月骨周圍背側脫位韌帶損傷及手術修復后的生物力學研究

靳亮　于亞東　白延斌　于曉飛

作者單位: 050011石家莊市，河北醫科大學第三醫院

月骨周圍背側脫位韌帶損傷及手術修復后的生物力學研究

靳亮于亞東白延斌于曉飛

作者單位: 050011石家莊市，河北醫科大學第三醫院

【摘要】目的觀察月骨周圍背側脫位的韌帶損傷，評估月骨周圍韌帶對腕關節背伸穩定性的影響。方法選用9例新鮮的自愿捐獻的上肢標本，用自制的實驗固定架固定上肢標本，通過CSS-44020系列生物力學機，使腕關節處在30°背伸、30°尺偏位置，對腕關節施加垂直負荷，速度為5 N/s，當負荷達到300 N后停止加速施壓，維持負荷60 s，制作月骨周圍背側脫位的病理模型(損傷標本)。分離和解剖出韌帶的損傷情況。將上述的標本脫位的腕骨及移位的骨折塊復位，再經舟狀骨遠側骨折段穿針經近側段至月骨，經三角骨穿針至月骨做固定，另一枚克氏針固定三角骨及舟狀骨，拍攝平片，確定復位、穿針固定無誤(單純克氏針修復組: B組) :采用4號絲線間斷縫合修復上述標本中損傷的韌帶(克氏針加韌帶修復組: C組)。并按此順序分別對3組標本進行生物力學測試，通過CSS-44020系列生物力學機，在腕關節內舟骨窩和月骨窩處放置壓敏片，用自己制作的實驗固定架固定上肢標本，使腕關節在背伸30°、尺偏30°位置，對腕關節施加垂直負荷，速度為5 N/s，當負荷達到200 N后停止加速施壓，維持負荷60 s，對每組標本的壓敏片測量舟骨窩和月骨窩上的壓力載荷和應力區。結果通過模擬月骨周圍背側脫位解剖和分離出損傷韌帶，受損韌帶以舟月韌帶，月三角骨韌帶為主。月骨窩、舟骨窩所受平均壓強大小均為C組、B組、A組依次增大。3組標本間兩兩比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。結論腕關節月骨周圍存在復雜的韌帶結構，這些韌帶對腕關節背伸穩定性和月骨的穩定起著重要作用，損傷可引起腕關節不穩定，在月骨周圍背側脫位較常見;月骨周圍脫位的治療中，單純克氏針固定不能回復腕關節的即刻穩定性，修復月骨周圍韌帶可以有效減少腕關節內受力，對腕關節的穩定性起到一個重要保護作用。

【關鍵詞】腕關節;月骨周圍韌帶;月骨周圍背側脫位;韌帶修復術;生物力學

近年來，腕關節骨折脫位是手外傷的重要研究之一，而月骨周圍脫位又是臨床常見的一種類型，這種損傷可以引起腕關節的不穩定。本研究月骨周圍脫位損傷的月骨周圍韌帶進行較深入的探討，旨在通過比較損傷、單純克氏針固定修復、克氏針固定加韌帶修復這3種模式下腕關節應力分布狀態，探討腕關節月骨周圍韌帶對腕關節背伸穩定性的影響。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1儀器與設備: 1.0克氏針、電鉆、常規手術器械:手術刀柄、手術刀片、手術絲線、手術針、手術剪、鑷子、止血鉗、術中C型臂等。生物力學儀器:自己制作的實驗固定架、自凝牙托粉、國產CSS-44020系列生物力學實驗機、日本富士FDP301密度儀、壓敏片、聚乙烯薄膜等。數碼相機。

1.1.2上肢標本的取材、制備與分組:選取9具上肢標本，標本均取自新鮮的成人尸體，不限性別、年齡、左右，所有上肢標本均從肘關節以下離斷，保留遠端前臂部分，注意不要損傷橈側屈腕肌腱、尺側屈腕肌腱、橈側腕長伸肌腱、橈側腕短伸肌腱、尺側伸腕肌腱及其腱鞘。標本取材后保存在冰柜冷凍，在實驗前24h室溫解凍，通過大體觀察和X線檢查，以確認腕關節完整除外腕關節及韌帶系統的創傷、腫瘤、結締組織及骨關節疾病等影響，同時測量掌傾角、尺偏角及尺橈骨變化。

