肩鎖關(guān)節(jié)解剖和生物力學(xué)分析

何鴻陶,陳云豐

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院骨科,上海 200233)

肩鎖關(guān)節(jié)損傷是一類常見損傷 ,發(fā)病率為 3‰～ 4‰。年輕男性發(fā)病率高,25%～52%的損傷是由體育鍛煉引起[1]。直接和間接暴力都會引起肩鎖關(guān)節(jié)損傷[2]。直接暴力作用在肩部,引起上肢內(nèi)收,損傷從肩鎖韌帶開始,之后導(dǎo)致喙鎖韌帶、三角肌筋膜和斜方肌筋膜損傷,引起肩鎖關(guān)節(jié)損傷。而間接暴力作用在前臂或上臂上,使上臂外展,肱骨頭向上移導(dǎo)致鎖骨遠(yuǎn)端向下移,當(dāng)肩鎖和喙肩韌帶受到一定程度的牽拉時就會發(fā)生斷裂,鎖骨遠(yuǎn)端快速向上抬起使喙鎖韌帶損傷導(dǎo)致斷裂,形成肩鎖關(guān)節(jié)脫位[2]。過去多種內(nèi)固定(克氏針固定、螺釘固定和鉤鋼板固定)手術(shù)治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位方法都能夠使大部分的病人恢復(fù)原來的功能,但是肩鎖關(guān)節(jié)是一個微動關(guān)節(jié),在過伸情況下的活動大部分病人都會出現(xiàn)肩部疼痛和撞擊,所以在治療前要了解該部位的結(jié)構(gòu)、功能和生物力學(xué)分析,使患者得到有效的治療方案。

1 解剖

肩鎖關(guān)節(jié)由鎖骨遠(yuǎn)端、肩峰內(nèi)側(cè)和喙突上方三部分組成,肩鎖韌帶、喙肩韌帶和喙鎖韌帶連接上述三部分,肩鎖關(guān)節(jié)面大多由外上向內(nèi)下傾斜,呈 10°～ 55°。各韌帶的功能都很重要,它們是穩(wěn)定肩鎖關(guān)節(jié)必不可少的結(jié)構(gòu),而三角肌和斜方肌加強(qiáng)關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性[1]。肩鎖關(guān)節(jié)是一個活動性的關(guān)節(jié),活動范圍包括上下前后移動。其關(guān)節(jié)盤是半月板同系物,它隨著年齡的增長而退化,肩鎖關(guān)節(jié)盤的退化會直接影響活動范圍。肩鎖關(guān)節(jié)包括靜止和活動的穩(wěn)定,靜止的穩(wěn)定性由肩鎖韌帶、喙鎖韌帶和喙肩韌帶所組成?；顒拥姆€(wěn)定性由三角肌和斜方肌組成[3]。肩鎖關(guān)節(jié)上的所有組織都起著協(xié)同作用,共同使肩鎖關(guān)節(jié)獲得較好的穩(wěn)定性。肩鎖關(guān)節(jié)囊和囊內(nèi)韌帶能夠有效控制鎖骨遠(yuǎn)端前后移位,上肩鎖韌帶比下肩鎖韌帶更厚和更穩(wěn)定,上肩鎖韌帶附著在鎖骨上,與三角肌和斜方肌內(nèi)腱膜交錯連在一起。

1.1 肩鎖韌帶 成人肩鎖關(guān)節(jié)前后徑平均為 19 mm,上下徑為 9 mm,肩鎖關(guān)節(jié)是鎖骨外側(cè)和肩峰內(nèi)側(cè)所形成的滑膜關(guān)節(jié),鎖骨遠(yuǎn)端呈輕微圓形,匹配肩峰的外形。肩峰與鎖骨之間由肩鎖韌帶連接起來,因?yàn)樗拈L度短,所以難以精確測量,它的厚度為 0.20～0.55 cm。這條韌帶又分上關(guān)節(jié)囊韌帶和下關(guān)節(jié)囊韌帶,上關(guān)節(jié)囊韌帶比下關(guān)節(jié)囊韌帶厚[3]。斜方肌和三角肌腱膜與上關(guān)節(jié)囊韌帶混在一起,這能加強(qiáng)鎖骨肩峰端的穩(wěn)定性。

