肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束重建后肱橈關(guān)節(jié)的生物力學(xué)變化

賈永利，左憲宏，張培楠*，楊新明，張鑫，杜鑫沖，陰彥林，宗治國

(1.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院骨科，河北 張家口 075000；2.張家口學(xué)院護(hù)理學(xué)院，河北 張家口 075000)

肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束是維持肘關(guān)節(jié)外翻穩(wěn)定性的重要組織結(jié)構(gòu)[1-5]。肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶(medial collateral ligament，MCL)前一旦損傷，不僅造成肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，還可能導(dǎo)致肱橈關(guān)節(jié)產(chǎn)生慢性創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎[6-9]，從而嚴(yán)重影響肘關(guān)節(jié)屈伸及旋轉(zhuǎn)功能。因此對于肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束的研究已經(jīng)成為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題[10]，本研究擬用生物力學(xué)的方法分別測量肱橈關(guān)節(jié)在肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束(anterior bundel of medial collateral ligament，AMCL)完整組和重建組的壓強(qiáng)和受力面積，探討AMCL完整及重建后對肱橈關(guān)節(jié)的影響，降低肱橈關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率?，F(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本及制備 選擇20個(gè)年齡在20～50歲之間，尸體保存時(shí)間小于3年，且不具有肘部畸形、未接受過肘部手術(shù)的標(biāo)本，男女各10個(gè)，以肘關(guān)節(jié)為中心，剔除多余軟組織，只保留肘關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)囊和內(nèi)側(cè)副韌帶，制備成滿足實(shí)驗(yàn)條件的標(biāo)本，以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)器械 a)自制標(biāo)本固定架和牽引架；b)CSS-4402型生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)；c)牙托粉和自凝水；d)超低壓雙片型壓敏膠片及壓敏膠片數(shù)據(jù)讀出器；e)醫(yī)用人工肌腱及界面螺釘；f)電鋸、電鉆及鉆頭。

1.3 實(shí)驗(yàn)分組 按照重建前后將標(biāo)本分為對照組(肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束完整組)及實(shí)驗(yàn)組(肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束重建組)，通過儀器測量，獲得兩組標(biāo)本在多個(gè)屈曲角度(0°、30°、60°、90°)下肘關(guān)節(jié)外翻松弛度、肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)的壓強(qiáng)和關(guān)節(jié)接觸面積。

1.4 制備壓敏膠片 在肱橈關(guān)節(jié)后側(cè)做一橫行切口，用棉簽將亞甲藍(lán)涂抹于肱橈關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面，將比橈骨小頭上關(guān)節(jié)面稍大的白紙放入關(guān)節(jié)后進(jìn)行加壓，取出白紙，按照亞甲藍(lán)在白紙上形成的圖案形狀修剪壓敏膠片，使其與肱橈關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面相匹配，最后用保鮮膜包裹壓敏膠片避免污染，以此方法制作多個(gè)備用。

1.5 實(shí)驗(yàn)過程 首先將自制的固定架安裝在生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，然后再把制備好的標(biāo)本固定在自制固定架上，具體固定方法如下：第一步，在肱骨近端約10 cm處垂直肱骨長軸矢狀面用10 mm電鉆鉆透雙側(cè)皮質(zhì)，再將自制直徑10 mm全螺紋螺栓穿過骨道，2枚螺母加壓固定肱骨，防止其在螺栓上移；第二步，將標(biāo)本的尺橈骨遠(yuǎn)端固定于調(diào)好的牙脫粉內(nèi)，凝固后將整個(gè)肘關(guān)節(jié)標(biāo)本固定于自制固定架上，調(diào)整自制固定架角度，使標(biāo)本前臂部分垂直于生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)操作臺。

肘關(guān)節(jié)外翻松弛度是通過肘關(guān)節(jié)在外翻應(yīng)力作用下的張開角度進(jìn)行測量，當(dāng)標(biāo)本固定穩(wěn)妥后，以肱橈關(guān)節(jié)間隙為中心，遠(yuǎn)近端各1 cm處垂直肱骨和尺骨長軸冠狀面分鉆入1根1.5 mm克氏針，并使2根克氏針處于平行位置，對關(guān)節(jié)施加外翻應(yīng)力后測量2根克氏針夾角。

將肘關(guān)節(jié)標(biāo)本調(diào)整至屈曲0°位，于固定架螺栓下方8 cm處平行螺栓鉆入1根1.5 mm克氏針，并在此處施加1.875 kg的外翻力量，算得肘關(guān)節(jié)承受的扭矩為1.5 N·m。對肘關(guān)節(jié)實(shí)施縱向牽引充分暴露肱橈關(guān)節(jié)間隙，經(jīng)后側(cè)原切口將壓敏膠片放進(jìn)肱橈關(guān)節(jié)間隙，松開縱向牽引，在軸向壓力為150 N、壓縮速度為5 mm/min的條件下測量肘關(guān)節(jié)張開角度，關(guān)節(jié)接觸面積的獲取是通過Photoshop軟件計(jì)算出顯影最好的壓敏膠片的顯影面積，最后將每張壓敏膠片的6個(gè)不同部位分別放入數(shù)據(jù)讀取設(shè)備獲得壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，最后算出平均值。同法測量肘關(guān)節(jié)屈曲30°、60°、90°的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

結(jié)束對照組的測量之后，解剖并切斷肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束，而后借助界面螺釘及人工肌腱對其進(jìn)行重建，重復(fù)參照組的實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)而獲得實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

