腓骨頭縱行逐級截骨治療脛骨后外平臺骨折的膝關節生物力學穩定性

陳　剛　陳文鈞 　張　權　湯超亮　王世龍　章　曄　許　耀

(復旦大學附屬華山醫院骨科　上海　200040)

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腓骨頭縱行逐級截骨治療脛骨后外平臺骨折的膝關節生物力學穩定性

陳剛陳文鈞△張權湯超亮王世龍章曄許耀

(復旦大學附屬華山醫院骨科上海200040)

目的探討縱行逐級截除腓骨小頭治療脛骨后外平臺骨折的膝關節生物力學穩定性。方法選用10具通過遺體捐獻獲取的新鮮尸體膝關節標本,依次截取腓骨小頭內1/3,中1/3及外側1/3,在生物力學扭轉機加載下分別測量不同外旋轉矩下的脛骨外旋角。結果截取腓骨小頭內1/3及中1/3,在不同外旋轉矩下膝關節脛骨外旋角較正常標本無顯著改變,截取腓骨小頭外側1/3后,在不同外旋轉矩下膝關節脛骨外旋角發生顯著性增加。結論腓骨小頭內1/3及中1/3縱行截骨在治療脛骨后外側平臺骨折中不降低膝關節穩定性,具有其一定的臨床意義。

腓骨頭截骨;膝關節;生物力學;穩定性

隨著高能量損傷的增多,臨床上脛骨平臺骨折較既往更為復雜,累及后外側的塌陷或劈裂在臨床中并不少見[1]。由于該解剖位置隱蔽、周圍組織結構豐富及腓骨遮擋,并且往往合并膝關節其他組織的損傷,傳統的手術入路難以直接暴露骨折部位,無法有效復位和通過鋼板螺釘產生有效的骨折穩定[2-3]。

經腓骨頸截骨入路治療脛骨后外側平臺骨折,該入路具有直視下復位及良好的支撐鋼板的放置等優點,但有學者提出腓骨近端截除后,手術視野直觀,存在膝關節穩定性下降等弊端,Bozkurt等[4]提出脛腓關節在分散踝關節扭轉力以及膝關節的拉力有重要的作用。有學者提出后外側復合體主要依附于腓骨頭前下外表面及腓骨莖突后上表面,能減少膝關節的旋轉以及平移及膝關節外旋[5-7]。總結既往研究后,我們通過由內至外依次截取腓骨頭,在生物力學基礎上分析膝關節穩定性變化,驗證腓骨頸內1/3、中1/3截骨不降低膝關節穩定性,外1/3對維持膝關節穩定性有重要的意義,為經腓骨頸截骨入路提供新的理論基礎。

材 料 和 方 法

標本準備經遺體捐獻獲取新鮮尸體膝關節標本10具(年齡:25～56歲),所有膝關節標本均無外觀畸形,無骨關節炎、半月板撕裂、骨折、膝關節韌帶損傷等嚴重關節疾病,無腫瘤或炎性壞死等病變。并于雙層塑料袋密封,置于-20 ℃保存。實驗時將標本置于適當濕度、常溫中自然解凍8～12 h。在實驗中為保持標本的濕潤,每隔20 min向標本噴灑生理鹽水,以免自我分解等原因影響膝關節的生物力學性質。

腓骨頭逐級截取將腓骨頭冠狀位分為三區,分別為內1/3(內側腓骨頸干部連接點沿縱軸交于腓骨頭)、中1/3、外1/3(外側腓骨頸干部連接點沿縱軸交于腓骨頭),內1/3縱行截骨長度(2.4～2.7 cm)中1/3縱行截骨長度縱行截取長度為(2.6～2.8 cm) (圖1)。內1/3截骨破壞上脛腓關節后關節囊,保留了腘腓韌帶(popliteo fibular ligament,PFL)、股二頭肌腱(biceps femoris tendons,BTF)、外側副韌帶(Lateral collateral ligament,LCL)和腘肌腱(popliteus tendon,PT);中1/3截骨破壞上脛腓關節后關節囊和部分PFL,保留LCL、PT、BTF;外1/3截骨破壞上脛腓關節、PFL、LCL、PT、BTF。

圖1腓骨頭內1/3(黃線)以及外1/3(紅線)截骨線

Fig 1Removal length of inside 1/3(yellow line) and outside 1/3(red line) of the fibular head

