肘关节内侧副韧带前束断裂的生物力学研究

张军威 高 石军 杨 新明 杨静

肘半节内侧副韧带(MCL)复合体为关节囊的增厚部分，由前束、后束及斜束构成。前束起自肱骨内上髁的前下方和内下方，止于尺骨冠突内侧缘的结节处，呈条索状。前束是肘关节内侧稳定的主要结构，临床上MCL损伤时应重点修复或重建MCL前束以稳定肘关节［1］。对MCL前束的生物力学研究是近年来热门研究方向，国内外很多学者通过多种方法对MCL的生物力学进行测试，对韧带的形态变化、韧带的紧张受力分析、韧带功能不全后肘关节的应力等多方面进行研究，阐述其对肘关节内翻不稳定的影响，取得了一定的研究成果。目前，国内采用压敏胶片对肘关节进行应力及受力面积的分析的研究仍处于早期起步阶段。

1 材料与方法

1.1 实验标本及主要材料、仪器 40%甲醛溶液保存的成人完整上肢标本12具(由河北北方学院解剖教研室提供)。男8具，女4具;左、右侧各6具。无肘部明显畸形及肘部手术史。将标本剔除皮肤、肌肉、血管、神经，保留关节囊及内侧副韧带，分别自肘关节上方及下方25 cm处截骨，制成肘关节“骨-韧带”标本。

CSS-44020型生物力学试验机(长春试验机研究所);压敏胶片数据读出器及超低压双片型压敏胶片(FUJI公司，日本)。牙托粉、自凝牙托水(上海医疗器械股份有限公司，中国);医用人工肌腱(山西奥瑞生物材料有限公司，中国);2.0 mm骨圆针(扬州市江州医疗器械有限公司，中国);自制标本固定架和牵引装置。

1.2 方法 按照前束是否完整将标本分为实验组、对照组，每组12例，在不同肘关节屈曲角度下，分别测量关节外翻松弛度、肱尺关节受力面积及平均压强。

控制室内温度25°C、湿度45%RH;将制备好的标本肱骨近端矢状位垂直于肱骨用10 mm钻头钻孔，贯穿双侧皮质(骨孔略粗于螺栓)，螺栓穿过骨孔，双侧螺母固定肱骨防止其在螺栓上滑动，并与近端固定架相连接。自肱骨内上髁上及尺骨冠突远端分别打入一枚2.0 mm骨圆针，并使两枚钢针平行，以便测量关节在外翻应力下的张开角度，用以评价关节松弛度(关节在极限以内的力或扭矩作用下的活动量或旋转［2］)。前臂远端用牙托粉固定于远端固定架上并与生物力学试验机操作平台垂直，这样就将肘关节固定成0°屈曲角度。用一枚骨圆针平行于螺栓钻入肱骨螺栓近端，测算骨圆针距螺栓距离为8.5 cm，施加于肘关节的外翻力量为1.85 kg时，肘关节将承受1.5 N·m扭矩。轻柔牵引肘关节，自冠状突后方将制备好的压敏胶片小心放入肱尺关节。连接牵引装置，对肘关节施加外翻应力。开启生物力学试验机，设定实验材料为非金属，实验方法为压缩，实验控制方式为速度控制，压缩速度为5 mm/min。对肘关节施加150 N的轴向压力。此时，采集肘关节屈曲0°且MCL完整时的关节张开角度及显色的压敏胶片。使用压敏胶片数据读出器对每个压敏胶片上的四个不同区域进行测量，计算出每个压敏胶片的平均压强，应用Photoshop图像分析软件及工作电脑计算每个压敏胶片的受力面积并分别记录数据。

同法，于制备好的标本肱骨近端与肱骨成60°及30°夹角用10 mm钻头钻孔，螺栓穿过骨孔，双侧螺母通过带有角度的斜垫固定肱骨，防止其在螺栓上滑动，并与近端固定架相连接。调节螺栓上螺母的位置及近端固定架的位置，使前臂位置不变仍与生物力学试验机操作平台垂直。其余操作方法与肘关节屈曲0°时相同，即可获得肘关节在屈曲30°及60°时的关节张开角度及显色的压敏胶片。测量肘关节屈曲90°的数据时，因近端螺栓无适当打入位置，需使用倾斜30°的远端固定架，肱骨近端使用与肱骨成角30°的骨孔穿过螺栓，才能获得屈曲90°的肘关节。分别对各具标本进行测量并记录数据。解剖MCL前束，将其全部切断后重复上述操作，分别记录数据。

