肘關節內側副韌帶前束重建后肱橈關節的生物力學變化

賈永利，左憲宏，張培楠*，楊新明，張鑫，杜鑫沖，陰彥林，宗治國

(1.河北北方學院附屬第一醫院骨科，河北 張家口 075000；2.張家口學院護理學院，河北 張家口 075000)

肘關節內側副韌帶前束是維持肘關節外翻穩定性的重要組織結構[1-5]。肘關節內側副韌帶(medial collateral ligament，MCL)前一旦損傷，不僅造成肘關節內側結構不穩定，還可能導致肱橈關節產生慢性創傷性關節炎[6-9]，從而嚴重影響肘關節屈伸及旋轉功能。因此對于肘關節內側副韌帶前束的研究已經成為運動醫學領域研究的熱點問題[10]，本研究擬用生物力學的方法分別測量肱橈關節在肘關節內側副韌帶前束(anterior bundel of medial collateral ligament，AMCL)完整組和重建組的壓強和受力面積，探討AMCL完整及重建后對肱橈關節的影響，降低肱橈關節創傷性關節炎的發病率。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 實驗標本及制備 選擇20個年齡在20～50歲之間，尸體保存時間小于3年，且不具有肘部畸形、未接受過肘部手術的標本，男女各10個，以肘關節為中心，剔除多余軟組織，只保留肘關節關節囊和內側副韌帶，制備成滿足實驗條件的標本，以備后續實驗使用。

1.2 實驗器械 a)自制標本固定架和牽引架；b)CSS-4402型生物力學試驗機；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據讀出器；e)醫用人工肌腱及界面螺釘；f)電鋸、電鉆及鉆頭。

1.3 實驗分組 按照重建前后將標本分為對照組(肘關節內側副韌帶前束完整組)及實驗組(肘關節內側副韌帶前束重建組)，通過儀器測量，獲得兩組標本在多個屈曲角度(0°、30°、60°、90°)下肘關節外翻松弛度、肱橈關節內的壓強和關節接觸面積。

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

1.5 實驗過程 首先將自制的固定架安裝在生物力學試驗機上，然后再把制備好的標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電鉆鉆透雙側皮質，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，將標本的尺橈骨遠端固定于調好的牙脫粉內，凝固后將整個肘關節標本固定于自制固定架上，調整自制固定架角度，使標本前臂部分垂直于生物力學試驗機操作臺。

肘關節外翻松弛度是通過肘關節在外翻應力作用下的張開角度進行測量，當標本固定穩妥后，以肱橈關節間隙為中心，遠近端各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，對關節施加外翻應力后測量2根克氏針夾角。

將肘關節標本調整至屈曲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，算得肘關節承受的扭矩為1.5 N·m。對肘關節實施縱向牽引充分暴露肱橈關節間隙，經后側原切口將壓敏膠片放進肱橈關節間隙，松開縱向牽引，在軸向壓力為150 N、壓縮速度為5 mm/min的條件下測量肘關節張開角度，關節接觸面積的獲取是通過Photoshop軟件計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個不同部位分別放入數據讀取設備獲得壓強數據，最后算出平均值。同法測量肘關節屈曲30°、60°、90°的各項實驗數據。

結束對照組的測量之后，解剖并切斷肘關節內側副韌帶前束，而后借助界面螺釘及人工肌腱對其進行重建，重復參照組的實驗步驟，進而獲得實驗組數據。

1.6 統計學處理 采用SPSS 19.0統計軟件對實驗數據進行統計學處理。

2 結 果

2.1 肘關節外翻松弛度 對照組和實驗組組內及組間所測屈曲角度間(0°、30°、60°、90°)關節外翻松弛度比較差異無統計學意義(P>0.05，見表1)。

2.2 肱橈關節內平均壓強 測得對照組(MCL前束完整組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的平均壓強為(1.21±0.11)MPa、(1.39±0.23)MPa、(1.49±0.10)MPa、(1.40±0.24)MPa，0°位時肱橈關節內平均壓強明顯小于其余三個角度，差異有統計學意義(P<0.05)，而其余三個角度比較差異無統計學意義(P>0.05)；測得實驗組(MCL前束重建組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的平均壓強為(1.25±0.31)MPa、(1.51±0.27)MPa、(1.57±0.22)MPa、(1.52±0.19)MPa，屈曲0°時肱橈關節內平均壓強也明顯小于其余三個角度，差異有統計學意義(P<0.05)，而其余三個角度比較差異無統計學意義(P>0.05)；對照組與實驗組在不同屈曲角度下進行組間比較差異均無統計學意義(P>0.05)(見表2)。