1.2 肩鎖關(guān)節(jié)盤 肩鎖關(guān)節(jié)盤是一個很薄弱和功能不明的結(jié)構(gòu)。由于個體的差異或年齡老化等因素,每個人的情況也不同,有些會很清楚,有些只看到殘留一部分,有些則完全缺如。完整的肩鎖關(guān)節(jié)盤顯示為纖維軟骨組織,環(huán)繞著肩鎖關(guān)節(jié)囊的上方及下方。殘留的肩鎖關(guān)節(jié)盤只有一部分在關(guān)節(jié)囊上方[4]。通常肩鎖關(guān)節(jié)盤多出現(xiàn)在肩鎖關(guān)節(jié)囊上方,與上關(guān)節(jié)囊韌帶結(jié)合在一起。

1.3 喙鎖韌帶 鎖骨與喙突之間距離平均為 1.2 cm,由喙鎖韌帶連接在一起,喙鎖韌帶是由兩條韌帶所組成的“V”形結(jié)構(gòu),分別是外側(cè)的斜方韌帶和內(nèi)側(cè)的錐韌帶,男性錐韌帶的長度為(33.5±4.4)mm,女性為(28.9± 2.5)mm,男性斜方韌帶的長度為(16.7±2.4)mm,女性為(16.1±1.4)mm,它們起著懸吊肩鎖關(guān)節(jié)的作用[2]。錐韌帶為錐形,其根部在喙突上 ,與喙突平行 ,螺旋上升到鎖骨外 1/3的中下方 ,錐韌帶還會與鎖骨下方筋膜結(jié)合在一起,能防止肩鎖關(guān)節(jié)向上、向前或旋轉(zhuǎn)移位。斜方韌帶位于錐韌帶外側(cè),也是從喙突的上方伸展到鎖骨的外下方,它從喙突到鎖骨的伸展方向幾乎是水平伸展,因此能防止肩鎖關(guān)節(jié)向后或少許旋轉(zhuǎn)移動。這兩條韌帶在喙突上融合在一起,但在鎖骨上存在一段距離[3]。錐韌帶由喙突到鎖骨上成垂直位置,而斜方韌帶成橫向位置,兩條韌帶構(gòu)成垂直關(guān)系。斜方韌帶成四邊形,而錐韌帶比斜方韌帶小,成圓錐形,它在喙突的著落點(diǎn)比較寬 ,寬度逐漸變小向鎖骨下方附著。在兩條韌帶之間存在著滑液囊,滑液囊填充兩條韌帶及喙突到鎖骨之間的空隙。

1.4 喙肩韌帶 喙突與肩峰之間由喙肩韌帶相連接,喙肩韌帶是一條三角形的韌帶,在喙突外側(cè)緣向后變窄,到肩鎖關(guān)節(jié)前方又變寬延伸到肩峰尖上,喙肩韌帶從喙突基底延伸,位于喙鎖韌帶的下部,被肩峰下方關(guān)節(jié)囊組織分離,喙肩韌帶前后緣較寬,由堅(jiān)韌的纖維束組成,中部較薄甚至缺如[5]。韌帶把肩峰及喙突包圍,增加肱骨的穩(wěn)定性。喙肩韌帶的結(jié)構(gòu)寬而長,長度 3.1～4.9 cm,寬 0.95～2.8 cm。在喙突的起點(diǎn)平均 3.7 cm,范圍在 2.8～5.0 cm,而在肩峰的止點(diǎn)平均 1.5cm,范圍在 0.7～2.5cm。在顯微鏡下可看到喙肩韌帶纖維與肩鎖關(guān)節(jié)前關(guān)節(jié)囊結(jié)合在一起,這是為了防止肩鎖關(guān)節(jié)脫位,如果喙鎖韌帶脫位,則上下關(guān)節(jié)囊斷裂[4]。喙肩韌帶的功能是緩沖肩峰和肩袖之后的碰撞,支持下關(guān)節(jié)囊韌帶和喙鎖韌帶。所以喙肩韌帶斷裂,韌帶纖維會逐漸萎縮,導(dǎo)致失去緩沖功能。