1.3 统计学分析应用SPSS 16.0统计软件，计量资料以±s表示，组内不同屈曲角度间比较采用单因素方差分析，两两比较采用q检验，组间比较采用独立样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 关节外翻松弛度的测量结果 实验组在肘关节屈曲0°时组内比较关节松弛度小于其余三个角度(P＜0.05)，而在其余各角度两两比较差异无统计学意义(P＞0.05);对照组组内两两比较差异无统计学意义(P＞0.05);实验组与对照组各屈曲角度组间比较均差异有统计学意义(P＜0.05)。见表1。

2.2 关节内平均压强的测量结果 实验组在肘关节各屈曲角度下平均压强组内比较差异无统计学意义(P＞0.05);对照组在肘关节屈曲0°时平均压强小于其他屈曲角度(P＜0.05)，而其余各角度组内两两比较差异无统计学意义(P＞0.05);实验组与对照组各屈曲角度组间比较均有统计学差异(P＜0.05)。见表 2。

2.3 关节内接触面积的测量结果 实验组在肘关节各屈曲角度下关节内接触面积组内比较差异无统计学意义(P＞0.05);对照组在肘关节屈曲0°时接触面积大于其余三个角度(P＜0.05)，其余各角度组内两两比较差异无统计学意义(P＞0.05);实验组与对照组各屈曲角度组间比较均差异有统计学意义(P ＜0.05)。见表3。

表1 肘关节松弛度(旋转角度°)n=12，±s

表1 肘关节松弛度(旋转角度°)n=12，±s

组别 0° 30° 60° 90° F 值 P值对照组 1.01 ±0.25 1.17 ±0.33 1.11 ±0.15 1.01 ±0.21 1.260 ＞0.05实验组 5.94 ±0.28 16.75 ±1.56 16.12 ±1.14 16.88 ±1.82 191.56 ＜0.05 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 肱尺关节平均压强n=12，MPa，±s

表2 肱尺关节平均压强n=12，MPa，±s

组别 0° 30° 60° 90° F 值 P值对照组 1.14 ±0.19 1.52 ±0.23 1.54 ±0.17 1.51 ±0.24 3.237 ＜0.05实验组 1.91 ±0.22 1.83 ±0.18 1.88 ±0.23 1.85 ±0.21 1.315 ＞0.05 P值P ＜0.05 P ＜0.05 P ＜0.05 P ＜0.05

表3 肱尺关节平均接触面积n=12，cm2，±s

表3 肱尺关节平均接触面积n=12，cm2，±s

组别 0° 30° 60° 90° F 值 P值对照组 11.20 ±1.19 9.87 ±1.23 9.74 ±1.17 9.93 ±1.24 4.372 ＜0.05实验组 7.85 ±1.22 8.20 ±1.18 7.98 ±1.23 8.11 ±1.21 0.153 ＞0.05 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

3 讨论

3.1 MCL前束与肘关节内侧不稳定 肘关节的稳定系统包括结构稳定系统(或称静力稳定系统)和动力稳定系统［3］。O’Driscoll等［4］认为:静力稳定系统包括三个最主要的结构:肱尺关节、MCL的前束及外侧副韧带复合体;如果这三个结构完整则肘关节是稳定的。骨性结构在肘关节屈曲小于20°和大于120°时对肘关节的侧方稳定发挥主要作用，但绝大多数的上肢运动是在肘关节屈曲20°到120°内完成，此时骨性结构对肘关节的侧方稳定作用很小，主要依赖肘关节的侧副韧带维持关节的侧方稳定性［4，5］。MCL前束作为肘关节对抗外翻应力的主要结构已经得到国内外广大学者的一致认可［6－8］。动力稳定系统由跨越肘关节的肌和肌腱组成，包括前臂屈、伸肌群、旋前肌、旋后肌、肱二头肌和肘肌。肘关节内侧不稳定又称外翻不稳定，是由肘关节内侧稳定结构在急性或慢性(疲劳性)致伤力量作用下出现结构破坏。急性损伤造成的肘关节脱位或半脱位的症状、体征较典型，结合X线摄片容易明确诊断，患者多能及时得到治疗。而慢性损伤造成的不稳症状多不典型。

