骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种导致膝关节疼痛和运动受限的退行性关节疾病。关节软骨退变和缺失是骨关节炎的特征，是疾病进展的标志，但目前随着对骨关节炎的深入理解，骨关节炎不再被认为是单纯的软骨退变和缺失，关节内其他组织包括软骨下骨、滑膜、半月板和韧带也受到不同程度的影响,包括软骨下骨硬化、骨赘形成、关节间隙狭窄、关节畸形、韧带和肌肉的改变和滑膜肥大等,这些改变引起关节僵硬、疼痛及功能障碍。
导致骨关节炎并引起临床症状有多种危险因素，虽然肥胖、关节创伤、机械负荷、周围组织不稳定、骨质疏松、遗传易感性和遗传因素等危险因素已经被确定，但骨关节炎的确切发病机制仍不清楚。
由于这种不确定性，目前还没有公认的治疗骨性关节炎的药物，治疗晚期骨性关节炎的唯一有效方法是关节置换术。由于病因的多样性，以及在疾病的不同阶段主要受累的组织不同，骨关节炎往往表现为多种类型，而其中常见的主要有生物力学型、骨质疏松型、代谢型以及炎症型骨关节炎。
骨关节炎导致的软骨退变及破坏在疾病初期即可导致疼痛和活动受限，虽然大多数患者在疾病发展初期仅表现为可以忍受的慢性钝痛，但随着膝关节内其他结构的改变和破坏，不可避免的导致膝关节的屈曲挛缩、内翻或外翻畸形、髋或踝关节的疼痛及退变，因此骨关节炎具有一定的致残率并导致劳动能力的下降，对家庭和社会经济造成巨大损失。
骨关节炎具有多种致病危险因素，如年龄、肥胖、性别、机械负荷及损伤、遗传及炎症等。目前最近的流行病学调查显示我国60岁以上人群的骨关节炎患病率约为8.1%，其中女性患病率高于男性，农村地区患病率高于城市地区[8]。骨关节炎的患病人群还具有一定的分布规律，即好发于中老年女性，在这一点上与骨质疏松症(osteoporosis，OP)相似，这也与在临床上两种疾病常常并发于同一个患者相吻合。
之前的研究大多认为骨关节炎与骨质疏松症存在互相对立的关系，或者不存在相关关系，但是随着近些年对骨关节炎疾病进程中软骨下骨改变的研究的深入，逐步认识到膝关节软骨下骨的改变与重建与骨质疏松症在骨关节炎的疾病发展过程中起着至关重要的作用。虽然并不是所有骨关节炎患者都合并有骨质疏松症，但骨关节炎与骨质疏松症的确有可能同时出现在同一个患者身上。
韧带是骨骼肌肉系统中骨与骨之间起到链接作用的软组织，在组成上由细胞外基质(约占总重量的80%，其中大部分是水)和细胞(约占20%，例如成纤维细胞)组成。在宏观上，韧带是具有高度定向纤维束的分层纤维结构组织，而微观尺度上，韧带是由胶原纤维和胶原分子组成。前交叉韧带（AnteriorCruciateLigament，ACL）是膝关节当中非常重要的组织结构，由股骨内侧髁起点延伸至胫骨前内侧，将下肢两块骨头（股骨和胫骨）连接起来，通过平衡它们之间的张力来发挥稳定膝关节的作用。前交叉韧带由前内侧束和后外侧束两束组成，每个束在不同的膝关节屈曲角度起到不同的作用。
当完整健康的膝关节在正常屈曲-伸直范围内活动时，韧带上的负荷在两束之间不断传导。前内侧束和后外侧束的共同作用，使得前交叉韧带具有十分独特的生物力学性质。前交叉韧带通过限制人类胫骨相对于股骨的过度运动来稳定膝关节，前内侧束和后外侧束的共同作用可以防止过度的向前或向后以及旋转运动来防止胫骨向前移位。这对于维持膝关节的正常屈伸活动和在运动过程当中为膝盖提供一个整体的稳定性来说是十分重要的。