1.5 三角肌 三角肌起于鎖骨外側(cè) 1/3、肩峰及肩胛岡,從前、外、后三面包繞肩關(guān)節(jié),形成肩部膨隆,其前部肌束行向外下后方,中部肌束行向下方,后部肌束行向外下前方,三部分肌束集中成粗壯的的止腱,止于肱骨三角肌粗隆[6]。三角肌前部纖維覆蓋肱二頭肌和喙肱肌,后部纖維覆蓋岡上肌、崗下肌、小圓肌和大圓肌的止點(diǎn)及肱三頭肌長頭的起點(diǎn)。三角肌深面的血管神經(jīng)束有旋肱前、后血管和腋神經(jīng)。腋神經(jīng)為臂叢后束的分支,與旋肱后動脈一起通過四邊孔,在三角肌后緣中點(diǎn),緊靠肱骨外科頸后面走行[7]。三角肌的作用為肩關(guān)節(jié)外展,前部纖維使肩關(guān)節(jié)前屈和內(nèi)旋,后部纖維則使肩關(guān)節(jié)后伸和外旋。三角肌附著在鎖骨遠(yuǎn)端及前方,另外還附著在肩峰上與斜方肌結(jié)合在一起,特別在肩鎖關(guān)節(jié)相關(guān)韌帶損傷時起著主要的穩(wěn)定肩鎖關(guān)節(jié)作用。

1.6 斜方肌 位于頸部和背上部的淺層。起自上項(xiàng)線、枕外隆凸、項(xiàng)韌帶、第 7頸椎和全部胸椎棘突,止于鎖骨外側(cè) 1/3、肩峰和肩胛骨[8]。它由第十一對腦神經(jīng)自頸靜脈孔出顱后,向下外行于胸鎖乳突肌的深面,從該肌后緣中點(diǎn)斜越頸外側(cè)區(qū),入斜方肌深面,支配該肌。作用是使肩胛骨向脊柱靠攏,上部及中部纖維可提肩,上部肌纖維可把鎖骨提起,中部肌纖維可使肩胛骨上抬,下部纖維可降肩。

2 生物力學(xué)分析

2.1 肩鎖關(guān)節(jié)活動 Rockwod[9]報(bào)道指出,肩鎖關(guān)節(jié)在肩關(guān)節(jié)前舉 和外展至 180°時會出現(xiàn) 5°～ 8°的移動 ,前舉到 180°時鎖骨會出現(xiàn) 40°～ 50°的旋轉(zhuǎn)。這個前舉活動結(jié)合肩胛骨的旋轉(zhuǎn)活動。外展及前舉活動由鎖骨上旋和肩胛骨下旋同時活動來完成,需要喙鎖韌帶協(xié)調(diào)。

肩鎖關(guān)節(jié)活動有著重要的臨床意義,因?yàn)樵诩珂i關(guān)節(jié)融合或與喙鎖螺釘穩(wěn)定喙突和鎖骨時會影響肩關(guān)節(jié)完全上舉或外展活動,如果肩關(guān)節(jié)過分上舉或外展活動會使這樣的植入物出現(xiàn)提前退化和斷裂。

有學(xué)者針對這個微動關(guān)節(jié)進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn),他分別以 70N的應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié)的前方、上方和后方,測試肩鎖關(guān)節(jié)在同一應(yīng)力下不同方向的變化,由于錐韌帶及斜方韌帶結(jié)構(gòu)及位置的不同,就算同一應(yīng)力下所受的負(fù)荷也不相同。

