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損傷時應(yīng)重點修復(fù)或重建MCL前束以穩(wěn)定肘關(guān)節(jié)［1］。對MCL前束的生物力學(xué)研究是近年來熱門研究方向，國內(nèi)外很多學(xué)者通過多種方法對MCL的生物力學(xué)進行測試，對韌帶的形態(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)力等多方面進行研究，闡述其對肘關(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，國內(nèi)采用壓敏膠片對肘關(guān)節(jié)進行應(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 實驗標(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)試驗機(長春試驗機研究所);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);醫(yī)用人工肌腱(山西奧瑞生物材料有限公司，中國);2.0 mm骨圓針(揚州市江州醫(yī)療器械有限公司，中國);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)本分為實驗組、對照組，每組12例，在不同肘關(guān)節(jié)屈曲角度下，分別測量關(guān)節(jié)外翻松弛度、肱尺關(guān)節(jié)受力面積及平均壓強。

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)，螺栓穿過骨孔，雙側(cè)螺母固定肱骨防止其在螺栓上滑動，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，以便測量關(guān)節(jié)在外翻應(yīng)力下的張開角度，用以評價關(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)試驗機操作平臺垂直，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，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，對肘關(guān)節(jié)施加外翻應(yīng)力。開啟生物力學(xué)試驗機，設(shè)定實驗材料為非金屬，實驗方法為壓縮，實驗控制方式為速度控制，壓縮速度為5 mm/min。對肘關(guān)節(jié)施加150 N的軸向壓力。此時，采集肘關(guān)節(jié)屈曲0°且MCL完整時的關(guān)節(jié)張開角度及顯色的壓敏膠片。使用壓敏膠片數(shù)據(jù)讀出器對每個壓敏膠片上的四個不同區(qū)域進行測量，計算出每個壓敏膠片的平均壓強，應(yīng)用Photoshop圖像分析軟件及工作電腦計算每個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，螺栓穿過骨孔，雙側(cè)螺母通過帶有角度的斜墊固定肱骨，防止其在螺栓上滑動，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)試驗機操作平臺垂直。其余操作方法與肘關(guān)節(jié)屈曲0°時相同，即可獲得肘關(guān)節(jié)在屈曲30°及60°時的關(guān)節(jié)張開角度及顯色的壓敏膠片。測量肘關(guān)節(jié)屈曲90°的數(shù)據(jù)時，因近端螺栓無適當(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°的骨孔穿過螺栓，才能獲得屈曲90°的肘關(guān)節(jié)。分別對各具標(biāo)本進行測量并記錄數(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)計學(xué)分析應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件，計量資料以±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，組間比較采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 關(guān)節(jié)外翻松弛度的測量結(jié)果 實驗組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時組內(nèi)比較關(guān)節(jié)松弛度小于其余三個角度(P＜0.05)，而在其余各角度兩兩比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);對照組組內(nèi)兩兩比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);實驗組與對照組各屈曲角度組間比較均差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。見表1。

2.2 關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強的測量結(jié)果 實驗組在肘關(guān)節(jié)各屈曲角度下平均壓強組內(nèi)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);對照組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時平均壓強小于其他屈曲角度(P＜0.05)，而其余各角度組內(nèi)兩兩比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);實驗組與對照組各屈曲角度組間比較均有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)。見表 2。

2.3 關(guān)節(jié)內(nèi)接觸面積的測量結(jié)果 實驗組在肘關(guān)節(jié)各屈曲角度下關(guān)節(jié)內(nèi)接觸面積組內(nèi)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);對照組在肘關(guān)節(jié)屈曲0°時接觸面積大于其余三個角度(P＜0.05)，其余各角度組內(nèi)兩兩比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05);實驗組與對照組各屈曲角度組間比較均差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P ＜0.05)。見表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值對照組 1.01 ±0.25 1.17 ±0.33 1.11 ±0.15 1.01 ±0.21 1.260 ＞0.05實驗組 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n=12，MPa，±s

表2 肱尺關(guān)節(jié)平均壓強n=12，MPa，±s

組別 0° 30° 60° 90° F 值 P值對照組 1.14 ±0.19 1.52 ±0.23 1.54 ±0.17 1.51 ±0.24 3.237 ＜0.05實驗組 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值對照組 11.20 ±1.19 9.87 ±1.23 9.74 ±1.17 9.93 ±1.24 4.372 ＜0.05實驗組 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°時對肘關(guān)節(jié)的側(cè)方穩(wěn)定發(fā)揮主要作用，但絕大多數(shù)的上肢運動是在肘關(guān)節(jié)屈曲20°到120°內(nèi)完成，此時骨性結(jié)構(gòu)對肘關(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)對抗外翻應(yīng)力的主要結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到國內(nèi)外廣大學(xué)者的一致認(rèn)可［6－8］。動力穩(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 實驗組在肘關(guān)節(jié)不同屈曲角度下，外翻松弛度、平均壓強與接觸面積與對照組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，表現(xiàn)在松弛度及關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強增大和接觸面積減小，說明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?；顒?，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。對照組肘關(guān)節(jié)屈曲0°時關(guān)節(jié)的平均壓強及接觸面積較其他角度組內(nèi)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，考慮是由于在關(guān)節(jié)伸直位時骨性結(jié)構(gòu)對關(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)阻擋以及伸直位時肱尺關(guān)節(jié)匹配程度高于肘關(guān)節(jié)屈曲時(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，實驗組在0°時關(guān)節(jié)松弛度在組間比較時較其余角度減少(P＜0.05)，也可能是由于這種原因?qū)е隆Ｍ瑫r，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，但此時關(guān)節(jié)內(nèi)壓強已增大及接觸面積的變小與其他屈曲角度并無明顯區(qū)別，說明如果沒有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 造成實驗誤差的影響因素

3.3.1 實驗標(biāo)本對實驗結(jié)果可能造成的影響:本實驗標(biāo)本例數(shù)(12例)較少，小樣本實驗對象在數(shù)據(jù)采集和進行統(tǒng)計學(xué)處理時易產(chǎn)生誤差，在數(shù)據(jù)分析易于出現(xiàn)以點帶面的情況，使得出的結(jié)論有失偏頗。本實驗標(biāo)本非新鮮尸體標(biāo)本，標(biāo)本的長時間保存使關(guān)節(jié)囊及韌帶組織的韌性及強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)本保存時間也不盡相同，對實驗結(jié)果也會產(chǎn)生一定的影響。

3.3.2 壓敏膠片的使用對實驗結(jié)果可能造成的影響:肘關(guān)節(jié)的解剖特點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)部時相當(dāng)困難。我們采取自關(guān)節(jié)前方放入壓敏膠片時，需切開前關(guān)節(jié)囊，有時甚至需要部分切開撓側(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，在放入過程中的任何不小心對它的擠壓均可產(chǎn)生顯色，造成對受力面積和壓強測定結(jié)果的誤差。此外，室內(nèi)溫度及濕度都會對壓敏膠片顯色產(chǎn)生影響，故應(yīng)在盡量保持溫、濕度恒定的基礎(chǔ)上盡快完成實驗，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)運動，造成壓敏膠片碾挫，造成壓敏膠片褶皺影響測量結(jié)果。

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