1.2實驗方法

1.2.1月骨周圍背側脫位標本的解剖與韌帶觀察:選取9具上肢標本，用克氏針固定前臂于中立位，將標本的近端和遠端分別放置在自己制作的實驗固定架中與自凝牙托粉凝混合于固定架中進行凝固處理，標本和模具便可固定在力學實驗機上。將被牙托粉凝固在自己制作的實驗固定架的標本的遠端固定在生物力學實驗機的底座上，近端與生物力學實驗機的傳感器連接，并確定固定牢固。調整實驗固定架，使腕關節處于背伸30°、尺偏30°的位置。生物力學實驗機通過橈側屈腕肌肌腱、尺側屈腕肌肌腱、橈側腕長伸肌肌腱、橈側腕短伸肌肌腱、尺側伸腕肌肌腱，對腕關節施加垂直負荷，采用日本富士公司所推薦的持續加載，速度為5 N/s，當負荷達到300 N后停止加速施壓，維持負荷60 s，60 s后，緩慢釋放壓力。將標本沿遠端緣，切長約4 cm的橫行切口，位置在Lister結節尺側、腕關節背側，切開皮膚及皮下組織，切開關節囊，解剖腕關節觀察月骨周圍韌帶的損傷情況，包括:舟月韌帶、月三角骨韌帶、橈腕背側韌帶、舟三角背側韌帶及腕骨間背側韌帶。見圖1、2。

圖1月骨周圍背側脫位的X線片

圖2　腕關節韌帶解剖示意圖

1.2.2A、B、C組標本與實驗物品的準備:將9具標本按損傷組、單純克氏針修復組、克氏針加韌帶修復組的順序進行模型制備。制備方法如下: A組(損傷組) :即是9具制備的月骨周圍脫位的病理模型。B組(單純克氏針修復組) :將上述的標本脫位的腕骨及移位的骨折塊復位，再經舟狀骨遠側骨折段穿針經近側段至月骨，經三角骨穿針至月骨做固定，另一枚克氏針固定三角骨及舟狀骨，拍攝平片，確定復位、穿針固定無誤。C組(克氏針固定加韌帶修復組) :將上述標本中損傷的韌帶用4-0絲線間距0.5 cm間斷縫合修復。

1.2.3壓敏薄膜的置入及腕關節壓力的測試:依照橈腕關節面剪取與關節面形狀和大小相似的紙樣。將壓敏片根據紙樣的大小和形狀進行修剪，并確定其掌、背、橈、尺方向。用聚乙烯密封以防止關節內關節液和滲出的組織液染色，留下一個矩形在尾側便于夾緊壓敏片。加載前小心置入于腕背側切口。首先穩定固定腕關節，再小心置入壓敏片，植入后也應穩定固定，目的是為了減少壓敏片受到外力作用而產生的誤差的使用克氏針將前臂固定于中立位，將標本的近端和遠端分別放置在自己制作的實驗固定架中，與自凝牙托粉凝混合于固定架中進行凝固處理，標本和模具便可固定在力學實驗機上。將被牙托粉凝固在自己制作的實驗固定架的標本的遠端固定在生物力學實驗機的底座上，近端與生物力學實驗機的傳感器連接，并確定固定牢固。調整實驗固定架，使腕關節處于背伸30°、尺偏30°的位置。生物力學實驗機通過橈側屈腕肌肌腱、尺側屈腕肌肌腱、橈側腕長伸肌肌腱、橈側腕短伸肌肌腱、尺側伸腕肌肌腱，對腕關節施加垂直負荷，采用日本富士公司所推薦的持續加載，速度為5 N/s，當負荷達到300 N后停止加速施壓，維持負荷60 s，60后，緩慢釋放壓力。加載完成后，小心取出壓敏片，把壓敏片裝入紙袋中保存。

用同樣的方法將所有3組標本依次進行生物力學測試，每一個腕關節應用壓敏片重復檢測3次。

1.2.4壓敏片數據的采集與處理:在加載實驗完成后，首先觀察每個壓敏片的著色范圍，并與尺橈骨遠端關節面相比較，在壓敏片上標明舟骨窩、月骨窩的位置與范圍，為測量應力，在壓敏片上描繪出二維坐標:以月骨窩橫軸和舟骨窩橫軸的中點分別為原點，以腕關節的橈尺軸為水平軸，以月骨窩和舟骨窩原點為中心作半徑不同的同心圓，然后在以60°角為區間等分同心圓。根據上述方法的規定，應用日本富士公司生產的FDP301密度儀用來測量，采集所劃分的各個區域內的應力值。對壓敏片上每一著色點分別測量3次取平均值。見圖3。

