人体髌韧带的力学性能测试:中国人同西方人的初步比较

本实验旨在初步比较中国人同西方人在髌韧带力学性能上的差异,并验证中国人的髌韧带是否也同样符合冯元桢教授提出的类粘弹性模型。从长海医院获取7个新鲜冷冻的、未经福尔马林溶液浸泡的、未经照射的膝关节样本,截取出髌骨-髌韧带-胫骨式样,两端骨块修裁成倒楔形,然后再包埋在环氧树脂中。实验测试时,将包埋好的韧带式样装入自设计的夹具中,然后装夹到试验机上进行测试,测试步骤与选择进行比较的对象与Johnson 1994年的髌韧带实验一致。7个样本中,其中一个在胫骨端头部撕裂,其余都断裂在韧带中部附近。实验得到的髌韧带最大抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率、应变能密度分别为(57.3±20)MPa、(426±186)MPa、21.5%±2.8%、(5.82±1.2)MPa;与Johnson测量的西方人同类指标比较,可知中国人髌韧带的最大抗拉强度和弹性模量分别约低11.4%和35.5%,断裂伸长率和应变能密度分别约高53.6%和34.4%。另外验证了中国人的髌韧带同样符合类粘弹性模型,并发现松弛函数和15 min-4 MPa应力松弛率与Johnson的研究结果接近。中国人的髌韧带力学性能同西方人种相比存在一定的差异,弹性模量、最大抗拉强度偏低,断裂伸长率、应变能密度偏高。另外中国人髌韧带同样符合类粘弹性模型。