肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束斷裂的生物力學(xué)研究

張軍威 高 石軍 楊 新明 楊靜

肘半節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶(MCL)復(fù)合體為關(guān)節(jié)囊的增厚部分，由前束、后束及斜束構(gòu)成。前束起自肱骨內(nèi)上髁的前下方和內(nèi)下方，止于尺骨冠突內(nèi)側(cè)緣的結(jié)節(jié)處，呈條索狀。前束是肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)，臨床上MCL損傷時(shí)應(yīng)重點(diǎn)修復(fù)或重建MCL前束以穩(wěn)定肘關(guān)節(jié)［1］。對(duì)MCL前束的生物力學(xué)研究是近年來(lái)熱門(mén)研究方向，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者通過(guò)多種方法對(duì)MCL的生物力學(xué)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)韌帶的形態(tài)變化、韌帶的緊張受力分析、韌帶功能不全后肘關(guān)節(jié)的應(yīng)力等多方面進(jìn)行研究，闡述其對(duì)肘關(guān)節(jié)內(nèi)翻不穩(wěn)定的影響，取得了一定的研究成果。目前，國(guó)內(nèi)采用壓敏膠片對(duì)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行應(yīng)力及受力面積的分析的研究仍處于早期起步階段。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本及主要材料、儀器 40%甲醛溶液保存的成人完整上肢標(biāo)本12具(由河北北方學(xué)院解剖教研室提供)。男8具，女4具;左、右側(cè)各6具。無(wú)肘部明顯畸形及肘部手術(shù)史。將標(biāo)本剔除皮膚、肌肉、血管、神經(jīng)，保留關(guān)節(jié)囊及內(nèi)側(cè)副韌帶，分別自肘關(guān)節(jié)上方及下方25 cm處截骨，制成肘關(guān)節(jié)“骨-韌帶”標(biāo)本。

CSS-44020型生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所);壓敏膠片數(shù)據(jù)讀出器及超低壓雙片型壓敏膠片(FUJI公司，日本)。牙托粉、自凝牙托水(上海醫(yī)療器械股份有限公司，中國(guó));醫(yī)用人工肌腱(山西奧瑞生物材料有限公司，中國(guó));2.0 mm骨圓針(揚(yáng)州市江州醫(yī)療器械有限公司，中國(guó));自制標(biāo)本固定架和牽引裝置。

1.2 方法 按照前束是否完整將標(biāo)本分為實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組，每組12例，在不同肘關(guān)節(jié)屈曲角度下，分別測(cè)量關(guān)節(jié)外翻松弛度、肱尺關(guān)節(jié)受力面積及平均壓強(qiáng)。

控制室內(nèi)溫度25°C、濕度45%RH;將制備好的標(biāo)本肱骨近端矢狀位垂直于肱骨用10 mm鉆頭鉆孔，貫穿雙側(cè)皮質(zhì)(骨孔略粗于螺栓)，螺栓穿過(guò)骨孔，雙側(cè)螺母固定肱骨防止其在螺栓上滑動(dòng)，并與近端固定架相連接。自肱骨內(nèi)上髁上及尺骨冠突遠(yuǎn)端分別打入一枚2.0 mm骨圓針，并使兩枚鋼針平行，以便測(cè)量關(guān)節(jié)在外翻應(yīng)力下的張開(kāi)角度，用以評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)松弛度(關(guān)節(jié)在極限以內(nèi)的力或扭矩作用下的活動(dòng)量或旋轉(zhuǎn)［2］)。前臂遠(yuǎn)端用牙托粉固定于遠(yuǎn)端固定架上并與生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)操作平臺(tái)垂直，這樣就將肘關(guān)節(jié)固定成0°屈曲角度。用一枚骨圓針平行于螺栓鉆入肱骨螺栓近端，測(cè)算骨圓針距螺栓距離為8.5 cm，施加于肘關(guān)節(jié)的外翻力量為1.85 kg時(shí)，肘關(guān)節(jié)將承受1.5 N·m扭矩。輕柔牽引肘關(guān)節(jié)，自冠狀突后方將制備好的壓敏膠片小心放入肱尺關(guān)節(jié)。連接牽引裝置，對(duì)肘關(guān)節(jié)施加外翻應(yīng)力。開(kāi)啟生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)材料為非金屬，實(shí)驗(yàn)方法為壓縮，實(shí)驗(yàn)控制方式為速度控制，壓縮速度為5 mm/min。對(duì)肘關(guān)節(jié)施加150 N的軸向壓力。此時(shí)，采集肘關(guān)節(jié)屈曲0°且MCL完整時(shí)的關(guān)節(jié)張開(kāi)角度及顯色的壓敏膠片。使用壓敏膠片數(shù)據(jù)讀出器對(duì)每個(gè)壓敏膠片上的四個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出每個(gè)壓敏膠片的平均壓強(qiáng)，應(yīng)用Photoshop圖像分析軟件及工作電腦計(jì)算每個(gè)壓敏膠片的受力面積并分別記錄數(shù)據(jù)。