2 結(jié) 果

2.1 肘關(guān)節(jié)外翻松弛度 對照組和實(shí)驗(yàn)組組內(nèi)及組間所測屈曲角度間(0°、30°、60°、90°)關(guān)節(jié)外翻松弛度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表1)。

2.2 肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng) 測得對照組(MCL前束完整組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的平均壓強(qiáng)為(1.21±0.11)MPa、(1.39±0.23)MPa、(1.49±0.10)MPa、(1.40±0.24)MPa，0°位時(shí)肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)明顯小于其余三個(gè)角度，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其余三個(gè)角度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；測得實(shí)驗(yàn)組(MCL前束重建組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的平均壓強(qiáng)為(1.25±0.31)MPa、(1.51±0.27)MPa、(1.57±0.22)MPa、(1.52±0.19)MPa，屈曲0°時(shí)肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)也明顯小于其余三個(gè)角度，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其余三個(gè)角度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；對照組與實(shí)驗(yàn)組在不同屈曲角度下進(jìn)行組間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(見表2)。

2.3 肱橈關(guān)節(jié)接觸面積 對照組(MCL前束完整組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的肱橈關(guān)節(jié)接觸面積為(4.35±0.19)cm2、(3.02±0.25)cm2、(2.89±0.17)cm2、(3.13±0.24)cm2，0°時(shí)肱橈關(guān)節(jié)接觸面積明顯大于其余三個(gè)角度，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其余三個(gè)角度相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；實(shí)驗(yàn)組(MCL前束重建組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的肱橈關(guān)節(jié)接觸面積為(3.94±0.31)cm2、(2.41±0.27)cm2、(2.56±0.22)cm2、(2.95±0.19)cm2，0°時(shí)肱橈關(guān)節(jié)接觸面積分別與其余三個(gè)角度相比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其余三個(gè)角度比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；對照組與實(shí)驗(yàn)組在肘關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的肱橈關(guān)節(jié)接觸面積分別兩兩比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(見表3)。

表2 兩組不同屈曲角度肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)壓強(qiáng)測量

表3 兩組不同屈曲角度肱橈關(guān)節(jié)受力面積測量

3 討 論

3.1 肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束重建的理論基礎(chǔ) 肘關(guān)節(jié)的主要功能是屈伸和旋轉(zhuǎn)功能，只要肘關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)范圍能夠達(dá)到20°～120°之間就能夠滿足人類大部分日常功能[11]。而在此范圍內(nèi)肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶和橈骨小頭又是維持肘關(guān)節(jié)外翻穩(wěn)定性的主要結(jié)構(gòu)[12]。國外有研究表明，肘關(guān)節(jié)屈曲120°時(shí)受外力作用最容易損傷內(nèi)側(cè)副韌帶[13]。肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶外形呈上窄下寬的放射狀結(jié)構(gòu)，起始于肱骨內(nèi)上髁下方，向下附著于尺骨冠突尺側(cè)緣，由前束、后束、斜束三部分組成[14-16]，其中前束最為堅(jiān)韌，可承受260 N的負(fù)荷，對維持肘關(guān)節(jié)外翻穩(wěn)定性較后束和斜束更為重要。本課題組前期研究與國內(nèi)林艷紅等[17]研究均表明，當(dāng)肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶斷裂后，肘關(guān)節(jié)的外翻角度和肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)壓強(qiáng)都將增大，如不及早修復(fù)內(nèi)側(cè)副韌帶必然導(dǎo)致肱橈關(guān)節(jié)軟骨破壞形成創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎，繼而影響肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)功能。因此我們認(rèn)為早期重建肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束對維持肘關(guān)節(jié)穩(wěn)定性具有重要意義。

3.2 肘關(guān)節(jié)尺側(cè)副韌帶前束重建的生物力學(xué)評價(jià) 本組實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示：在作用力維持不變的條件下，MCL前束完整組不論肘關(guān)節(jié)處于0°、30°、60°、90°中的任何角度，其關(guān)節(jié)松弛度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。當(dāng)肘關(guān)節(jié)處于伸直位時(shí)關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓強(qiáng)最小，受力面積最大，差異與其他角度比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而其余各角度肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)的壓強(qiáng)和受力面積比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由此可見，正常的肘關(guān)節(jié)在伸直位時(shí)肱橈關(guān)節(jié)內(nèi)的壓強(qiáng)與受力面積與其余角度差異較大，主要受骨性結(jié)構(gòu)影響，在此位置骨性結(jié)構(gòu)對肘關(guān)節(jié)的穩(wěn)定作用較韌帶更強(qiáng)[18]；同時(shí)還可以說明在肘關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)完整時(shí)，不論肘關(guān)節(jié)在何種位置都處于穩(wěn)定狀態(tài)，關(guān)節(jié)松弛度、壓強(qiáng)及受力面積只與作用力大小有關(guān)。

在同等負(fù)荷下，當(dāng)肘關(guān)節(jié)處于0°、30°、60°、90°中的任何角度時(shí)，重建組的關(guān)節(jié)內(nèi)壓強(qiáng)、受力面積及關(guān)節(jié)松弛度與完整組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，所以我們認(rèn)為通過界面螺釘固定人工肌腱重建肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶前束能夠迅速恢復(fù)肘關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，但是本研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段，所得數(shù)據(jù)還需在臨床中進(jìn)一步驗(yàn)證。