圖3　壓敏片的處理

1.3統計學分析應用SPSS 13.0統計軟件，計量資料以±s表示，采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1月骨窩生物力學分析月骨窩壓強大小為組、B組、A組依次增大，兩兩比較差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

2.2舟骨窩生物力學分析月骨窩壓強大小為C組、B組、A組依次增大。兩兩比較差異均有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表1月骨窩生物力學分析　n=9，±s

表1月骨窩生物力學分析　n=9，±s

注:與A組比較，*P＜0.05;與B組比較，#P＜0.05

組別　受力面積(mm2)　受力大小(N)　壓強大小(N/mm2) A組88.1±9.47　122.02±1.22　1.385±0.129 B組　69.47±3.85*　60.58±0.93*　0.872±0.242*C組　64.7±5.22* #　22.77±0.73* #　0.352±0.139*#

表2　舟骨窩生物力學分析　n=9，±s

表2　舟骨窩生物力學分析　n=9，±s

注:與A組比較，*P＜0.05;與B組比較，#P＜0.05

組別　受力面積(mm2)　受力大小(N)　壓強大小(N/mm2) A組77.1±8.93　174.01±2.77　2.257±0.310 B組　57.9±5.36*　114.76±1.99*　1.982±0.371*C組　54.7±2.93* #　51.99±0.683* #　0.975±0.233*#

3　討論

本實驗通過克氏針固定及月骨周圍損傷韌帶修復，來模擬月骨周圍脫位的治療，測量舟骨窩、月骨窩所受壓力，與損傷后的腕關節舟骨窩、月骨窩比較，系統的闡述了舟骨窩、月骨窩所受壓力的變化，客觀的證明了月骨周圍韌帶對腕關節背伸穩定性和月骨的穩定起著重要作用，為臨床手術治療月骨周圍脫位中修復韌帶的必要性提供部分生物力學依據。

3.1月骨周圍韌帶的應用解剖與月骨周圍背側脫位損傷機制附著在月骨周圍韌帶一起維持腕關節背伸狀態的穩定性，包括尺月韌帶，橈月長韌帶，橈月短韌帶，舟月韌帶，月三角骨韌帶，與腕關節8塊腕骨與其他韌帶一起構成了一個復雜的腕關節系統［1］。月骨借助韌帶與周圍骨骼連接，應力傳遞，分散負荷，穩定腕關節，不至于過度運動。當人們不小心跌倒時腕關節過度背伸、并存在尺偏、前臂旋前、掌側觸地，由于三種狀態同時存在，剪應力、壓應力及拉伸應力的共同產生，瞬間交織作用于舟月韌帶韌帶及月三角骨韌帶［2］，而橈月韌帶未受損傷，月骨和橈骨的關系正常，周圍其他腕骨離位。通過腕關節內韌帶損傷，腕關節背伸不穩定［3］，這是月骨周圍脫位最常見的發生機制。

3.2模擬損傷機制本實驗模擬腕關節月骨周圍背側脫位損傷機制，將標本固定在自己制作的實驗固定架，負荷方向垂直向下，并通過改變腕關節角度來改變載荷傳導方向。腕關節背伸及尺偏容易致舟月韌帶，月三角骨韌帶過度拉伸，超過韌帶拉伸極限值發生韌帶纖維斷裂，造成月骨與其他腕骨間隙逐漸增加導致腕關節不穩定性［4－7］。月骨圍韌帶結構是腕關節中較容易損傷的結構。所以我們通過腕關節背伸、尺偏并施加垂直負荷來模擬月骨周圍背側脫位損傷機制。我們的預實驗結果表明，由于標本的來源限制，腕關節韌帶的拉伸載荷，隨腕關節背伸角度的增加而增加，當超過60°時，尺橈骨、舟狀骨發生明顯骨折，所以我們的實驗的腕關節背伸角度選取30°，以減少產生其他損傷的可能性。為降低對同一標本重復實驗所產生的測量結果的誤差，所有標本均按照正常、損傷、單純克氏針固定、克氏針固定加韌帶修復的順序進行加載實驗并分析生物力學結果。