在组织学上，前交叉韧带的整体物理结构为低级结构包裹成束并形成高级结构，层次之间的逐层递进：多个由成纤维细胞分泌的胶原蛋白分子所构成的胶原纤维（多为直径为0.5-20μm的I型胶原纤维）聚集并由一层柔性结缔组织包围组成初级胶原纤维束，同样的，多个初级胶原纤维束聚集并被其他结缔组织膜（这种结缔组织膜非常厚而不易破损）所包裹组成一个个二级纤维束，随后，多个二级纤维束聚集、扭曲并被结缔组织膜包裹形成三级纤维束，多个三级纤维束继续聚集、扭曲并最后被滑膜层包围形成韧带。
这种纤维结构的排列方式使前交叉韧带比许多其他部位的韧带具有更加强大的抵抗拉伸作用力的强度，并且滑膜层的存在使得韧带可以不受到来自关节腔内滑液的影响，尤其是例如IL-1等炎症因子。
膝关节的稳定性在一定程度上可以影响到骨关节炎的进展，在现已有的实验当中，通过切断膝关节前交叉韧带均可以诱导出不同程度的骨关节炎。
同样，骨关节炎对前交叉韧带的改变也具有一定的影响，但是由于目前科技技术的限制，很难在非侵入手段（例如核磁共振检查）检查下观察到韧带的退变，所以目前对韧带退变的观察集中在病理学上，在一些文献报道当中观察到骨关节炎患者的前交叉韧带出现了的典型组织病理学特征的变性，包括软骨样和粘液样化生，钙化，囊肿形成，细胞含量的改变等。
Lorenzo等的研究当中发现健康的膝关节韧带是由排列整齐的纺锤形细胞和较为致密的胶原纤维组成，与甲苯胺蓝染色反应呈弱阳性，而在轻度的骨关节炎患者关节中的前交叉韧带可以观察到韧带与胫骨连接处出现明显呈圆形且肥大的细胞，与甲苯胺蓝染色反应呈阳性。在更严重的骨关节炎病例中，甲苯胺蓝阳性染色扩展到整个前交叉韧带和与骨组织连接的部分，并显示出明显的骨坏死迹象。但是目前在前交叉韧带退变的研究中对骨关节炎与前交叉韧带力学性质之间的联系探讨较少。
本实验所采用的力学测定仪器为大连理工大学所使用的MTS静态万能材料试验机（），该实验机是集拉伸、弯曲、压缩、剪切等功能于一体的材料试验机，具有精度高、调速范围广、结构紧凑、性能稳定、操作方便等优点。实验机实验的全部过程均在计算机的控制下完成，能够实时显示载荷值、位移值等。实验的结果可以被自动保存，实验结束后可以重新调出实验数据，通过数据再现实验过程。
韧带夹具目前对于韧带力学性质的测量主要有带骨测量和不带骨测量两种方式，本实验采用不带骨测量，这就需要一个稳定可靠的夹具。此次实验采取的韧带样品中含有大量的油脂和水分且表面润滑，在拉伸过程当中容易产生较大的形变，这导致韧带和夹具之间的相互作用力随着拉伸的进行而逐渐降低，甚至在施加的载荷未使样品发生足够的形变时样品即从夹具中脱出，从而影响对韧带实际力学性质的测量。
而过大的夹持力会导致在拉伸过程中韧带在夹持处附近撕裂，所得到的值也远小于真实数值。为了解决这一问题本实验应用大连理工大学自行设计的夹具进行实验，该夹具可以保证完全夹持韧带的两端，并且在实验过程当中不会造成韧带脱落和滑移。
（1）2019年12月-2020年9月间我院住院并接受全膝关节置换术的女性患者。
（2）年龄范围65-85岁。