加載裝置及運動測試將兩平板緊貼股骨內外髁側面,并使這兩塊平板與地面垂直,經過C-臂水平側位透視確定這個位置能使股骨內外髁在矢狀面上重疊確定膝關節的垂直安防,股骨側、脛骨側使用特制的穩定套筒將標本置于生物力學扭轉試驗機(型號:DDL 20i,拉扭復合試驗機,長春機械科學研究院有限公司)。

進行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝關節外旋轉矩按照2 Nm、5 Nm、10 Nm依次加載,測量膝關節正常的脛骨外旋角,定為中立位(未截骨組)。依次行腓骨頭內1/3、中1/3、外1/3逐級截骨(截骨組),分別進行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝關節外旋依次使用2 Nm,5 Nm,10 Nm旋轉扭矩,測量不同截骨依次截骨后膝關節的脛骨外旋角(圖2)。

統計學分析使用SPSS 20.0軟件進行統計分析,不同損傷程度之間的統計學分析使用單因素重復測量方差分析,組內之間的比較使用SNK-t檢驗,P<0.05為差異有統計學意義。

圖2標本屈膝60°

Fig 2Specimens angle of knee flexionknees in 60 °

結　　　果

2 Nm轉矩下脛骨外旋角轉矩為2 Nm時,隨著屈膝角度的增加,相同程度損傷的脛骨外旋角相應的增加。在同一屈膝為0°時,腓骨頭逐級切除后各組脛骨外旋角較正常組無顯著性增加(P=0.152)。屈膝30°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.174),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統計學差異(P=0.021),在屈膝60°及90°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.175),外1/3切除后較切除前發生顯著性增加(P=0.005)。結果見表1。

表1　2 Nm轉矩下脛骨外旋角

5 Nm轉矩下脛骨外旋角在屈膝為0°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.131),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統計學差異(P=0.028)。屈膝30°、60°及90°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.119),外1/3切除后較切除前發生顯著性增加(P=0.004)。結果見表2。

10 Nm轉矩下脛骨外旋角在屈膝為0°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.154),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統計學差異(P=0.039)。屈膝30°、60°及90°時,腓骨頭內1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.112),外1/3切除后較切除前發生顯著性增加(P=0.004)。結果見表3。

表 2　5 Nm轉矩下脛骨外旋角

表 3　10 Nm轉矩下脛骨外旋角

討　　　論

脛骨后外側平臺骨折是指累及脛骨外髁后半部分的骨折,常因膝關節屈曲外翻時受到軸向暴力,經股骨外側髁撞擊后外側平臺所致,臨床影像學上常表現為平臺塌陷、劈裂,該類型骨折為關節內骨折,保守治療效果差,易導致創傷性關節炎等不良預后,因此需行手術治療恢復關節面平整及軸向對線穩定[8]。

治療脛骨后外側平臺骨折時對后外側骨折的復位及固定是治療的重要環節,但由于骨折位置隱蔽,周圍血管神經組織豐富及外側腓骨的遮擋,傳統的經典入路難以直接暴露骨折部位,一期探查修復血管神經及周圍韌帶存在困難。既往學者報道了改良的后外側反L形入路用于治療脛骨后外平臺骨折,從腘窩內側橫行切口向外轉向縱行至腓骨頭下10 cm,但仍存在后外側鋼板放置困難,并存在血管損傷可能[9]。Bhattacharyya等[10]提出采用腘窩后側S形入路,深筋膜下沿正中向外牽開比目魚肌,向外剝離脛骨平臺后外側予以暴露。Carlson等[3]采用在膝關節線上10 cm沿股二頭肌向下切開,至關節線水平,弧形向內繞過腓骨小頭,沿腓骨外緣向下切開至關節線下10 cm,保護腓總神經、向內牽開腓腸肌外側頭、切斷比目魚肌暴露后外脛骨平臺。Frosch等[11]提出從標準的外側以及后外之間入路,暴露腓總神經以及向內牽開腓腸肌外側頭,L形切開關節囊能夠很好地處理后外側平臺,減少后外側結構的干擾。

