人颞下颌关节软骨弹性模量的测定

　　【摘要】 目的：测试人颞下颌关节（Temporomandibular Joint,TMJ）软骨不同解剖区域的弹性模量，分析颞下颌关节病的力学致病机理。方法： 通过生物力学的研究手段，测量了8个TMJ软骨的弹性模量(E)及厚度(H)，用SPCC/PC+软件进行统计分析。结果：关节软骨各区域中关节窝前斜面弹性模量最大、厚度最薄（E=23.94±9.95Mpa，H=0.543±0.140mm）；而髁突后斜面弹性模量最小、软骨最厚（E=16.90±9.86Mpa，H=0.936±0.325mm）。未发现弹性模量与厚度之间有明显的相关关系。结论：认为TMJ软骨各区弹性模量的差异是后天功能刺激所致，其抗力能力不仅依赖厚度因素。

　　颞下颌关节（Temporomandibular Joint,TMJ）关节软骨为纤维软骨，在运动中起着缓冲震动，吸收载荷的作用^[1]。有不少学者对人体其它大关节软骨进行了研究^[2,3,4]，但尚未有学者对人TMJ关节软骨的弹性模量进行测试；同时，临床上对下颌关节紊乱病（Temporomandibular joint disordes,TMD) 病因的研究缺乏力学角度的探讨，因而使TMJ这一受力关节，尤其是人体标本的研究仍存在空白。
　　在软骨力学性质的研究中，压凹实验（Indentation Test）可以迅速从宏观上了解被测物的压缩刚度，从而比较不同区域软骨的刚度，发现生物体薄弱环节，这比得到精确的固有力学性质更为重要^[5]。同时，压凹实验试件下端仍有软骨下骨附着，可以①限制软骨层的变形；②仍和周围软骨有联系，因而更能代表在体状况^[6]。弹性模量（Elastic Modulus，E）是材料发生应力应变过程中的比例常数，用以说明不同组织对变形的抵抗能力，弹性模量越高，产生一定应变所需的力越大，组织抵抗变形的能力越大。

1 材料和方法

1.1 标本来源、制备及保存^[7]　意外身亡的4人死亡6小时内迅速取下双侧TMJ，放入密封性良好的塑料袋内，于-20℃环境下保存待用。
　　逐渐解冻标本，剖开关节囊，以肉眼及体视显微镜（SMI型中科院成都光仪厂出品）观察关节各表面。光滑、无沟纹、无裂隙及骨赘者纳入。将试件制成一定的形状，密封好后在-4℃冰箱内保存待用。
1.2 实验仪器、条件^[8]及过程
　　本实验在压凹实验仪（美国产传感器，成都科大生物力学实验室装）上进行；以X-Y记录仪同步记录在恒定压力下变形与时间的关系及瞬时压入深度。在实验中试件浸入盛有林格氏液的容器，室温8-12℃下进行实验（如图1）。

图1：压凹实验示意图

　　清洁金属压头表面，固定试件，选好部位突然加载于软骨，于软骨表面记录瞬时加载后软骨的蠕变曲线，时间为150秒。实验中压头直径为4mm,3mm,2mm，实验中以不同规格的压头分别给不同部位不同区域试件加载，共完成试件147个。
1.3 软骨分区及厚度测量
　　沿髁顶线将髁突分为内侧和外侧，沿髁嵴将其分为前侧和后侧，因而髁突被划分为四区：髁头前外份（Anterior Lateral Condyle,ALC），髁头前内份（Anterior Medial Condyle,AMC），髁头后外份（Posterior Lateral Condyle,PLC），髁头后内份（Posterior Medial Condyle,PMC）。
　　将关节窝前斜面分为外侧和内侧：关节窝前斜面外侧（Anterior Lateral Slope of Glenoid Fossa,ALSG），关节窝前斜面内侧（Anterior Medial Slope of Glenoid Fossa,AMSG）。
　　将实验后软骨与软骨下组织分离，用解剖显微镜（精确到0.002mm）测定软骨厚度，共测试件90个。
1.4 数据处理
　　假定软骨为线性各相同性不可压缩体，则由弹性力学理论得到TMJ软骨的杨氏模量为：

　　P：作用压力（6.426N） a：压头半径 W₀：初始压入深度（瞬时弹性响应）
　　采用SPCC/PC+软件对E和软骨厚度进行方差分析，对两者相关关系以t检验。

2 结果

　　本实验共测定压凹试件147个（表1）。

表1 不同压头半径及区域下关节软骨弹性模量 (X±SD MPa)