下脛腓前韌帶斷裂對踝關節穩定性的影響

李勝，王威，李靖年

(1 沈陽市蘇家屯區中心醫院，沈陽110000；2 中國醫科大學附屬盛京醫院；3 沈陽醫學院；4 大連醫科大學附屬第二醫院)

踝關節韌帶損傷是骨科門急診中的常見損傷之一，約占整個運動損傷的15%[1]。下脛腓聯合韌帶是踝關節韌帶的重要組成部分，而下脛腓前韌帶是下脛腓聯合韌帶中抵抗外旋應力最強的韌帶，也是最容易受傷的韌帶[2]。臨床上多數踝關節旋后外旋型扭傷，在距骨的強力外旋下，導致下脛腓前韌帶斷裂[3]。但目前對下脛腓前韌帶斷裂是否需要修復尚存在爭議。2010年8月～2018年2月，我們觀察了防腐處理下肢標本踝關節下脛腓前韌帶損傷前后生物力學變化，旨在為下脛腓前韌帶斷裂修復提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料 經10%甲醛固定3個月的成人正常右下肢標本10具，由大連醫科大學解剖教研室提供。肢體標本來源死者均為男性，年齡25～45歲，體質量65～75 kg，身高170～180 cm。CSS-2205型電子萬能材料試驗機，長春試驗機研究所；Prescale壓力測量系統，日本富士株式會社；雙片低壓型壓敏片，富士膠片(中國)投資有限公司。自制鋼板帽，根據標本膝關節形態用鋼板焊制而成。自制水泥底座，根據踝關節足運動中立位、背伸位20°、跖屈位30°時用水泥制成。

1.2 踝關節穩定性檢測 所有下肢標本采用手術器械從膝關節處離斷，保留膝關節以下部分，用自制鋼板帽、水泥底座分別固定膝關節和足底。打開踝關節囊，將塑料薄膜包裹的雙片低壓型壓敏片置于脛距關節內，分別檢測下脛腓前韌帶離斷前后踝關節穩定性，以下脛腓前韌帶離斷前所測數據為對照組，下脛腓前韌帶離斷后所測數據為觀察組。參照文獻[4]方法，采用CSS-2205型電子萬能材料試驗機于踝關節足運動中立位、背伸位20°、跖屈位30°時，分別給予700、1 400、2 800、3 500 N垂直壓力負荷，加載速率為2.50 mm/min，加壓至所需壓力負荷并維持5 s，直接獲取不同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移。變換體位或壓力負荷時需更換新的壓敏片。采用Prescale壓力測量系統(包括FDP-301密度計和FDP-302密度壓力轉換器)將顯色壓敏片轉換成實驗數據。通過FDP-301密度計獲取壓敏片著色區域密度值，由FDP-302密度壓力轉換器換算不同體位與壓力負荷下脛距關節面壓力面積和壓強，根據壓敏片顏色深淺，分析脛距關節面受力分布情況。壓敏片顏色隨著壓力負荷增大，由綠色逐漸變成淺紅、深紅、黃色，黃色為集中受力區域。使用手術刀離斷下脛腓前韌帶，再次測量不同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移、脛距關節面壓力面積和壓強，并分析脛距關節面受力分布情況。所有標本在結構模擬、壓力負荷、材料力學性質、加載方式等保持一致。

2 結果

2.1 兩組不同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移比較 隨著垂直壓力負荷增大，兩組同體位下垂直壓縮位移逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移明顯高于對照組(P均<0.05)。見表1。

2.2 兩組不同體位與壓力負荷下脛距關節面壓力面積比較 隨著垂直壓力負荷增大，兩組同體位下脛距關節面壓力面積逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負荷下脛距關節面壓力面積明顯高于對照組(P均<0.05)。見表2。

表1 兩組不同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移比較

注：與同組700 N壓力負荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負荷比較，△P<0.05；與對照組同體位與壓力負荷比較，▲P<0.05。

表2 兩組不同體位與壓力負荷下脛距關節面壓力面積比較

注：與同組700 N壓力負荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負荷比較，△P<0.05；與對照組同體位與壓力負荷比較，▲P<0.05。

2.3 兩組不同體位與壓力負荷下脛距關節面壓強比較 隨著垂直壓力負荷增大，兩組同體位下脛距關節面壓強逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負荷下脛距關節面壓強明顯低于對照組(P均<0.05)。見表3。

表3 兩組不同體位與壓力負荷下脛距關節面壓強比較

注：與同組700 N壓力負荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負荷比較，△P<0.05；與對照組同體位與壓力負荷比較，▲P<0.05。

2.4 兩組不同體位與壓力負荷下脛距關節面受力分布情況 ①足運動中立位：踝關節脛距關節面內側首先受力，隨著壓力負荷增大，受力范圍逐漸擴展至脛距關節面前側、后側、外側、中部，最終形成內窄、中外寬的似三角形圖形；集中受力區域分布于脛距關節面中部偏內側；與對照組比較，觀察組同壓力負荷下受力面積有增大趨勢。②背伸位20°：踝關節脛距關節面前內側首先受力，隨著壓力負荷增大，受力范圍逐漸擴展至脛距關節面中部、外側、后側，形成前內寬、后外窄的似直角三角形圖形；受力區域分布于脛距關節面前內側；與對照組比較，觀察組同壓力負荷下受力面積有增大趨勢。③跖屈位30°：踝關節脛距關節面后內側首先受力，隨著壓力負荷增大，受力范圍逐漸擴展至脛距關節面中部、前側、外側，形成前寬、后窄的似倒三角形圖形；集中受力區域分布于脛距關節面中前側；與對照組比較，觀察組同壓力負荷下受力面積有增大趨勢。

