃)保存异体肌腱以备进行生物力学检测。
1.2 生物力学测试。
将标本取出后室温下融化1 h，生理盐水纱布保湿。用WDW—3020电子万能材料试验机(清华大学航天航空学院工程力学系固体力学实验室提供)做拉伸实验。首先使用专用横截面积测试仪测量肌腱的宽度与厚度，计算出横截面积。为防止直接夹持对肌腱的损伤，特别设计了专用夹具对肌腱进行夹持。使位于两夹持端间实验部分肌腱的长度均为30 mm，将肌腱夹持好，固定于试验机上，调整拉力使其经过肌腱轴线。先行预处理，拉伸速度0.5 mm/s,拉长0.5 mm，共3次。最后加载直至试样被完全破坏，加载速度设为20 mm/min，试验机自动记录载荷—位移曲线，见图1。其中直线段斜率为刚度。
图1载荷—位移曲线。
1.3 破坏部位。
A、B两组所有实验材料破坏部位均不在夹具夹持肌腱处，避免了在夹持部位破坏造成结果的不准确，如果肌腱是在夹持部位破坏的可能是由于夹具夹持力所造成的。
1.4 统计学处理。
2 结果。
对载荷—位移曲线进行修正，根据此曲线计算出生物力学各指标，载荷测量精确到0.001 N,位移精确到0.01 mm。数据用均数±标准差表示。具体结果如下。
2.1 结构力学特性。
研究肌腱在外载荷作用下刚度、能量、位移等的变化规律，确定肌腱承受和传递外力的能力。①B组实验组平均最大拉伸长度为A组对照组93.46%，两组之间差异有统计学意义(t=3.45,P0.05)。②B组照射组的平均刚度为A组非照射组的95.27%，两组之间差异有高度统计学意义(t=4.49,P0.001)。③B组照射组平均最大载荷为A组非照射组96.72%，减少了4.93%，两组之间差异有统计学意义(t=2.97,P0.05)。④最大载荷能量B组是A组的93.60%，差异有统计学意义(t=3.34,P0.05)(表1)。
2.2 材料力学特性。
研究肌腱在外力作用下所发生应变、应力和刚度等的变化及导致肌腱破坏的极限。①照射组的弹性模量为非照射组的87.66%，减少了12.34%，两组之间比较差异有统计学意义(t=2.53,P0.05)。②最大应力B组为A组的84.88%，两组间有统计学意义(t=2.91,P0.05)。③最大应变B组为A组的85.82%，两组之间比较差异有统计学意义(t=3.45,P0.05)。④B组能量密度为A组的66.73%，能量密度减少了33.23%，差异有统计学意义(t=4.21,P0.05)(表2)。表1 A、B两组结构力学比较表2 A、B两组材料力学比较注：与对照组相比差异有统计学意义(P0.05)。