膝關(guān)節(jié)伸直位下外側(cè)半月板后根不同位置撕裂對脛股關(guān)節(jié)的影響

趙章偉，王俊誠，董伊隆，蔡春元

溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院 關(guān)節(jié)外科，浙江 溫州 325200

半月板根部是半月板在脛骨平臺的附著點(diǎn)，其完整性對維持半月板的穩(wěn)定性至關(guān)重要。根部的損傷會導(dǎo)致半月板的環(huán)形張力喪失，使得股骨及脛骨接觸壓力增加，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)退行性變[1]。其中外側(cè)半月板后根部損傷在臨床中并不少見，常常合并前交叉韌帶損傷[2-3]，與以往姑息治療不同，目前臨床上逐漸認(rèn)識到積極治療此類根部損傷對改善膝關(guān)節(jié)功能的重要性[4-5]。針對半月板根部撕裂的生物力學(xué)試驗(yàn)多見于內(nèi)側(cè)半月板[6-8]，而外側(cè)半月板相對較少[9-10]，其中對外側(cè)半月板后根部不同位置撕裂的比較更是鮮有報(bào)道。本研究旨在通過對冰凍人膝關(guān)節(jié)標(biāo)本的生物力學(xué)測量來進(jìn)一步了解外側(cè)半月板后根部不同位置撕裂對脛股關(guān)節(jié)接觸面的影響。

1 資料和方法

1.1 資料 采用12具非成對的冰凍成人尸體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，其中男8例，女4例，左側(cè)6例，右側(cè)6例，死亡年齡為32～66歲，平均50.4歲。所有標(biāo)本由溫州醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供，排除膝關(guān)節(jié)外傷、畸形、明顯退變、半月板損傷等。標(biāo)本在-20 ℃保存，實(shí)驗(yàn)前24 h室溫下解凍，仔細(xì)解剖，完整保留前后交叉韌帶、板股韌帶、內(nèi)外側(cè)副韌帶、半月板等結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)通過溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院臨床試驗(yàn)倫理委員會審批（審批號：M2020014）。

1.2 方法 將膝關(guān)節(jié)標(biāo)本的脛骨側(cè)和股骨側(cè)固定在特制夾具上，連接微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)器（型號ED25.504，上海毅測試驗(yàn)設(shè)備有限公司），使得縱向壓縮載荷垂直于關(guān)節(jié)面，保持膝關(guān)節(jié)于伸直位，限制其在矢狀面上屈伸，允許其在冠狀面上內(nèi)外翻（見圖1）。測量時(shí)在股骨側(cè)施加1 kN軸向壓縮載荷，達(dá)到壓力后停留30 s[8，11-12]。

圖1 膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)測量實(shí)物圖

測量內(nèi)外側(cè)間室的接觸面積及平均壓力共4個(gè)指標(biāo)。接觸面積測量方法：將合適大小的壓力測試紙（日本富士，F(xiàn)UJIFILM，4LW）放置在半月板和脛骨平臺之間，在其受到壓力顯色后取出，使用相機(jī)（60 D單反相機(jī)，日本佳能公司）拍攝并輸入電腦，用Scion Image4.03 軟件（National Institutes of Health，美國）計(jì)算顯色區(qū)域，數(shù)值精確到0.01 mm2。外側(cè)半月板后根不同情況下內(nèi)外側(cè)間室的壓力測試紙顯色面積見圖2。平均壓力測量方法：將電子壓力感應(yīng)片（RXF-FSR，RX-CHD01數(shù)顯模塊采集，常州柔希電子科技公司）放置在半月板與脛骨平臺之間得到接觸面總壓力，并計(jì)算出平均壓力，精確到0.01 MPa。

圖2 外側(cè)半月板后根不同情況下內(nèi)外側(cè)間室的壓力測試紙顯色面積

每具標(biāo)本在以下5種情況下依次進(jìn)行上述測試：內(nèi)外側(cè)半月板完整，外側(cè)半月板后根部止點(diǎn)完全撕脫，外側(cè)半月板距離后根止點(diǎn)3 mm、6 mm完全放射狀撕裂，外側(cè)半月板全切[8.11]。在實(shí)驗(yàn)中定時(shí)用0.9%氯化鈉溶液保持標(biāo)本濕潤，環(huán)境溫度控制在20～25 ℃。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，多組比較采用單因素方差分析，方差齊性兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)，方差不齊兩兩比較采用Tamhanet檢驗(yàn)；如果數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，則用秩轉(zhuǎn)換的非參數(shù)檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 外側(cè)間室的接觸面積及平均壓力 外側(cè)半月板5種不同狀態(tài)下外側(cè)間室的接觸面積及平均壓力數(shù)據(jù)見表1。外側(cè)半月板后根部在其止點(diǎn)處、距離止點(diǎn)3 mm、6 mm處撕裂后，與外側(cè)半月板完整情況下相比外側(cè)間室的接觸面積顯著減少，而平均壓力顯著增加，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。將外側(cè)半月板后根3個(gè)不同部位撕裂情況下所測量的接觸面積及平均壓力進(jìn)行兩兩比較，結(jié)果顯示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。外側(cè)半月板被完全切除后，外側(cè)間室的接觸面積進(jìn)一步減少到完整狀態(tài)下的51%，而平均壓力進(jìn)一步上升至完整狀態(tài)下的3.4倍，且與外側(cè)半月板后根3個(gè)不同部位撕裂情況下所測量的值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 外側(cè)半月板后根部不同狀態(tài)下內(nèi)外側(cè)間室的接觸面積和平均壓力（±s）