3.3加載方式的選擇許多學者在腕關節的生物力學實驗研究中通常選擇的是正常的垂直的軸向載荷和壓縮載荷，因為在人體的正常生理活動中，腕關節總是受到前臂屈伸肌群的軸向載荷和壓縮載荷。目前，有三種不同的加載方式，即通過掌骨，屈腕、伸腕肌及屈指伸指肌腱加載軸向負荷［8］，在中立位置狀態給與腕關節加載垂直負荷最好的方法是是通過掌骨，但通過掌骨無法在屈曲、背伸、橈偏、尺偏狀態下，給與關節面垂直加載［8］。所以為了得到滿意的腕關節應力分布這個實驗選擇了通過橈側屈腕肌、尺側腕屈屈肌、橈側腕長伸肌、橈側腕短伸肌、尺側腕伸肌，是正常的手腕肌肉的主要運動載體，通過腕關節的肌腱，腕關節運動中心距離，可產生最大轉矩和屈伸角度;屈指淺、深肌腱和伸肌腱在腕關節的運動范圍的中心附近，在腕關節的扭矩幾乎為零，所以運動和負載在手腕上的傳導作用小，不易分析受力關節面。因此，本實驗通過屈腕，伸腕肌腱加載，同時保留其腱鞘［9］。

3.4使用壓敏片進行生物力學實驗的原理及優缺點

本實驗所用的壓敏片，由聚酯基制作而成。分為片與C片，A片涂有微膠囊包覆的色彩材料，而C片涂有顏色的材料，表面接觸粗糙，施加壓力即可顯示顏色。當壓力作用于A片，材料發生斷裂，釋放出顏色微膠囊，顏色微膠囊材料和顯色材料滿足條件產生顏色反應。由于不同的壓力作用于敏感的微膠囊，從破裂的微膠囊中，其顏色深淺也有所不同。壓敏片測量還包括其著色的大小范圍。此外，操作時盡量輕柔，防止產生誤差應力的顏色，此外，對壓敏片的一側應留一個矩形的尾巴。壓敏片對外部環境條件要求是非常嚴格的。使用標本前應提前一天解凍，選擇室溫25℃及40%相對濕度，使標本與環境溫度和濕度適宜來滿足實驗過程中的要求，實驗過程中還應不斷監測。為了防止關節內關節液和滲出的組織液染色，用薄的聚乙烯塑料密封。由于壓力片的測量范圍有限制，應力過大或過小導致數據丟失。據報道，壓敏片測量時約7.85%的數據丟失［10］，誤差率約為10%［11］。盡管壓敏片擁有諸多缺點，但仍是一種先進的測量材料。在國內外關節的生物力學研究中，許多學者應用壓敏片［12，13］。

3.5克氏針的固定與韌帶的修復實驗中準確復位與固定月骨與周圍腕骨的位置關系十分關鍵，復位不準確或不牢固會使標本在加載實驗中所得實驗數據發生偏差，甚至使標本發生二次損傷。將損傷標本脫位的腕骨及移位的骨折塊復位，再經舟狀骨遠側骨折段穿針經近側段至月骨，經三角骨穿針至月骨做固定，另一枚克氏針固定三角骨及舟狀骨。通過克氏針的準確復位防止了舟骨與月骨出現分離。但是在臨床當中，文獻報道:單純的克氏針固定不能阻止后期的舟月、月三角分離，臨床隨訪會出現腕關節不穩定的情況發生;復位脫位的腕骨及移位的骨折塊時，采用錨釘修補舟月及月三角骨韌帶后，在隨后平均11年的隨訪中沒有發現一例出現腕關節不穩定的患者;閉合復位克氏針固定與切開復位韌帶修復患者的腕關節功能進行比較，發現經過韌帶修復后的患者的腕關節功能恢復較好，腕關節穩定性也較理想［14－16］。這些報道也說明了韌帶的修補韌帶在保護及維持腕關節的穩定性具有重要的積極意義。在臨床治療月骨周圍脫位時，應重視對腕關節內韌帶的修復，由于部分韌帶很小，難于直接縫合，故多采用錨釘修復，文獻報道療效較好［17］。同時還要克氏針同時配合復位固定脫位的腕骨，從而增強腕骨間的穩定性，術后4周左右拆除石膏，4～6周左右拔出克氏針，進行腕關節的功能鍛煉。

3.6實驗的不足之處舟骨及月骨間韌帶長度較小，厚度較薄，大多僅為3 mm，發生損傷時，韌帶多數直接從舟骨和月骨上撕脫，臨床手術很難做到直接縫合［14］。由于本實驗使用的是離體標本，將部分撕脫韌帶與腕骨直接暴力縫合，一定程度上損傷了腕骨的完整性，這將影響到腕關節內的生物力學測量，臨床手術中不可能使用這種縫合方法。臨床手術多采取諸如韌帶重建、骨錨等方法來修復韌帶。本實驗的修復方法在恢復韌帶連續性上可以模擬臨床手術治療。