同法，于制備好的標(biāo)本肱骨近端與肱骨成60°及30°夾角用10 mm鉆頭鉆孔，螺栓穿過(guò)骨孔，雙側(cè)螺母通過(guò)帶有角度的斜墊固定肱骨，防止其在螺栓上滑動(dòng)，并與近端固定架相連接。調(diào)節(jié)螺栓上螺母的位置及近端固定架的位置，使前臂位置不變?nèi)耘c生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)操作平臺(tái)垂直。其余操作方法與肘關(guān)節(jié)屈曲0°時(shí)相同，即可獲得肘關(guān)節(jié)在屈曲30°及60°時(shí)的關(guān)節(jié)張開(kāi)角度及顯色的壓敏膠片。測(cè)量肘關(guān)節(jié)屈曲90°的數(shù)據(jù)時(shí)，因近端螺栓無(wú)適當(dāng)打入位置，需使用傾斜30°的遠(yuǎn)端固定架，肱骨近端使用與肱骨成角30°的骨孔穿過(guò)螺栓，才能獲得屈曲90°的肘關(guān)節(jié)。分別對(duì)各具標(biāo)本進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。解剖MCL前束，將其全部切斷后重復(fù)上述操作，分別記錄數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以±s表示，組內(nèi)不同屈曲角度間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用q檢驗(yàn)，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 關(guān)節(jié)外翻松弛度的測(cè)量結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時(shí)組內(nèi)比較關(guān)節(jié)松弛度小于其余三個(gè)角度(P＜0.05)，而在其余各角度兩兩比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);對(duì)照組組內(nèi)兩兩比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組各屈曲角度組間比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見(jiàn)表1。

2.2 關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)的測(cè)量結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組在肘關(guān)節(jié)各屈曲角度下平均壓強(qiáng)組內(nèi)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);對(duì)照組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時(shí)平均壓強(qiáng)小于其他屈曲角度(P＜0.05)，而其余各角度組內(nèi)兩兩比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組各屈曲角度組間比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。見(jiàn)表 2。

2.3 關(guān)節(jié)內(nèi)接觸面積的測(cè)量結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組在肘關(guān)節(jié)各屈曲角度下關(guān)節(jié)內(nèi)接觸面積組內(nèi)比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);對(duì)照組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時(shí)接觸面積大于其余三個(gè)角度(P＜0.05)，其余各角度組內(nèi)兩兩比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組各屈曲角度組間比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。見(jiàn)表3。

表1 肘關(guān)節(jié)松弛度(旋轉(zhuǎn)角度°)n=12，±s

表1 肘關(guān)節(jié)松弛度(旋轉(zhuǎn)角度°)n=12，±s

組別 0° 30° 60° 90° F 值 P值對(duì)照組 1.01 ±0.25 1.17 ±0.33 1.11 ±0.15 1.01 ±0.21 1.260 ＞0.05實(shí)驗(yàn)組 5.94 ±0.28 16.75 ±1.56 16.12 ±1.14 16.88 ±1.82 191.56 ＜0.05 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 肱尺關(guān)節(jié)平均壓強(qiáng)n=12，MPa，±s

