兔肩關節(jié)前向不穩(wěn)實驗模型的建立

印鈺 敖英芳 王健全 劉平 梅宇

北京大學第三醫(yī)院運動醫(yī)學研究所（北京 100191）

創(chuàng)傷性前向不穩(wěn)是最常見的肩關節(jié)運動損傷，常見于橄欖球、摔跤、體操、手球等運動項目中。由于肩關節(jié)的解剖特點是有“高度的靈活性”，故很容易發(fā)生脫位。根據(jù)一般創(chuàng)傷統(tǒng)計，其發(fā)生率約占全身關節(jié)脫位的50%。隨著其發(fā)病率明顯增加，有關治療學的研究已引起臨床界的極大關注［1］。肩關節(jié)在首次脫位發(fā)生后，年齡小于20歲的患者復發(fā)的可能會達到90～95%［2，3］。經(jīng)常參加沖撞性體育活動或過頭體育活動的患者常導致復發(fā)性肩關節(jié)不穩(wěn)，從而引發(fā)關節(jié)囊、盂唇病變［4，5］。構成肩關節(jié)的肱骨頭和關節(jié)盂也會引起不同程度的關節(jié)軟骨損害，甚至導致發(fā)生骨關節(jié)病，明顯影響體育運動能力和日常生活［6］。復發(fā)性肩關節(jié)前向不穩(wěn)的治療效果受骨結構損傷狀況、盂唇損傷情況、關節(jié)囊韌帶松弛程度等多方面因素的影響，目前療效仍然欠佳，這需要更多研究以提升其治療效果。

動物模型是骨科及運動醫(yī)學實驗研究發(fā)展的重要工具，是基礎研究與臨床應用間的橋梁。新的治療手段或手術方法在動物模型上首先嘗試操作及應用后，將為進一步的臨床治療提供寶貴的經(jīng)驗。成熟的動物模型能夠為理解疾病的自然發(fā)展過程、評價臨床治療的效果、發(fā)展新的手術技術或改進已有的手術技術提供了良好的支撐［7］。

因為人類直立行走后的肩關節(jié)活動是實驗動物無法模擬的，而相應產(chǎn)生的肩關節(jié)的解剖結構變化及生物力學特性同樣是實驗動物很難模擬的，故制作能真正模擬人類肩關節(jié)不穩(wěn)表現(xiàn)的動物模型難度很大。到目前為止，肩關節(jié)不穩(wěn)的基礎研究基本只能通過使用尸體標本進行，用于研究肩關節(jié)穩(wěn)定性方面的動物模型在國際及國內文獻中均未見報道，這是肩關節(jié)不穩(wěn)研究方面的缺憾與不足。

隨著創(chuàng)傷性肩關節(jié)不穩(wěn)發(fā)病率不斷增加。如果能夠創(chuàng)建簡單而有效的肩關節(jié)不穩(wěn)動物模型，將為了解肩關節(jié)不穩(wěn)的病因學、發(fā)病機理和評價手術技術提供有價值的科研平臺，利于治療和康復。本研究通過解剖正常兔的肩關節(jié)，了解其與人類肩關節(jié)解剖結構的相似性，并在此解剖基礎上嘗試制作兔肩關節(jié)前方不穩(wěn)的模型，并初步測量其關節(jié)活動度及關節(jié)穩(wěn)定性，為建立相對完善的兔肩關節(jié)不穩(wěn)模型和進行相關組織學及生物力學研究提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 兔肩關節(jié)活動度測定

取骨骼成熟的雄性新西蘭大白兔6只，體重2.5～3kg左右，靜脈注射藥物處死后，仰臥位平放，以其上臂自然放置時的所在位置確立為中立位，然后牽動其前臂向分別在矢狀面、冠狀面及水平面內分別向頭、尾、腹、背側活動達最大范圍，以量角器測量活動后位置與其在中立位時位置的夾角，根據(jù)人肩關節(jié)活動范圍的測量名稱，記錄兔肩關節(jié)在各方向上的活動度。