3.2 生物力学结果分析 实验组在肘关节不同屈曲角度下，外翻松弛度、平均压强与接触面积与对照组比较差异均有统计学意义(P＜0.05)，表现在松弛度及关节内平均压强增大和接触面积减小，说明MCL前束断裂后，肘关节的内侧稳定遭到破坏，将导致肘关节在非正常平面出现异常活动，关节软骨面易发生磨损，关节失稳将导致骨质增生及关节间隙变窄，继而发生骨性关节炎。对照组肘关节屈曲0°时关节的平均压强及接触面积较其他角度组内比较差异有统计学意义(P＜0.05)，考虑是由于在关节伸直位时骨性结构对关节的外翻稳定发挥了作用的结果，即肱桡关节骨性结构阻挡以及伸直位时肱尺关节匹配程度高于肘关节屈曲时(关节接触面积增大)，从而减少了关节内平均压强，实验组在0°时关节松弛度在组间比较时较其余角度减少(P＜0.05)，也可能是由于这种原因导致。同时，我们也发现当MCL前束断裂后，肘关节在伸直位时虽然骨性结构的阻挡发挥了稳定作用，使关节外翻松弛度增加较其他屈曲角度小，但此时关节内压强已增大及接触面积的变小与其他屈曲角度并无明显区别，说明如果没有MCL前束的稳定作用，只依靠骨性结构的外翻稳定作用并不能改变肘关节受力环境的恶化，也不能阻止肘骨性关节炎的发生。

3.3 造成实验误差的影响因素

3.3.1 实验标本对实验结果可能造成的影响:本实验标本例数(12例)较少，小样本实验对象在数据采集和进行统计学处理时易产生误差，在数据分析易于出现以点带面的情况，使得出的结论有失偏颇。本实验标本非新鲜尸体标本，标本的长时间保存使关节囊及韧带组织的韧性及强度与正常人体或新鲜尸体标本均有一定差异，且各例标本保存时间也不尽相同，对实验结果也会产生一定的影响。

3.3.2 压敏胶片的使用对实验结果可能造成的影响:肘关节的解剖特点使它成为了高度限制性的关节，尤其是肱尺关节的匹配程度较高，关节间隙狭窄，且前方有冠突、后方有鹰嘴突的阻挡使压敏胶片在放入关节内部时相当困难。我们采取自关节前方放入压敏胶片时，需切开前关节囊，有时甚至需要部分切开挠侧韧带复合体才能将其放入。LLW型压敏胶片的敏感程度较高，在放入过程中的任何不小心对它的挤压均可产生显色，造成对受力面积和压强测定结果的误差。此外，室内温度及湿度都会对压敏胶片显色产生影响，故应在尽量保持温、湿度恒定的基础上尽快完成实验，避免不必要的误差。前束损伤后肘关节在外翻负荷下可能产生旋转运动，造成压敏胶片碾挫，造成压敏胶片褶皱影响测量结果。

1 王友华，纪标，吴菊，等.肘关节内侧副韧带生物力学及临床研究.解剖与临床，2005，10:184-186.

2 戴尅戎主编.现代关节外科学.第1版.北京:科学技术出版社，2007.435-441.

3 毛宾尧.肘关节不稳定.中国矫形外科杂志，2000，7:917-918.

4 O’Driscoll SW，Jupiter JB，King GJ，et al.The unstable elbow.Instr Course Lect，2001，50:89-102.

5 陈疾忤，陈世益.肘关节不稳的诊治进展.国外医学骨科学分册，2004，25:86-89.

6 Floris S，Olsen BS，Dalsta M，et al.The medical collate ligament of the elbow joint Anatomy and kinematics.J Shoulder Elbow Sury，1998，7:345.

7 范凌，潘显明，权毅，等.尺侧副韧带完整性对肘关节稳定性的影响及临床研究.中国现代医学杂志，2011，21:2436-2441.

8 陈硕，黄富国，钟刚，等.尺骨冠突骨折合并内侧副韧带前束损伤致后外侧旋转不稳定的生物力学研究.中国修复重建外科杂志，2010，24:215-218.