表2 肱尺關(guān)節(jié)平均壓強(qiáng)n=12，MPa，±s

組別 0° 30° 60° 90° F 值 P值對(duì)照組 1.14 ±0.19 1.52 ±0.23 1.54 ±0.17 1.51 ±0.24 3.237 ＜0.05實(shí)驗(yàn)組 1.91 ±0.22 1.83 ±0.18 1.88 ±0.23 1.85 ±0.21 1.315 ＞0.05 P值P ＜0.05 P ＜0.05 P ＜0.05 P ＜0.05

表3 肱尺關(guān)節(jié)平均接觸面積n=12，cm2，±s

表3 肱尺關(guān)節(jié)平均接觸面積n=12，cm2，±s

組別 0° 30° 60° 90° F 值 P值對(duì)照組 11.20 ±1.19 9.87 ±1.23 9.74 ±1.17 9.93 ±1.24 4.372 ＜0.05實(shí)驗(yàn)組 7.85 ±1.22 8.20 ±1.18 7.98 ±1.23 8.11 ±1.21 0.153 ＞0.05 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

3 討論

3.1 MCL前束與肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)不穩(wěn)定 肘關(guān)節(jié)的穩(wěn)定系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系統(tǒng)(或稱靜力穩(wěn)定系統(tǒng))和動(dòng)力穩(wěn)定系統(tǒng)［3］。O’Driscoll等［4］認(rèn)為:靜力穩(wěn)定系統(tǒng)包括三個(gè)最主要的結(jié)構(gòu):肱尺關(guān)節(jié)、MCL的前束及外側(cè)副韌帶復(fù)合體;如果這三個(gè)結(jié)構(gòu)完整則肘關(guān)節(jié)是穩(wěn)定的。骨性結(jié)構(gòu)在肘關(guān)節(jié)屈曲小于20°和大于120°時(shí)對(duì)肘關(guān)節(jié)的側(cè)方穩(wěn)定發(fā)揮主要作用，但絕大多數(shù)的上肢運(yùn)動(dòng)是在肘關(guān)節(jié)屈曲20°到120°內(nèi)完成，此時(shí)骨性結(jié)構(gòu)對(duì)肘關(guān)節(jié)的側(cè)方穩(wěn)定作用很小，主要依賴肘關(guān)節(jié)的側(cè)副韌帶維持關(guān)節(jié)的側(cè)方穩(wěn)定性［4，5］。MCL前束作為肘關(guān)節(jié)對(duì)抗外翻應(yīng)力的主要結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的一致認(rèn)可［6－8］。動(dòng)力穩(wěn)定系統(tǒng)由跨越肘關(guān)節(jié)的肌和肌腱組成，包括前臂屈、伸肌群、旋前肌、旋后肌、肱二頭肌和肘肌。肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)不穩(wěn)定又稱外翻不穩(wěn)定，是由肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在急性或慢性(疲勞性)致傷力量作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞。急性損傷造成的肘關(guān)節(jié)脫位或半脫位的癥狀、體征較典型，結(jié)合X線攝片容易明確診斷，患者多能及時(shí)得到治療。而慢性損傷造成的不穩(wěn)癥狀多不典型。