具體記錄名稱如下：（1）在矢狀面內，上臂由中立位開始向頭側方向活動定義為前屈，上臂向尾側方向活動定義為后伸，見圖1A；（2）在冠狀面內，上臂自中立位開始遠離軀干方向活動定義為外展，靠近軀干方向活動定義為內收，見圖1B；（3）在水平面內，肘關節(jié)屈曲，自中立位開始向背側方向轉動肩關節(jié)定義為外旋，向腹側方向旋轉定義為內旋，見圖1C。

1.2 兔肩關節(jié)解剖學測定

解剖上述6只兔的12個關節(jié)肩，主要觀察肩關節(jié)周圍肌肉組織、骨骼構成、盂肱關節(jié)的骨性標志等。

1.3 兔肩關節(jié)穩(wěn)定性測定

將其前肢連帶肩胛骨自胸壁處離斷：切斷固定連接肩胛骨的肩帶肌群，保留肩袖肌肉及肌腱，保留肱二頭肌、肱三頭肌等上臂肌肉。

以一手拇指及食指固定其肩胛頸內側，另一手拇指及食指固定肱骨頭下方，向關節(jié)前方（向其腹側）移動肱骨頭，操作方法見圖2。根據(jù)其移位的距離來評估其關節(jié)的穩(wěn)定性，Hawkins肱骨頭移位評分將肱骨頭的移位分為三度：1度：肱骨頭移位距離相當于肱骨頭直徑的25～50%；2度：肱骨頭移位距離相當于肱骨頭直徑的50%以上；3度：肱骨頭完全脫位于肩胛盂外。

1.4 兔肩關節(jié)前方不穩(wěn)模型制作

取骨骼成熟的雄性新西蘭大白兔18只，體重2.5～3kg左右，進行肩關節(jié)手術操作。其中12只為實驗組，手術方法見后詳述，分別于術后6周及12周（各6只）結束飼養(yǎng)并取材。其余6只為對照組，僅切開皮膚及表層肌肉組織，保留肩胛下肌、關節(jié)盂周圍組織的完整性，飼養(yǎng)至術后12周取材。

1.4.1 實驗組手術方法

兔肩關節(jié)手術在全麻下（10%烏拉坦，5ml/kg，如術中效果欠佳，可追加1ml氯胺酮肌肉內注射）進行。動物置于仰臥位，四肢分別于遠端以繃帶捆扎束于手術臺上。右前肢肘部屈曲，上臂靠于體側可外展至30°。

使用肩關節(jié)前方（腹側）切開入路。在肩關節(jié)最高點摸清鎖骨，以肩鎖關節(jié)內側鎖骨中外1/3處起，斜形切口長4～5cm，切開皮膚，并深達皮下。牽引開皮膚，切開筋膜，顯露三角肌的鎖骨頭?？汕逦鎰e出三角肌纖維中的頭靜脈，沿頭靜脈外側切開三角肌，并分離顯露下方肌層，為方便顯露還可沿鎖骨將三角肌鎖骨側作水平切開將其向外側翻開。此時可在上臂中段找到肱二頭肌腱，可將彎鉗貼著肌腱內側處的筋膜裂隙放置到胸肌下方，切開并分離下方的胸肌纖維，顯露位于肱二頭肌腱內側的喙肱?。▓D3A）。

盡量接近喙突處切斷喙肱肌肌肉及肌腱，并上下游離，肩胛下肌及肩胛下肌可以很清晰地暴露出來（圖3B）。距離其肱骨小結節(jié)止點3～5mm處切開肩胛下肌下方部分的肌肉及肌腱，切開范圍可達其肌腱寬度的1/2～2/3。將其內側斷端向內側稍作游離，并縫線標記，防止回縮過遠，便于術后縫合。肌腱下方是前方關節(jié)囊，非常薄弱但有韌性，會隨著切開肩胛下肌腱而破裂，有清亮的關節(jié)液流出。