（3）膝关节Kellgren–Lawrence影像学X线分期为三期或四期的患者。
（4）既往从事非重体力工作患者。
排除标准（1）曾有膝关节损伤史的患者。
（2）曾有其他膝关节手术史，如：膝关节镜治疗、膝关节穿刺治疗等。
（3）诊断为类风湿性关节炎的患者。
（4）曾有或现有关节内感染或接受免疫治疗的患者。
韧带的收集所有纳入患者均接受膝关节正中入路全膝关节置换手术，完整切开关节囊，切除髌下脂肪垫，向外侧翻开髌骨暴露髁间窝，膝关节屈曲情况下用手术刀紧贴骨面完整切除前交叉韧带。切除前交叉韧带之前由术者对韧带大体进行宏观评估并分级，对韧带大体肉眼可分为三级：0级，正常；
1级，异常（较正常前交叉韧带薄或细且可以观察到部分硬化的前交叉韧带）；
2级，部分或全部断裂（前交叉韧带完全或部分消失、破损，纤维结构紊乱，或仅有残留少量纤维的韧带）。
韧带样本的制作所有韧带样本全部按照如下标准进行制作：我们将在生理盐水纱布中保存的前交叉韧带取出，因个体前交叉韧带有粗细和强弱区别以及韧带的两端形态不十分规则，且存在略微的弯曲，为减少弯曲对后续实验的影响故用手术刀对韧带标本进行切取，留取韧带中部,制成统一的标准样本,长度约20mm，横截面可近似看做长轴9.81±2.75mm，短轴为5.54±1.07mm的椭圆形，随后将韧带置于夹具当中进行实验。
讨论滑膜炎症对韧带力学性质的影响是值得探究的问题，骨关节炎目前被认为是一个微炎症病变，关节内滑膜会产生炎症并向关节内释放炎症因子使得关节内滑液成分发生改变。在正常的膝关节内，血液滑膜/关节屏障通常用于保护前交叉韧带不与关节内滑液直接接触，但是在具有滑膜炎的患者关节内，这种屏障保护机制将会变得较弱，关节内的炎症因子通过屏障与前交叉韧带接触进而使得韧带产生改变。
Krenn等提出了滑膜炎的等级评分方法用以对骨性关节炎滑膜炎的严重程度进行分级。该评分包括了滑膜炎的典型特征，通过评估滑膜间质细胞密度、内膜细胞层增大程度及白细胞浸润程度对滑膜炎严重程度进行分级。基于上述评分，我们发现从骨关节炎及非骨关节炎患者身上采集的滑膜样本得出的滑膜炎严重程度分级与前交叉韧带退行性改变之间存在显著相关性。然而，发生这种改变的信号传导通路目前仍不清楚，对韧带力学性质的影响仍是值得探究的问题。
存在以下几点不足：1.本实验因样本取材限制未纳入Kellgren–Lawrence影像学X线分期一期及二期患者韧带，使得对骨关节炎进程当中韧带力学性质的改变难以获得整体的认识。
2.本实验仅纳入女性患者韧带，未纳入男性患者韧带，对韧带力学性质改变与性别差异之间的研究不足，需要后续扩大样本量进行研究。
3.本实验仅探讨了膝关节内翻畸形角度与韧带力学性质的相关性，缺乏滑膜炎与韧带力学性质相关性的讨论，需要后续深入研究得出结论。
结论骨关节炎是一种退行性关节疾病，关节内组织均随着骨关节炎的进展产生不同程度的改变。关节内前交叉韧带随着骨关节炎进展出现例如凋零、软骨样化生及粘液样变性等病理性改变，这种病理性改变导致导致胶原蛋白的合成与交联减少而使得韧带力学性质发生改变。力学性质的变化主要体现在韧带粘弹性的丧失和抵抗弹性形变能力的下降，并且这种力学性质的改变与骨关节炎患者膝关节内翻畸形角度的增加有关。