表1 外側(cè)半月板后根部不同狀態(tài)下內(nèi)外側(cè)間室的接觸面積和平均壓力（±s）

與完整狀態(tài)比：aP ＜0.05；與全切狀態(tài)比：bP ＜0.05

2.2 內(nèi)側(cè)間室的接觸面積及平均壓力 外側(cè)半月板5種不同狀態(tài)下內(nèi)側(cè)間室的接觸面積及平均壓力數(shù)據(jù)詳見表1。外側(cè)半月板后根部在其止點(diǎn)處、距離止點(diǎn)3 mm、6 mm處撕裂后，內(nèi)側(cè)間室的接觸面積及平均壓力與外側(cè)半月板完整情況比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；但是切除外側(cè)半月板后，內(nèi)側(cè)間室的接觸面積減少，與外側(cè)半月板完整狀態(tài)下及后根3種不同部位撕裂狀態(tài)相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），而內(nèi)側(cè)間室的平均壓力差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3 討論

半月板根部撕裂是指根部止點(diǎn)撕脫或距離止點(diǎn)1 cm內(nèi)的放射狀撕裂。目前報(bào)道的絕大多數(shù)針對外側(cè)半月板后根部撕裂的生物力學(xué)文獻(xiàn)中，都是對其根部止點(diǎn)撕脫進(jìn)行測量[9-10，12-13]，但臨床上合并前交叉韌帶損傷的外側(cè)半月板后根部撕裂多數(shù)是距離止點(diǎn)一定距離的放射狀撕裂，而止點(diǎn)撕脫相對較少[2-3]。因此本研究從臨床實(shí)際出發(fā)，對該部位撕裂的位置進(jìn)行細(xì)化，在止點(diǎn)及距離止點(diǎn)3 mm、6 mm處切斷外側(cè)半月后根部制作不同位置的撕裂模型來進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測量。

本研究結(jié)果顯示，與外側(cè)半月板完整狀態(tài)相比，后根部的撕裂均會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)外側(cè)間室的平均壓力增大及接觸面積減少，如果進(jìn)一步將外側(cè)半月板全部切除，外側(cè)間室的平均壓力會進(jìn)一步增大，接觸面積也會進(jìn)一步減少。因此外側(cè)半月板結(jié)構(gòu)及張力的完整性對保持膝關(guān)節(jié)正常的生物力學(xué)特性非常重要，這個(gè)結(jié)果也支持了以往報(bào)道的半月板根部撕裂生物力學(xué)的測量結(jié)果[9-10]，也驗(yàn)證了本研究的可靠性。同時(shí)，本研究進(jìn)一步測試了外側(cè)半月板后根止點(diǎn)撕脫、距離止點(diǎn)3 mm及距離止點(diǎn)6 mm撕裂的生物力學(xué)改變，結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)伸直位下這三個(gè)不同位置的撕裂對膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的平均壓力及接觸面積的影響沒有顯著差異，這一結(jié)果對外側(cè)半月板根部損傷的生物力學(xué)研究進(jìn)行了一定的補(bǔ)充。

本研究結(jié)果顯示外側(cè)半月板全切后，相對半月板完整及撕裂狀態(tài)，內(nèi)側(cè)間室的接觸面積減少，但平均壓力沒有明顯改變，SCHILLHAMMER等[10]在測量外側(cè)半月板后根撕裂的生物力學(xué)試驗(yàn)中也得出了相似的結(jié)果。而LAPRADE等[11]研究顯示，在外側(cè)半月板后根部撕裂、全切等情況下，內(nèi)側(cè)間室的接觸面積、平均壓力等均沒有改變。筆者認(rèn)為測量結(jié)果不同的主要原因是，本研究中的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本在冠狀面上是允許內(nèi)外翻的，因此被切除外側(cè)半月板后，在縱向負(fù)荷的施壓下會出現(xiàn)一定的外翻并導(dǎo)致力線向外側(cè)偏移，從而其內(nèi)側(cè)間室總負(fù)荷及接觸面積都減少，而LAPRADE等[11]在實(shí)驗(yàn)中限制了膝關(guān)節(jié)的內(nèi)外翻，因此導(dǎo)致傳導(dǎo)到內(nèi)側(cè)間室的負(fù)荷沒有隨著外側(cè)半月板情況不同而改變。