盂肱關節(jié)顯露出來（圖3C），分離肩胛頸周圍的軟組織，以大彎鉗平行于關節(jié)盂夾持住肩胛頸并稍向上提起肩胛骨。此時讓助手握住手術側肘關節(jié)，將上臂外旋至極度，肱骨頭及關節(jié)盂明顯分離（圖3D），剪開并分離關節(jié)盂前下方的關節(jié)囊韌帶組織并切除前方盂緣組織（盂唇組織及其附著的關節(jié)盂前緣1mm的骨質部分）以形成關節(jié)前方的組織缺損。

生理鹽水沖洗傷口干凈后，內旋肩關節(jié)，縫合切開的肩胛下肌肌腱兩針。逐層縫合喙肱肌、胸肌及三角肌，最后縫合皮膚。

1.4.2 術后處理

手術后動物籠養(yǎng)，不限制其活動。術后前三天，肌肉注射40萬單位青霉素預防感染。

1.4.3 標本取材及測量

術后6周、12周按計劃分批注射過量烏拉坦處死動物。再次根據(jù)前面描述的方法檢查兔肩關節(jié)活動度。

解剖手術側肩關節(jié)，切斷固定連接肩胛骨的肩帶肌群，保留肩袖肌肉及肌腱，保留肱二頭肌、肱三頭肌等上臂肌肉。固定肩胛骨，以前面描述的方法及評分標準記錄關節(jié)穩(wěn)定性。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS11.5統(tǒng)計軟件，配對t檢驗比較實驗組術后6周及12周關節(jié)活動度，以及實驗組術后12周與對照組關節(jié)活動度，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 正常兔肩關節(jié)活動度及穩(wěn)定性測量結果

兔正常肩關節(jié)活動度如下：屈曲170°，后伸45°，外展 170°，內收 70°，內旋 70°，外旋 90°。

在固定肩胛骨，推移肱骨頭測量肩關節(jié)前向移位活動度時發(fā)現(xiàn)關節(jié)穩(wěn)定，沒有明顯移位。

2.2 正常兔肩關節(jié)解剖結果

兔肩關節(jié)骨性結構中，鎖骨、肱骨、肩胛骨的相互位置關系基本與人相同。肩胛盂周圍的骨性突起如喙突、盂上結節(jié)、盂下結節(jié)的毗鄰位置與人接近。關節(jié)盂位于肩胛骨上外側，向外、下、前與肱骨頭相對應。關節(jié)盂前緣中部同樣有因肩胛下肌走行而形成的凹陷。

兔肩關節(jié)周圍的肌肉結構，同樣存在著與人類似的三角肌、斜方肌、肩袖（岡上肌、岡下肌、小圓肌及肩胛下?。㈦哦^肌及肱三頭肌。與人的肩關節(jié)前方解剖接近的是其肩胛下肌走行于喙突及喙肱肌的下方，在通過喙突及喙肱肌和關節(jié)盂形成的拱形隧道后止于肱骨小結節(jié)。與人的肩關節(jié)不同，兔肩胛骨的肩峰是相對發(fā)育不全的結構，它形成拱門結構，岡上肌腱并不通過其下，而是岡下肌及小圓肌通過其下方。

兔關節(jié)囊結構前上部分無明顯盂唇結構，松散附著于肩胛盂。盂唇位于前下，前下部分關節(jié)囊結構明顯較前上部分致密強韌，類似于人的盂肱下韌帶復合體結構。

2.3 術后兔肩關節(jié)穩(wěn)定性檢查結果

對照組動物肩關節(jié)穩(wěn)定性正常。

所有實驗組動物關節(jié)前向穩(wěn)定性均下降。術后6周取材的6只動物中，4只發(fā)生2度前向不穩(wěn)，2只出現(xiàn)3度前向不穩(wěn)；12周檢查結果與6周時基本相同。結果見表1。

