肘关节内侧副韧带前束的生物力学研究

摘要

目的：肘关节内侧副韧带(Medial collateral-ligament，MCL)前束的完整对肘内侧稳定具有重大意义，但MCL前束损伤后对肘关节内应力分布及肘关节松弛度的影响尚不十分明确。本实验对人体肘关节尸体标本采用生物力学及采用压敏胶片(Pressure Sensitive Film)测量的方法，分别测量肘关节在不同屈曲角度下及不同程度MCL前束损伤和修复重建后关节松弛度(关节在极限以内的力或扭矩作用下的活动量或旋转[1])、肱尺关节应力大小和关节接触面积的变化，探讨MCL前束对肘内侧稳定性的影响及其生物力学作用，研究肘关节内侧不稳定的发生机制，为临床治疗MCL损伤造成的肘关节内侧不稳定提供依据和帮助。
　　 方法：
　　 1.肘关节标本的制备取40％甲醛溶液防腐保存的正常成人尸体的完整上肢标本12例，左、右各6例；男8例，女4例，肘部无明显畸形，无肘部手术史。剔除皮肤、肌肉、血管、神经，保留关节囊及内侧副韧带的各组成成分，分别自肘关节上方及下方25cm处截骨，制成肘关节的“骨-韧带”标本，放入40％甲醛防腐液中备用。
　　 2.测量方法
　　 固定标本于生物力学试验机上，在肘关节上、下方分别打入平行骨圆针各一枚，施加150N纵向负荷及1.5N.m外翻扭矩，测量骨圆针成角角度，同时于肱尺关节内放入压敏胶片测量应力大小和关节接触面积。
　　 3.测量指标
　　 ①MCL前束完整情况下，分别于肘关节屈曲0°、30°、60°、90°时，关节外翻松弛度及应用压敏胶片测量肱尺关节压强大小和关节接触面积的数值；②部分切断MCL前束时的上述指标；⑨完全切断MCL前束时的上述指标；④采用人工肌腱重建MCL前束后的上述指标。
　　 4.分组方法
　　 分别从关节松弛度、肱尺关节受力面积及压强三个角度得出的数据进行统计学分析。将标本分为四组。前束完整组：在肘关节不同屈曲角度下，前束完整时测得的数据；前束部分切断组：在肘关节不同屈曲角度下，前束部分切断时测得的数据；前束完全切断组：在肘关节不同屈曲角度下，前束完全切断时测得的数据；前束重建组：在肘关节不同屈曲角度下，前束重建后测得的数据。并分别进行比较。
　　 5.统计学方法
　　 实验数据采用SPSS(16.0)统计软件处理。计量资料用((-χ)±s)表示，独立多样本均数间的比较用单因素方差分析，并用q检验做两两比较，检验水准取值0.05。
　　 结果：
　　 1.关节外翻松弛度的测量结果在承受150N及1.5N.m外翻扭矩的作用下，MCL前束完整组分别在肘关节屈曲0°、30°、60°、90°时测得的关节松弛度无明显统计学差异(P＞0.05)；部分切断组在0°时关节松弛度小于其余三个角度(P＜0.05)，而在肘关节屈曲30°、60°、90°时松弛度无统计学差异(P＞0.05)；全部切断组在0°时关节松弛度小于其余三个角度(P＜0.05)，而在肘关节屈曲30°、60°、90°时松弛度无统计学差异(P＞0.05)；重建组各屈曲角度间无明显统计学差异(P＞0.05)。同时，我们也观察到在肘关节屈曲0°时，全部切断组的关节松弛度大于其余三组(P＜0.05)；而在肘关节屈曲30°、60°、90°时，完整组和重建组的关节松弛度无统计学差异(P＞0.05)，部分切断组的关节松弛度大于完整组和重建组(P＜0.05)，全部切断组则大于其余三组(P＜0.05)。
　　 2.关节内压强的测量结果在承受150N及1.5N.m外翻扭矩的作用下，MCL前束完整组0°时肱尺关节内平均压强小于其余三个角度(P＜0.05)，而其余三个角度无明显统计学差异(P＞0.05)：部分切断组0°时肱尺关节内平均压强大于其余三个角度(P＜0.05)；全部切断组测得的关节内平均压强在各个角度下无统计学差异(P＞0.05)；重建组0°时平均压强小于其余三组(P＜0.05)，其余三个角度间平均压强无明显统计学差异(P＞0.05)。同时，我们也观察到在肘关节屈曲0°时，部分及全部切断组的关节内平均压强大于其余二组(P＜0.05)，部分及全部切断组间无统计学差异(P＞0.05)（图10）；而在肘关节屈曲30°、60°、90°时，完整组和重建组的关节内平均压强无统计学差异(P＞0.05)，完全切断组的关节内平均压强大于其余三组(P＜0.05)；肘关节屈曲90°时，部分切断组关节内平均压强与完整组间则未见明显统计学差异(P＞0.05)。
　　 3.关节内接触面积的测量结果在承受150N及1.5N.m外翻扭矩的作用下，MCL前束完整组分别在肘关节屈曲0°、30°、60°、90°时测得的关节内接触面积为：11.20±1.19cm2、9.87±1.23cm2、9.74±1.17cm2、9.93±1.24cm2，0°时接触面积大于其余三个角度(P＜0.05)，其余三个角度间无明显统计学差异(P＞0.05)；部分切断组测得的关节内接触面积为：8.11±1.25cm2、11.45±1.17cm2、11.36±1.21cm2、9.87±1.20cm2，有统计学差异(P＜0.05)；全部切断组测得的关节内接触面积为：7.85±1.22cm2、8.20±1.18cm2、7.98±1.23cm2、8.11±1.21cm2，无统计学差异(P＞0.05)；重建组测得的关节内接触面积为：10.29±1.31cm2、9.06±1.27cm2、8.81±1.22cm2、9.80±1.19cm2，无明显统计学差异(P＞0.05)。同时，我们也观察到全部切断组的关节内接触面积小于其余三组(P＜0.05)；完整组和重建组的关节内接触面积无统计学差异(P＞0.05)；部分切断组在0°、90°时接触面积与完整组和重建组无明显统计学差异(P＞0.05)。
　　 结论：本实验观察到：①完整MCL前束对维持肘关节的内侧稳定具有重要意义。②肱尺关节的负荷储备可以抵消约120N的轴向负荷，超出此负荷后，肱尺关节的接触面积不再增加，局部压强开始增大。③超出的负荷储备后，在前束完整时，肱尺关节在屈曲0°时承受的平均压强最小；接触面积在不同屈曲角度下无明显差异。前束完全损伤后，关节内平均压强明显增大，且与关节屈曲角度无关；接触面积明显减小。④MCL前束损伤后，应力明显集中于半月切迹外侧，其内侧应力减低，关节出现挠偏。⑤使用界面螺钉固定人工肌腱的方法重建前束可以即刻纠正肱尺关节的外翻不稳定；恢复接触面积；韧带重建后在肘关节屈曲0°-60°时能有效改善肱尺关节内的平均压强。⑥在屈肘位外翻松弛度接近10°，考虑MCL前束不完全断裂；如肘关节伸直位如果外翻松弛度在5°左右，在屈肘位外翻松弛度达15°左右即可考虑MCL前束完全断裂。