正常膝关节软骨钙化层形态结构研究

目的探索关节软骨钙化层的结构形态及其与软骨非钙化层和软骨下骨之间的界面连接方式。方法组织库获取自愿捐献的人体正常股骨髁新鲜标本20个,男10个,女10个;年龄17～45岁。常规制备石蜡横、纵切片,番红O/固绿和冯库萨染色观察钙化层形态结构;扫描电镜观察软骨各层之间的界面连接方式;连续切片结合建模技术建立骨软骨三维模型。结果关节骨软骨复合组织番红O/固绿染色结果示软骨红染,软骨下骨蓝染,钙化层位于潮线与黏合线之间;冯库萨染色结果示钙化层黑染,结构及边界清晰,上界面以波浪状潮线结构与非钙化层紧密连接,下界面以凹凸不平的梳齿状结构与软骨下骨相互锚合;关节骨软骨剥离面及断面扫描电镜示钙化层与非钙化层以沟壑镶嵌方式相互嵌合;关节骨软骨复合组织纵切面观察,钙化层与软骨下骨间的黏合线呈凹凸不平的梳齿状结构;骨软骨三维模型观察结果与关节软骨自然剥离横断面扫描电镜观察结果基本一致。结论钙化层是关节软骨的重要结构,它通过特有界面连接方式将软骨牢牢固定在软骨下骨上。

密质骨各向异性力学性质的分形分析

通过双开口四点弯曲试验测试牛的密质骨沿横向、纵向及径向3个不同方向断裂时的断裂功,结果显示骨沿横向断裂的断裂功最大,纵向次之,径向最小,这表明骨具有明显地各向异性力学性质。对骨断裂后的3个断裂面进行扫描电镜观察,结果显示横向断面粗糙度最大,纵向断面次之,径向断面最小。观察也发现横向断面与骨单元垂直,纵向和径向断面与骨单元平行,可以推断是骨单元与骨间质之间的黏合线使这3个断面上的裂纹发生了不同程度的折拐,这使得这3个断面的粗糙度不同,也使得这3个方向上的断裂功不同。根据骨断裂时裂纹的扩展路径具有统计自相似性,建立骨沿3个方向断裂时的分形模型,用分形理论的能量耗散计算公式,计算了骨沿3个不同方向断裂时的能量耗散,得到的结果与弯曲试验结果有较好的一致。