3 討論

目前，對下脛腓前韌帶斷裂是否需要修復存在爭議。羅群強[5]認為，只要外踝足夠堅強，下脛腓前韌帶斷裂后可以不固定。王守赟等[6]研究發現，下脛腓前韌帶斷裂后，脛距關節面受力大小和面積會發生改變，修復斷裂韌帶能改善踝關節生物力學環境。正常踝關節結構合理、承載力強，若解剖結構發生改變，則會影響踝關節穩定性，誘發退行性關節炎[7]。黃云鵬等[8]研究發現，下脛腓前韌帶斷裂可導致滑車上關節面壓強及應力分布改變，有可能引起創傷性骨關節炎，建議手術修復斷裂韌帶。

有研究發現，甲醛處理3個月內的尸體標本骨質和剛度雖與新鮮標本有一定差異，但仍能維持骨的正常力學傳導[9，10]。在當前新鮮標本獲取日益困難下，在一定程度上可用甲醛處理標本替代新鮮標本進行生物力學研究。故本研究選擇經甲醛處理3個月內的成人正常下肢標本進行研究。由于踝關節韌帶損傷多見于運動時，本研究選擇踝關節中立位、背伸位20°、跖屈位30°三個典型活動角度來模擬人行走時踝關節狀態。王亦璁[11]認為，在自然行走時，負重中期踝關節脛距關節面承受的壓力約為人體體質量的2倍，在負重后期甚至可達人體體質量的5倍。故本研究在模擬運動時選擇踝關節負重為人體體質量至承力極限狀態，以正常人體質量70 kg計算，即700～3 500 N。

本研究結果顯示，隨著垂直壓力負荷增大，兩組同體位下垂直壓縮位移逐漸增大，表明踝關節在生理承重范圍內，隨著壓力負荷增大，關節面間隙變小，從而保證了踝關節的穩定性。當垂直壓力負荷達到人體體質量的2倍時，關節面間隙驟減，周圍韌帶等組織受壓明顯；當垂直壓力負荷達到極限狀態時，垂直壓縮位移改變主要來自關節面骨質的形變，尤其在跖屈位30°時垂直壓縮位移變化最明顯，說明在此體位時，踝關節活動度最大，相對最不穩定[12]。觀察組同體位與壓力負荷下垂直壓縮位移明顯高于對照組，說明下脛腓前韌帶斷裂使限制脛骨的力量減弱，受力后脛骨過度下移，可引起踝關節不穩定。

本研究結果顯示，隨著垂直壓力負荷增大，兩組同體位下脛距關節面壓力面積和壓強逐漸增大。接觸面積增加可分散壓力，但由于壓力負荷增幅明顯超過接觸面積增幅，故兩組壓力面積增大的同時伴隨著壓強增大。當垂直壓力負荷達到人體體質量的2倍時，脛距關節面壓力面積和壓強均明顯增大，與垂直壓縮位移變化一致，此時踝關節內環境發生了驟變，進入緊急代償狀態。在足運動中立位及背伸位20°時，當垂直壓力負荷達到2 800或3 500 N時，脛距關節面幾乎完全貼合，處于相對穩定狀態，受力面積變化微小，但壓強變化較大；而跖屈位30°時，兩組脛距關節面壓力面積變化仍較大，說明在此體位時踝關節仍不穩定。觀察組同體位與壓力負荷下脛距關節面壓力面積明顯高于對照組，壓強明顯低于對照組，說明下脛腓前韌帶斷裂后，腓骨不能很好地束縛脛骨下移，故脛骨更加貼近距骨，相應地受力面積增大，壓強更小，這是下脛腓前韌帶斷裂后，為避免進一步損傷，機體的代償性改變。

關節面受力分布情況說明內側為首先受力部位，這是因為人體在自然站立時下肢的承重線與內踝的夾角明顯小于與外踝的夾角，踝關節承力偏向于內側。隨著壓力負荷增大，關節面受力部位逐漸擴大。不同體位時集中受力部位不同，足運動中立位時在脛距關節面中部偏內，背伸位20°時在脛距關節面前偏內側，跖屈位30°時在脛距關節面前偏中側。如果踝關節喪失穩定性，則會導致踝關節集中受力部位改變。本研究結果顯示，觀察組不同體位與壓力負荷下脛距關節面外側受力有增大趨勢，這與下脛腓前韌帶斷裂，腓骨外移，束縛脛骨的力量變小，從而使集中受力部位偏向外側。

綜上所述，下脛腓前韌帶斷裂可使踝關節生物力學性能發生改變，破壞踝關節穩定性，尤其以踝關節跖屈位30°時最為明顯。