表1 術后兔關節(jié)穩(wěn)定性檢查結果（只）

2.4 術后兔肩關節(jié)活動度檢查結果

對照組肩關節(jié)活動前屈、內收、后伸與正常肩關節(jié)活動度一致，內旋、外展、外旋略受限。實驗組關節(jié)前屈、內收活動度無明顯改變，后伸、內旋、外展及外旋活動較對照組受限。

表2顯示。實驗組術后6周及12周關節(jié)活動度差異無統(tǒng)計學意義；實驗組術后12周關節(jié)活動后伸、內旋、外展及外旋角度與對照組比較差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

表2 術后兔關節(jié)活動度檢查（單位：°）

3 討論

3.1 選擇兔作為肩關節(jié)不穩(wěn)模型動物的依據(jù)

在關節(jié)不穩(wěn)的動物實驗方面，個別研究使用綿羊肩關節(jié)評估關節(jié)囊褶縫時關節(jié)囊的愈合情況是否等同于切開手術時關節(jié)囊移位術后的關節(jié)囊組織的愈合情況。Obrzut使用離體組織培養(yǎng)的綿羊肩關節(jié)去評估射頻氣化能量作用于關節(jié)囊深度及溫度特點［7］。但以上實驗均沒有涉及肩關節(jié)穩(wěn)定性的研究。

在肩關節(jié)其它常見疾病的研究方面，肩袖病變的研究一直是重點內容，所以研究肩袖病變的動物模型在最近10年中不斷發(fā)展，取得了令人滿意的實驗結果，其模型動物主要有大鼠、兔、狗、羊［8-13］。我們在用于肩袖損傷的常見實驗動物中進一步選擇了適于進行肩關節(jié)不穩(wěn)研究的實驗動物。入選的動物應符合以下四個重要的基準點：第一，模型能模仿人肩關節(jié)在結構和功能上的生物力學特性。最好是其盂肱關節(jié)的骨性結構能模仿人的盂肱關節(jié)前后向移位穩(wěn)定性檢查時的表現(xiàn)；第二，模型的盂肱關節(jié)周圍的軟組織結構在組織學方面與人的結構類似；第三，模型應該足夠大，手術操作可重復性好；第四，實驗動物易于獲得，易于飼養(yǎng)和管理，費用相對低廉。

大鼠是應用最廣的肩袖研究模型動物，但大鼠盂肱關節(jié)關節(jié)面過于細小，手術操作難度大。綿羊和山羊是體型大、體重大的動物，它們在手術后會立即使用肩帶肌肉站立起來。這種站立負重會導致該模型中的縫合常常失敗。

兔是四肢著地活動的動物，其肩關節(jié)在日常活動中的作用與人相比有很大的差別，但在肩袖損傷與修復方面，兔模型已經(jīng)得到了廣泛的應用。籠養(yǎng)時，家兔不僅有四肢著地的活動，還常有用雙下肢站立并以雙上肢抱持或扶持他物的動作，比其它常見的實驗動物相比有更多的上肢單獨活動的機會，而且其上肢承擔體重行走的負荷較少。

本實驗解剖結果顯示，兔肩關節(jié)在骨性結構、周圍肌肉組織結構及關節(jié)囊韌帶結構等均接近于人肩關節(jié)。兔盂唇及關節(jié)囊結構前部及前上部松散附著于肩胛盂，下部明顯致密強韌，類似于人盂肱下韌帶復合體結構。而與人肩關節(jié)前方更為接近的是關節(jié)盂前緣中部同樣有因肩胛下肌走行而形成的凹陷，其肩胛下肌走行于喙肱肌的下方，在通過喙突及喙肱肌和關節(jié)盂形成的拱形隧道后止于肱骨小結節(jié)（圖3A，圖3B）。

采用軀干肢體角測量發(fā)現(xiàn)兔肩關節(jié)活動度（屈曲170°，后伸 45°，外展 170°，內收 70°，內旋 70°，外旋90°）接近于人肩關節(jié)活動度（屈曲180°，后伸60°，外展180°，內收 75°，內旋 70°，外旋 90°，以上為美國國家骨科醫(yī)師學會頒布的肩關節(jié)正?；顒佣葏⒖贾担?/p>