2.2 肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶 在很多生物力學(xué)測試中證明韌帶對肩鎖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性起著重要的作用[10]。用 70N的應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié)前方,上肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶能承擔(dān)(24±14)N的應(yīng)力,而斜方韌帶和下肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶分別能承擔(dān)(23±15)N和(14±12)N的應(yīng)力,這說明上肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶在承受前方的應(yīng)力中起著主要作用,表明肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶能夠有效控制鎖骨遠(yuǎn)端向后移位。這條韌帶在不同的位置受傷都會引起鎖骨遠(yuǎn)端不同的移位。如果肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶前下方斷裂不會造成鎖骨遠(yuǎn)端明顯向后移位,但在后上方斷裂就會造成鎖骨遠(yuǎn)端向后移位。肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶后方和上方韌帶,分別分散鎖骨遠(yuǎn)端向后移位的 56%和 25%的作用力。鎖骨遠(yuǎn)端后水平不穩(wěn)定可導(dǎo)致鎖骨后外側(cè)插入肩胛骨上。穩(wěn)定鎖骨位移能夠有效地避免肩鎖關(guān)節(jié)脫位時鎖骨遠(yuǎn)端向肩胛骨移位時帶來的疼痛。

2.3 喙鎖韌帶 研究指出,當(dāng) 70 N應(yīng)力作用在后方時,錐韌帶和斜方韌帶出現(xiàn)橫向水平面升高,順著纖維排列緊密在一起。一旦應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié)前方,錐韌帶和斜方韌帶橫向后移位,并與肩胛骨的后方矢狀位方向一致。應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié)上方,錐韌帶和斜方韌帶位置和方向相對,所以鎖骨只會垂直上下移動[11]。用 70N的應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié)上方,錐韌帶是抵抗應(yīng)力的主要部位,因?yàn)樗艹袚?dān)(49±22)N的應(yīng)力,而上肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶和下肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶只能承擔(dān)(25±11)N和(9±9)N的應(yīng)力。錐韌帶負(fù)責(zé)承擔(dān)作用在肩鎖關(guān)節(jié)上方的拉力,而作用在肩鎖關(guān)節(jié)后方的應(yīng)力主要由斜方韌帶承擔(dān)。Debski用生物力學(xué)的方法來測試肩鎖關(guān)節(jié)的強(qiáng)度。用 70 N的作用力分別向前、后、上三個方向作用在鎖骨上,鎖骨遠(yuǎn)端會向前移位 (5.1± 2.0)mm,向后移位 (5.6±2.2)mm,向上移位(4.2±1.9)mm。又有研究指出用不足10 N的應(yīng)力作用在肩鎖關(guān)節(jié),平均在前方用(9±6)N,后方用 (9±7)N,肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶會出現(xiàn)分離現(xiàn)象,這個發(fā)現(xiàn)正好證明肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶能達(dá)到前后平衡。而拉力作用在上方時,力量要平均達(dá)到 20 N才能使肩鎖關(guān)節(jié)囊韌帶分離 ,這是前后負(fù)荷的兩倍。而錐韌帶及斜方韌帶之間存在垂直關(guān)系,更好證明了肩鎖關(guān)節(jié)向上的抗作用力比前后的抗作用力大。錐韌帶有很強(qiáng)地抗向上作用力的作用,而斜方韌帶能夠抵抗向后的作用力,這兩條韌帶幾乎是同源的,它們的差別是方向相對[11]。在治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位時主要考慮重建喙鎖韌帶,特別在鎖骨遠(yuǎn)端向后方移位時,重建喙鎖韌帶更加重要。在正常情況下,切除鎖骨遠(yuǎn)端不會影響喙鎖韌帶結(jié)構(gòu)[10]。但切除鎖骨遠(yuǎn)端會破壞肩鎖韌帶,使肩鎖韌帶原要承受的應(yīng)力都集中在錐韌帶和斜方韌帶上,增加鎖骨遠(yuǎn)端不穩(wěn)定。

2.4 喙肩韌帶[12]喙肩韌帶使肱盂關(guān)節(jié)穩(wěn)定,防止肱骨頭向前上方移位。喙肩韌帶斷裂常發(fā)生在肩峰下減壓,伴除著鎖骨遠(yuǎn)端切除。在切除喙肩韌帶后進(jìn)行生物力學(xué)測試,分別用 70N應(yīng)力作用在鎖骨遠(yuǎn)端前、后、上三個方向,肩鎖關(guān)節(jié)無明顯向前、后、上三個方向移位。