2.3 肱橈關節接觸面積 對照組(MCL前束完整組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的肱橈關節接觸面積為(4.35±0.19)cm2、(3.02±0.25)cm2、(2.89±0.17)cm2、(3.13±0.24)cm2，0°時肱橈關節接觸面積明顯大于其余三個角度，差異有統計學意義(P<0.05)，而其余三個角度相比差異無統計學意義(P>0.05)；實驗組(MCL前束重建組)在不同屈曲角度下(0°、30°、60°、90°)的肱橈關節接觸面積為(3.94±0.31)cm2、(2.41±0.27)cm2、(2.56±0.22)cm2、(2.95±0.19)cm2，0°時肱橈關節接觸面積分別與其余三個角度相比較差異有統計學意義(P<0.05)，而其余三個角度比較差異無統計學意義(P>0.05)；對照組與實驗組在肘關節不同屈曲角度下的肱橈關節接觸面積分別兩兩比較，差異均無統計學意義(P<0.05)(見表3)。

表2 兩組不同屈曲角度肱橈關節內壓強測量

表3 兩組不同屈曲角度肱橈關節受力面積測量

3 討 論

3.1 肘關節內側副韌帶前束重建的理論基礎 肘關節的主要功能是屈伸和旋轉功能，只要肘關節屈伸活動范圍能夠達到20°～120°之間就能夠滿足人類大部分日常功能[11]。而在此范圍內肘關節內側副韌帶和橈骨小頭又是維持肘關節外翻穩定性的主要結構[12]。國外有研究表明，肘關節屈曲120°時受外力作用最容易損傷內側副韌帶[13]。肘關節內側副韌帶外形呈上窄下寬的放射狀結構，起始于肱骨內上髁下方，向下附著于尺骨冠突尺側緣，由前束、后束、斜束三部分組成[14-16]，其中前束最為堅韌，可承受260 N的負荷，對維持肘關節外翻穩定性較后束和斜束更為重要。本課題組前期研究與國內林艷紅等[17]研究均表明，當肘關節內側副韌帶斷裂后，肘關節的外翻角度和肱橈關節內壓強都將增大，如不及早修復內側副韌帶必然導致肱橈關節軟骨破壞形成創傷性骨關節炎，繼而影響肘關節的旋轉功能。因此我們認為早期重建肘關節內側副韌帶前束對維持肘關節穩定性具有重要意義。

3.2 肘關節尺側副韌帶前束重建的生物力學評價 本組實驗研究結果顯示：在作用力維持不變的條件下，MCL前束完整組不論肘關節處于0°、30°、60°、90°中的任何角度，其關節松弛度差異均無統計學意義。當肘關節處于伸直位時關節內平均壓強最小，受力面積最大，差異與其他角度比較有統計學意義。而其余各角度肱橈關節內的壓強和受力面積比較差異均無統計學意義。由此可見，正常的肘關節在伸直位時肱橈關節內的壓強與受力面積與其余角度差異較大，主要受骨性結構影響，在此位置骨性結構對肘關節的穩定作用較韌帶更強[18]；同時還可以說明在肘關節結構完整時，不論肘關節在何種位置都處于穩定狀態，關節松弛度、壓強及受力面積只與作用力大小有關。

在同等負荷下，當肘關節處于0°、30°、60°、90°中的任何角度時，重建組的關節內壓強、受力面積及關節松弛度與完整組比較差異無統計學意義，所以我們認為通過界面螺釘固定人工肌腱重建肘關節內側副韌帶前束能夠迅速恢復肘關節的穩定性，但是本研究尚處于實驗階段，所得數據還需在臨床中進一步驗證。