【摘要】 目的:研究离体环境下人体颞下颌关节盘的抗力表现。方法:将新鲜颞下颌关节盘分区围限压缩,在不同时间观察其扫描电镜表现。结果:短时压缩使关节盘表面波纹状结构变浅、模糊;过长时间压缩可使其凝胶层脱落,胶原纤维束暴露或洞样缺损,尤其在关节盘中带。结论:关节盘中带最易破坏,凝胶层是关节盘的薄弱环节。
颞下颌关节(temporomandibular joint,TMJ)为负重关节,关节盘在其中主要起缓冲、吸收和分散骨关节面负荷的作用[1,2,3,4],并参与下颌运动。用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观察关节盘结构已有很多报道,但这些研究主要立足于关节盘的正常结构[1,4,5]或病变的关节有何改变[6,7]以及病理性动物模型的研究[6],而从生物力学角度研究盘受压后的SEM变化,国内外尚未见报道。
本文采用生物力学的研究手段,在室温(8-12℃)林格氏液灌流下对TMJ盘压缩不同时间,观察其变化。为临床颞下颌关节紊乱综合征中磨牙症及紧咬牙的致病机制提供较直观的依据。
1 材料及方法
1.1 标本来源
新鲜尸体标本6小时内迅速取下双侧TMJ,放入密封性良好的塑料袋中,于-20℃环境下保存待用。
1.2 试件制备及保存[1]
逐渐解冻样本,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)观察关节及盘各表面。光滑、无裂隙及无骨赘者纳入。以林格氏液冲去盘表面滑液。垂直于盘表面方向切取小园柱形试件。制备后的试件于-4℃冰箱内保存,一周内完成试验。
1.3 样本分区
关节盘按解剖学特征分为前、中、后带共3区。
1.4 实验仪器和条件[8]
本实验在围限压缩仪(美国产传感元件,成都科技大学生物力学实验室装)上进行。实验中试件以林格氏液灌流,8-12℃室温环境进行。本实验的边界条件为:试件上端为不透水的金属光滑压头,试件下端可自由排水,试件在受压时径向没有变形,组织中的水仅能沿施加载荷的方向流动 (如图) 。
1.5 实验过程
将试件置于同其内径相同的刚性小室中,清洗压头,突然加载,同时记录蠕变曲线,时间150秒,其中每组、每种规格的试件选择两侧,记录时间足够长时的蠕变情况(3小时)。SEM样本随机来自于压缩后标本。置入2.5%戊二醛固定待用,以30-100%乙醇逐级脱水,常规CO2临界点干燥,表面喷金,美国KYKY-AMRAY1000B型扫描电镜观察盘结构。
2 结果
2.1 关节盘表面形态
2.1.1 围限压缩150秒
无凝胶层的剥脱,主要表现为表面波浪状结构变浅、模糊。
盘前带结构疏松,表面呈波浪状、条索状,并暴露细小的胶原纤维丝(图1-1)。中带表面呈编织状,无明显的凝胶层变薄及胶原纤维丝暴露(图1-2)。后带凝胶层模糊,胶原纤维丝暴露(图1-3)。
2.1.2 围限压缩3小时
前带波浪状结构模糊,凝胶层不连续,剥脱物呈卷起状或片状(图2-1)。中带表面残留少量的凝胶,某些区域已暴露凝胶下的胶原纤维束(图2-2),这些胶原纤维束由直径相似的胶原及连接它们的更细胶原交错成网架结构。后带出现胶原纤维束的暴露、凝胶卷起和洞样缺损(图2-3)。
2.2 断面
150秒围限压缩后,前中后带断面均表现为致密板层状结构,前带断面仍可见轻微的波浪状纤维束,后带的板层间残留较多间隙(图3-1,3-2,3-3)。
3小时围限压缩后,前中后带断面较150秒时更致密,除后带外无板间残留间隙(图4-1,4-2,4-3)。
围限压缩示意图
3 讨论
关节盘可看作是生物力学的固液二相材料,即由固体基质的胶原-蛋白多糖和不可压缩的间隙液组成的有渗透性的多孔介质。这种材料与透明软骨不同,其胶原纤维粗大而致密。关节盘作为二相材料具有较小的渗透性: 即在承受载荷时液体流动所受的阻力很大,同时又有粗大致密的胶原纤维及波浪状结构[1],这与其功能是相适应的。