2.5 三角肌及斜方肌[13]三角肌及斜方肌都附著在肩鎖關(guān)節(jié)的上方,這能保護(hù)和加強(qiáng)肩鎖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,使關(guān)節(jié)活動時保持鎖骨遠(yuǎn)端的穩(wěn)定性,三角肌起著動態(tài)懸吊作用,使肩鎖關(guān)節(jié)在活動時得到保護(hù)及穩(wěn)定作用。而斜方肌腱膜附著在鎖骨遠(yuǎn)端,斜方肌中部纖維可內(nèi)收肩胛骨,上下部纖維成為力偶聯(lián)合收縮,可使肩胛骨外旋,當(dāng)臂外展外旋時,使肩胛骨抗阻力內(nèi)收,如作挺胸動作時,斜方肌中部纖維收縮,上下部纖維可穩(wěn)定肩胛骨,使其無旋轉(zhuǎn)動作。

2.6 鎖骨遠(yuǎn)端切除 鎖骨遠(yuǎn)端切除能有效治療肩鎖關(guān)節(jié)脫位后帶來的肩部疼痛。Branch等研究指出切除鎖骨遠(yuǎn)端5 mm的肩鎖關(guān)節(jié),會增加鎖骨遠(yuǎn)端上下前后方的不穩(wěn)定,特別在鎖骨遠(yuǎn)端進(jìn)行旋轉(zhuǎn)活動時更加不穩(wěn)定[14]。

Debski等調(diào)查在關(guān)節(jié)鏡下行肩峰成形術(shù)切除鎖骨遠(yuǎn)端、喙肩韌帶和上肩鎖關(guān)節(jié)韌帶時,鎖骨遠(yuǎn)端前方穩(wěn)定性減少,導(dǎo)致鎖骨向后移位[7]。常規(guī)用關(guān)節(jié)鏡或切開手術(shù)進(jìn)行鎖骨遠(yuǎn)端切除會帶給患者肩部長期不穩(wěn)定和預(yù)后不良,當(dāng)鎖骨遠(yuǎn)端切除后,鎖骨遠(yuǎn)端會失去關(guān)節(jié)囊、韌帶和關(guān)節(jié)上的組織,使其穩(wěn)定性降低,使鎖骨遠(yuǎn)端向后方移位的百分比增加 30%。

肩鎖關(guān)節(jié)功能上屬微動關(guān)節(jié),與胸鎖關(guān)節(jié)、肩胛骨胸壁連接共同構(gòu)成肩帶,主要有上下、前后、旋轉(zhuǎn)三種基本運(yùn)動形式[15],在肩胛帶功能和動力學(xué)上占有非常重要的位置。肩鎖關(guān)節(jié)和胸鎖關(guān)節(jié)一起在上肢外展 180°活動中提供 60°的活動范圍,同時參與肩關(guān)節(jié)的前屈和后伸運(yùn)動。生物力學(xué)分析,當(dāng)肩外展 90°時,肩鎖關(guān)節(jié)的應(yīng)力已接近人體體重的 2倍 ,故而肩鎖關(guān)節(jié)是一個力的傳遞關(guān)節(jié),是肩關(guān)節(jié)靈活運(yùn)動的支撐點(diǎn)。因此,當(dāng)發(fā)生肩鎖關(guān)節(jié)脫位時,不僅會產(chǎn)生肩鎖關(guān)節(jié)疼痛、活動異常等癥狀,而且極大影響整個上肢的力量和運(yùn)動的靈活性。

3 總 結(jié)

肩鎖關(guān)節(jié)解剖、活動、強(qiáng)度與其他關(guān)節(jié)不同[12],本文擬通過生物力學(xué)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使我們了解重建喙鎖韌帶和肩鎖韌帶的重要性,更加了解肩鎖關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)和功能,使脫位的病人得到正確診斷、評估及治療。

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