以往有關(guān)內(nèi)側(cè)半月板生物力學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)側(cè)半月板后根部撕裂對內(nèi)側(cè)間室的影響相當(dāng)于內(nèi)側(cè)半月板全切[1，6-8]。但是本研究結(jié)果顯示這種結(jié)論并不適用于外側(cè)半月板，外側(cè)半月板全切后會在外側(cè)半月板后根部撕裂的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少外側(cè)間室的接觸面積以及增加平均壓力。內(nèi)外側(cè)半月板的這種差異，筆者推測是因?yàn)榘骞身g帶的存在。既往筆者對半月根部附著區(qū)解剖測量中發(fā)現(xiàn)板股韌帶起于外側(cè)半月板后角，與根部尚有一定距離，未與根部融合[14]，因此根部的損傷并不一定累及板股韌帶。本研究中，在制作止點(diǎn)撕脫及距離止點(diǎn)3 mm、6 mm撕裂時(shí)，板股韌帶均被完整保留，因此在半月板根部撕裂的情況下，完整的板股韌帶使得外側(cè)半月板環(huán)形張力沒有完全喪失。有研究顯示如果在根部撕裂的情況下切除板股韌帶會進(jìn)一步減少外側(cè)間室的接觸面積及增加接觸壓力[15]。

傳統(tǒng)對半月板根部損傷這一特殊的類型采用半月板全切或次全切術(shù)，雖然此類方法可能在短期內(nèi)改善癥狀，但會顯著改變膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。APRATO等[16]對225例年齡在25～50歲接受半月板切除的患者進(jìn)行不少于20年的隨訪后，提出半月板切除是最后接受全膝關(guān)節(jié)置換的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素。KRYCH等[17]對26例半月板部分切除術(shù)的患者進(jìn)行了2年以上的隨訪，指出半月板切除會加快關(guān)節(jié)軟骨的退變和骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。本研究結(jié)果也顯示外側(cè)半月板全切相對半月板根部撕裂會使外側(cè)間室的平均壓力進(jìn)一步增大，接觸面積進(jìn)一步減少，從而加速關(guān)節(jié)退變。

包括本研究結(jié)果在內(nèi)的多項(xiàng)生物力學(xué)研究內(nèi)容證實(shí)了半月板根部對維持半月板環(huán)形張力的重要性，加之該部位血運(yùn)相對較豐富，修復(fù)后愈合的可能性大，因此，目前對于急性半月板根部損傷以及部分慢性根部損傷且軟骨條件可（Kellgren-Lawrence分級≤2級）的患者，大多數(shù)學(xué)者主張手術(shù)修復(fù)半月板。FAUCETT等[18]進(jìn)行了一項(xiàng)薈萃分析得出，與全半月板切除術(shù)和非手術(shù)治療相比，半月板根撕裂的修復(fù)可以減少骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，并且是一種節(jié)省成本的干預(yù)措施。盡管現(xiàn)階段學(xué)者們報(bào)道了包括經(jīng)脛骨隧道固定及直接錨釘縫合固定在內(nèi)多種半月板根部損傷的手術(shù)方式[19-20]，但仍然需要更多的研究來驗(yàn)證哪種修復(fù)方式能更好地恢復(fù)半月板的生物力學(xué)特性并取得持久有效的臨床效果。

本研究有一定的局限性。所使用的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本被剔除了肌肉、髕骨等組織結(jié)構(gòu)，會與生理狀態(tài)下存在差異；由于脛骨平臺并非平面，同時(shí)半月板與脛骨平臺之間的空間有限，因此在放置壓力測試紙及感應(yīng)片時(shí)并不能保證完全壓配覆蓋；由于冰凍標(biāo)本的稀缺，本研究僅進(jìn)行了12具標(biāo)本的測量，需要更多類似研究進(jìn)行比較論證。

綜合上述，外側(cè)半月板后根撕裂會顯著增加外側(cè)間室的平均壓力及減少接觸面積，但本研究中三個(gè)不同位置的撕裂上述指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，外側(cè)半月板全切會進(jìn)一步增強(qiáng)外側(cè)間室上述指標(biāo)的改變。外側(cè)半月板后根撕裂對內(nèi)側(cè)間室的接觸面積和平均壓力沒有影響，其全切會減少內(nèi)側(cè)間室的接觸面積。