肘关节不同屈曲度主要骨结构表面应力的实验研究

摘要

肘关节严重创伤不断增多，临床中发现损伤类型复杂多样，关节内重要解剖结构存在不同类型和程度的损伤，明显影响肘关节的功能。严重的肘关节创伤性不稳定多合并尺桡骨近端骨折，尤其是尺骨冠突的骨折，临床手术及康复治疗虽然一定程度上改善了创伤后功能障碍的程度，但多数病例功能障碍仍是学者面临的难题。肘关节损伤类型的多样化多表现为关节损伤的机制不同，损伤过程中关节周围的生物力学变化也存在不同。如何更好的通过不同的损伤机制来判断肘关节损伤的严重程度以及做好手术前预案都是非常重要的临床问题。因此，全面了解正常肘关节周围重要骨结构的应力分布的特点和不同损伤机制下的力学变化趋势，可以为我们分析肘关节严重损伤的发生机制及提供创伤处理的临床指导具有非常有用的信息。
　　 目的：本实验采用成年人正常新鲜肘关节尸体标本，利用电阻应变测量法，在垂直分级载荷下，测量人体肘关节常见摔伤屈曲度工况下关节内主要骨结构的结构表面应力，探讨肘关节屈曲角度的变化对关节周围骨结构应力分布的影响，为今后肘关节创伤模型的生物力学研究提供前期准备，同时对肘关节严重创伤的重建提供生物力学的理论依据。
　　 材料和方法：选择8具成人正常肘关节尸体标本，切除关节周围所有的皮肤、肌肉和筋膜，完整保留肘关节囊、内外侧副韧带、环状韧带及前臂的尺、桡骨间膜，近端距肘关节15cm左右处锯断肱骨，远端自桡腕离断解脱，保留下尺桡关节的韧带。用高分子树脂及调制好的牙托粉将标本两端垂直插入特制套筒模具中固定，尺桡骨成中立位，套筒模具垂直固定在不同角度(0°、15°、30°和45°)的楔形钢制固定架上，微型箔式电阻应变片标记肘关节主要骨结构（冠突尖部、冠突中高度的中部、冠突基底部、尺骨滑车凹背部、鹰嘴尖、桡骨头前外侧缘）。通过电子万能试验机对各工况下的肘关节逐级加载至500N。测量肘关节上述主要骨结构的的表面微应变，对测试结果进行统计分析。
　　 结果：单纯垂直载荷下，冠突各部位（尖部、中部、基底部）及桡骨头测点承受的为压应力，滑车凹背侧测点及尺骨鹰嘴测点承受的为拉应力。除尺骨鹰嘴测点在肘关节伸直位（屈曲0°）工况下的载荷-应变无相关性外(P＞0.05)，其余各测点的应变值在各种工况下均随载荷的逐级增加也逐淅增大(P＜0.05)，载荷-应力曲线呈近线性关系。
　　 在500N垂直载荷下，尺骨冠突在0°及15°工况下，冠突中部的应力最大，依次为冠突基底部和冠突尖部，各工况间的应力差异具有显著性(P＜0.05)。在肘关节屈曲30°及45°工况下，冠突基底部的应力最大，依次为冠突中间部和冠突尖部，两工况间存在明显统计学意义(P＜0.05)。桡骨头测点除肘关节屈曲30°工况下与冠突基底部测点的应力值差异无统计学意义(P=0.07)外，均较尺骨近端各测点的应力大，提示在垂直载荷下，桡骨头前外侧较尺骨近端承受较大的应力。
　　 结论：
　　 1．电阻应变法用于肘关节骨结构的生物力学研究，可获得比较全面的生物力学信息，有助于肘关节生物力学研究的深入和细化。
　　 2．肘关节不同屈曲度下，尺桡骨近端的应力集中部位不同，可表现为不同的损伤类型。垂直载荷下，冠突中部在肘关节屈曲0°及15。工况下的应力最大，冠突基底部在30°及45°工况下的应力最大。桡骨头前外侧较尺骨近端承受较大的应力，冠突骨折多合并桡骨头骨折存在。