既往研究中涉及的多種入路,文獻報道均認為能夠取得良好的臨床效果,但存在不能很好地暴露后外側骨折塊,復位困難,適合后外側相對簡單的塌陷或劈裂的骨折等缺點,因此有學者提出經腓骨頭截骨入路。Yu等[12]提出前外側入路,截除腓骨頭內部分骨質能夠很好地暴露后外側平臺骨折。儲旭東等[13]認為取腓骨小頭上入路,緊貼外側副韌帶前緣作縱形切口,上端止于關節間隙上方2 cm,切口經腓骨小頭上緣向前至脛骨結節外側緣1 cm,下端止于結節止點下方2 cm,顯露脛骨后外側髁。Solomon等[14]提出后外側經腓骨頸截骨入路,即從前側經股二頭肌到腓骨頭約6 cm切口,保護腓總神經、腓腸皮神經,截腓骨頸向近端牽拉復位后外側骨折后支撐鋼板固定,具有較輕松的骨塊復位以及良好的支撐鋼板的放置。

有學者認為腓骨近端截除后對膝關節的穩定性影響大,Dieckmann等[15]對腫瘤腓骨頭切除后出現膝關節不穩定,Bozkurt等[4]提出脛腓關節在分散踝關節扭轉力以及膝關節的拉力有重要的作用。之后有學者提出后外側復合體主要依附于腓骨頭前下外表面及腓骨莖突后上表面,能減少膝關節的旋轉以及平移及膝關節外旋[6]。

分析總結既往研究后,實驗通過逐級切除腓骨頭內1/3 (內側腓骨頸干部連接點沿縱軸交于腓骨頭)、中1/3、外1/3 (外側腓骨頸干部連接點沿縱軸交于腓骨頭),繼而測量膝關節在不同屈曲角度下脛骨外旋角的變化,評估膝關節穩定性。本實驗首次針對腓骨頭進行分區并進行逐級截骨,通過在不同屈膝角度下,加載外旋轉矩,測量膝關節的脛骨外旋角,結果顯示隨著屈膝角度的增加,脛骨外旋角呈正相關增加,在由內至外逐級截取腓骨頭后,內1/3、中1/3切除后較正常標本未見顯著增加,外1/3截除后,脛骨外旋角較正常組、內1/3及中1/3顯著增加,且在隨著屈膝角度增加更為明顯。

本實驗探討了腓骨頭對膝關節穩定性的影響,內1/3及中1/3截骨可有效暴露脛骨平臺后外角,視野暴露充分,鋼板放置便利,生物力學穩定,損傷結構少,且不影響膝關節穩定性。股二頭肌腱、外側副韌帶、腘腓韌帶是膝關節后外側穩定結構,其附著于腓骨外1/3,外側1/3,截取后,脛骨外旋角顯著增加,膝關節穩定性顯著下降。因此對于后外側腓骨頸截骨入路,腓骨頭內1/3及中1/3截除后可不影響膝關節穩定性條件下增加手術暴露,但外側1/3部需保留。腓骨保留部對手術入路暴露面積以及對內固定放置的影響仍需進一步的探討及研究。

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E-mail:Chenwj001@hotmail.com

Effects of longitudinal stepwise removal of fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture on biomechanical stability of the knee joint

CHEN Gang, CHEN Wen-jun△, ZHANG Quan, TANG Chao-liang, WANG Shi-long, ZHANG Ye, XU Yao

(Department of Orthopaedic Surgery,Huashan Hospital,Fudan University,Shanghai 200040,China)

ObjectiveTo investigate the effects from longitudinal stepwise removal of fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture on biomechanical stability of the knee joint.MethodsTen fresh frozen knee cadaver specimens from body donation were selected,the fibular head resected in a sequential manner from inside 1/3,mid-side 1/3 to outside 1/3,biomechanical torsion testing machine was used to measure the tibial external rotation angle at differents torques for the intact and different injury stage specimens.ResultsAfter removal of inside 1/3 and mid-side 1/3 of the fibular head,there were no significant differences compared with intact specimen in the tibial external rotation angle.Removal of outside 1/3 of the fibular head resulted in a significant increase in the tibial external rotation angle at different torques.ConclusionsLongitudinal removal of inside 1/3 and mid-side 1/3 of the fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture does not decrease the stability of the knee joint,the results have clinical value for subsequent research.

removal of fibular head;knee joint;biomechanics;stability

R684

Adoi: 10.3969/j.issn.1672-8467.2016.05.010

2016-03-23;編輯:王蔚)