通過研究兔的日常行走步態(tài)可知，兔行走時其前肢活動分為爪前伸用力期、中間站立期和抬起期三個時段，伴隨肩胛骨的活動，其肩部活動范圍基本接近人。而兔在爪前伸用力期時，后肢及軀干離地，前肢單獨著地并用明顯用力壓地動作，而且前肢肩關節(jié)相應位置X線片顯示其盂肱關節(jié)相對活動度超過90°，故兔的肩關節(jié)有可能模擬人類的部分肩關節(jié)動作（類似于恐懼試驗時肩關節(jié)的受力動作），具體還需要進一步相應的生物力學研究結果支持。

相比較其它動物，兔的獲得和飼養(yǎng)相對簡單，費用相對低廉。筆者所在的運動醫(yī)學研究所曾大量使用兔作為實驗動物進行內側副韌帶損傷修復、軟骨損傷修復、韌帶重建及半月板修復等實驗研究，對于兔的獲得、飼養(yǎng)、麻醉、手術及術后看護均有成熟的經(jīng)驗。

3.2 兔肩關節(jié)前向不穩(wěn)模型的初步結果

本實驗結果顯示，對照組兔肩關節(jié)活動度基本無受限表現(xiàn)，而實驗組除前屈及內收基本未受影響，后伸、外展、內旋及外旋受限明顯。

手術后對照組兔關節(jié)穩(wěn)定性正常，而實驗組明顯降低，檢查結果顯示所有實驗組兔的肩關節(jié)存在2度以上關節(jié)不穩(wěn)，表明我們采用的手術方法能制作兔肩關節(jié)前方不穩(wěn)。另外，實驗組術后6周和12周關節(jié)活動度及穩(wěn)定性情況接近，無顯著差異。隨著時間推移，實驗組關節(jié)穩(wěn)定性及活動度均無明顯改善，可見其關節(jié)功能并不能隨康復時間增加而自行恢復。

由于在手術中兔肩關節(jié)前方肌肉組織切開較多，縫合后會造成一定程度的瘢痕形成，導致所有手術后肩關節(jié)的外展外旋活動度出現(xiàn)不同程度下降。外展外旋活動度下降會在一定程度上限制肩關節(jié)的前向移位。但實驗組動物結果顯示，其關節(jié)前方的穩(wěn)定性明顯下降，提示瘢痕化的內收內旋的肌肉組織并不能進一步幫助肩關節(jié)穩(wěn)定，由此提示切斷關節(jié)囊韌帶及切除盂唇組織對于肩關節(jié)前方穩(wěn)定性的影響較大。

3.3 兔肩關節(jié)前向不穩(wěn)模型的缺點和前景

本實驗存在以下不足。首先，兔關節(jié)盂相對較小，手術操作難度稍大，但經(jīng)過摸索后手術入路基本定型，手術操作重復率大為提升。二是兔前肢是負重肢體，其在日?；顒又胁⒉荒苷嬲M引起人肩關節(jié)前向不穩(wěn)的過頭活動。

我們將在初步探索的基礎上繼續(xù)研究，進一步了解該模型的優(yōu)點和局限性，為肩關節(jié)前方不穩(wěn)的臨床研究及實驗研究提供新的思路。我們準備進一步進行盂唇移植重建后觀察其組織學變化，同時設計并研究兔盂肱關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學測定系統(tǒng)及相關模具用以評估量化盂唇移植后的關節(jié)穩(wěn)定性變化，以進一步完善該實驗模型并努力拓寬其應用前景。

4 小結

本實驗通過初步建立兔盂肱關節(jié)前向不穩(wěn)模型，證明兔是建立肩關節(jié)不穩(wěn)動物模型和進行相關實驗研究的合適動物，本實驗所建立的兔肩關節(jié)脫位模型適用于盂肱關節(jié)前向不穩(wěn)的研究。

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