本實驗通過克氏針固定及月骨周圍損傷韌帶修復，來模擬月骨周圍脫位的治療，研究其對減少腕關節內受力所起到的作用。分析發現4號絲線間斷縫合修復月骨周圍的損傷韌帶后，單純克氏針固定標本組與克氏針固定加韌帶修復組的應力測量比較差異有統計學意義(P<0.05)，表明修復月骨周圍損傷韌帶可以增強腕關節的穩定性。如果發生月骨周圍脫位，不能單純用克氏針復位及固定腕關節，還要修復損傷的月骨周圍韌帶，這對穩定腕關節具有重要作用。

綜上所述，腕關節內存在復雜的韌帶結構，其中舟月韌帶，月三角骨韌帶等對腕關節背伸穩定性和月骨的穩定，起著重要作用。損傷可引起腕關節不穩定，在月骨周圍背側脫位較常見。月骨周圍脫位的治療中單純克氏針固定不能回復腕關節的即刻穩定性，修復月骨周圍韌帶可以有效減少腕關節內受力，對腕關節的穩定性起到一個重要保護作用。

參考文獻

1顧玉東，王澍寰，侍德等主編.手外科手術學.第2版.上海:復旦大學出版社，2010.508-520.

2Fernandez DL，Jupiter JB.Fractures of the distal radius: a practical ap proach to management.New York: Springer-Verlag，1996.287-291.

2Dee W，Klein W，Rieger H.Reduction techniques in distal radius frac tures.Injury，2000，31(Suppl 1) : 48-55.

3王榮詩，黃富國，岑石強，等.腕掌側關節囊韌帶復合體穩定性的生物力學分析.四川大學，2007.

4Berger RA.The ligaments of the wrist.A current overview of anatomy wit considerations of their potential functions.Hand Clin，1997，13: 63-82.

5Siegel DB，Gelberman RH.Radial styloidectomy: an anatomical studywit special reference to radiocarpal intracapsular ligamentous morphology.Hand Surg (Am)，1991，16: 40-44.

6Viegas SF，Yamaguchi S，Boyd NL，et al.The dorsal ligaments of the wrist: anatomy，mechanical properties and function.J Hand Surg (Am) 1999，24: 456-468.

7Horesh Z，Volpin G，Hoerer D，et al.The surgical treatment of sever comminuted intraarticilar fractures of the distal radius with the small ex ternal fixation device.A prospective three-and-one-half-year follow u study.Clin Orthop Relat Res，1991，21: 147-153.

8宮旭，路來金.正常腕關節橈腕關節面應力分布的實驗研究.骨與關節損傷雜志，2004，1: 35-38.

9張蓓蓓，宮旭.腕關節尺側韌帶損傷的生物力學研究.吉林大學2009.

10Chun S，Palmer AK.The ulnar impaction syndrome: follow-up of ulna shorting osteotomy.J Hand Surg(Am)，1993，18: 16.

11宋海濤，任中武.訓練致腕部尺骨撞擊綜合征的診斷.實用醫藥雜志，2007，24: 1034-1036.

12周宏鋒，張玉新.某部特種兵軍事訓練傷流行病學調查.局解手術學雜志，2006，15: 320.

13Pillukat T，van Schoonhoven J，Lanz U.Ulnar instability of the carpus Orthopade，2004，33: 676.

14Herberg G，Commtet JJ，Linscheid RL，et al.Perilunate dislocations an fracture-dislocations: a multicenter study.J Hand Surg Am，1993，18 768-799.

15Schaller P，Grllnert J.Late outcome after surgical of perilunar dislocatio and dislocation fractures.Halldchir Mikroddir Plast Chir，1998，30: 298 302.

16Inoue G，Kmcahata Y.Management of acurte perilumate dislocation without without flaeture of the scaphoid.J Hand Surg Br，1997，22: 647 652

17勞杰.舟狀骨骨折所致腕關節疾病的治療.中華手外科雜志，2003 19: 1-2.

(收稿日期:2014－11－11

doi:10.3969/j.issn.1002－7386.2015.09.018

【文章編號】1002－7386(2015) 09－1337－04

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】R 274.1