3.2 生物力學(xué)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)組在肘關(guān)節(jié)不同屈曲角度下，外翻松弛度、平均壓強(qiáng)與接觸面積與對(duì)照組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，表現(xiàn)在松弛度及關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)增大和接觸面積減小，說(shuō)明MCL前束斷裂后，肘關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)穩(wěn)定遭到破壞，將導(dǎo)致肘關(guān)節(jié)在非正常平面出現(xiàn)異常活動(dòng)，關(guān)節(jié)軟骨面易發(fā)生磨損，關(guān)節(jié)失穩(wěn)將導(dǎo)致骨質(zhì)增生及關(guān)節(jié)間隙變窄，繼而發(fā)生骨性關(guān)節(jié)炎。對(duì)照組肘關(guān)節(jié)屈曲0°時(shí)關(guān)節(jié)的平均壓強(qiáng)及接觸面積較其他角度組內(nèi)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，考慮是由于在關(guān)節(jié)伸直位時(shí)骨性結(jié)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)的外翻穩(wěn)定發(fā)揮了作用的結(jié)果，即肱橈關(guān)節(jié)骨性結(jié)構(gòu)阻擋以及伸直位時(shí)肱尺關(guān)節(jié)匹配程度高于肘關(guān)節(jié)屈曲時(shí)(關(guān)節(jié)接觸面積增大)，從而減少了關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)組在0°時(shí)關(guān)節(jié)松弛度在組間比較時(shí)較其余角度減少(P＜0.05)，也可能是由于這種原因?qū)е隆Ｍ瑫r(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)當(dāng)MCL前束斷裂后，肘關(guān)節(jié)在伸直位時(shí)雖然骨性結(jié)構(gòu)的阻擋發(fā)揮了穩(wěn)定作用，使關(guān)節(jié)外翻松弛度增加較其他屈曲角度小，但此時(shí)關(guān)節(jié)內(nèi)壓強(qiáng)已增大及接觸面積的變小與其他屈曲角度并無(wú)明顯區(qū)別，說(shuō)明如果沒(méi)有MCL前束的穩(wěn)定作用，只依靠骨性結(jié)構(gòu)的外翻穩(wěn)定作用并不能改變肘關(guān)節(jié)受力環(huán)境的惡化，也不能阻止肘骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

3.3 造成實(shí)驗(yàn)誤差的影響因素

3.3.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能造成的影響:本實(shí)驗(yàn)標(biāo)本例數(shù)(12例)較少，小樣本實(shí)驗(yàn)對(duì)象在數(shù)據(jù)采集和進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理時(shí)易產(chǎn)生誤差，在數(shù)據(jù)分析易于出現(xiàn)以點(diǎn)帶面的情況，使得出的結(jié)論有失偏頗。本實(shí)驗(yàn)標(biāo)本非新鮮尸體標(biāo)本，標(biāo)本的長(zhǎng)時(shí)間保存使關(guān)節(jié)囊及韌帶組織的韌性及強(qiáng)度與正常人體或新鮮尸體標(biāo)本均有一定差異，且各例標(biāo)本保存時(shí)間也不盡相同，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

3.3.2 壓敏膠片的使用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能造成的影響:肘關(guān)節(jié)的解剖特點(diǎn)使它成為了高度限制性的關(guān)節(jié)，尤其是肱尺關(guān)節(jié)的匹配程度較高，關(guān)節(jié)間隙狹窄，且前方有冠突、后方有鷹嘴突的阻擋使壓敏膠片在放入關(guān)節(jié)內(nèi)部時(shí)相當(dāng)困難。我們采取自關(guān)節(jié)前方放入壓敏膠片時(shí)，需切開(kāi)前關(guān)節(jié)囊，有時(shí)甚至需要部分切開(kāi)撓側(cè)韌帶復(fù)合體才能將其放入。LLW型壓敏膠片的敏感程度較高，在放入過(guò)程中的任何不小心對(duì)它的擠壓均可產(chǎn)生顯色，造成對(duì)受力面積和壓強(qiáng)測(cè)定結(jié)果的誤差。此外，室內(nèi)溫度及濕度都會(huì)對(duì)壓敏膠片顯色產(chǎn)生影響，故應(yīng)在盡量保持溫、濕度恒定的基礎(chǔ)上盡快完成實(shí)驗(yàn)，避免不必要的誤差。前束損傷后肘關(guān)節(jié)在外翻負(fù)荷下可能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，造成壓敏膠片碾挫，造成壓敏膠片褶皺影響測(cè)量結(jié)果。

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