膝关节伸直位下外侧半月板后根不同位置撕裂对胫股关节的影响

赵章伟，王俊诚，董伊隆，蔡春元

温州医科大学附属第三医院 关节外科，浙江 温州 325200

半月板根部是半月板在胫骨平台的附着点，其完整性对维持半月板的稳定性至关重要。根部的损伤会导致半月板的环形张力丧失，使得股骨及胫骨接触压力增加，导致膝关节退行性变[1]。其中外侧半月板后根部损伤在临床中并不少见，常常合并前交叉韧带损伤[2-3]，与以往姑息治疗不同，目前临床上逐渐认识到积极治疗此类根部损伤对改善膝关节功能的重要性[4-5]。针对半月板根部撕裂的生物力学试验多见于内侧半月板[6-8]，而外侧半月板相对较少[9-10]，其中对外侧半月板后根部不同位置撕裂的比较更是鲜有报道。本研究旨在通过对冰冻人膝关节标本的生物力学测量来进一步了解外侧半月板后根部不同位置撕裂对胫股关节接触面的影响。

1 资料和方法

1.1 资料 采用12具非成对的冰冻成人尸体膝关节标本，其中男8例，女4例，左侧6例，右侧6例，死亡年龄为32～66岁，平均50.4岁。所有标本由温州医科大学解剖教研室提供，排除膝关节外伤、畸形、明显退变、半月板损伤等。标本在-20 ℃保存，实验前24 h室温下解冻，仔细解剖，完整保留前后交叉韧带、板股韧带、内外侧副韧带、半月板等结构。本实验通过温州医科大学附属第三医院临床试验伦理委员会审批（审批号：M2020014）。

1.2 方法 将膝关节标本的胫骨侧和股骨侧固定在特制夹具上，连接微机控制电子万能试验机器（型号ED25.504，上海毅测试验设备有限公司），使得纵向压缩载荷垂直于关节面，保持膝关节于伸直位，限制其在矢状面上屈伸，允许其在冠状面上内外翻（见图1）。测量时在股骨侧施加1 kN轴向压缩载荷，达到压力后停留30 s[8，11-12]。

图1 膝关节生物力学测量实物图

测量内外侧间室的接触面积及平均压力共4个指标。接触面积测量方法：将合适大小的压力测试纸（日本富士，FUJIFILM，4LW）放置在半月板和胫骨平台之间，在其受到压力显色后取出，使用相机（60 D单反相机，日本佳能公司）拍摄并输入电脑，用Scion Image4.03 软件（National Institutes of Health，美国）计算显色区域，数值精确到0.01 mm2。外侧半月板后根不同情况下内外侧间室的压力测试纸显色面积见图2。平均压力测量方法：将电子压力感应片（RXF-FSR，RX-CHD01数显模块采集，常州柔希电子科技公司）放置在半月板与胫骨平台之间得到接触面总压力，并计算出平均压力，精确到0.01 MPa。

图2 外侧半月板后根不同情况下内外侧间室的压力测试纸显色面积

每具标本在以下5种情况下依次进行上述测试：内外侧半月板完整，外侧半月板后根部止点完全撕脱，外侧半月板距离后根止点3 mm、6 mm完全放射状撕裂，外侧半月板全切[8.11]。在实验中定时用0.9%氯化钠溶液保持标本湿润，环境温度控制在20～25 ℃。

1.3 统计学处理方法 采用SPSS23.0统计软件进行分析。符合正态分布的计量资料以±s表示，多组比较采用单因素方差分析，方差齐性两两比较采用LSD-t检验，方差不齐两两比较采用Tamhanet检验；如果数据不符合正态分布，则用秩转换的非参数检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 外侧间室的接触面积及平均压力 外侧半月板5种不同状态下外侧间室的接触面积及平均压力数据见表1。外侧半月板后根部在其止点处、距离止点3 mm、6 mm处撕裂后，与外侧半月板完整情况下相比外侧间室的接触面积显著减少，而平均压力显著增加，差异均有统计学意义（P＜0.01）。将外侧半月板后根3个不同部位撕裂情况下所测量的接触面积及平均压力进行两两比较，结果显示差异无统计学意义（P＞0.05）。外侧半月板被完全切除后，外侧间室的接触面积进一步减少到完整状态下的51%，而平均压力进一步上升至完整状态下的3.4倍，且与外侧半月板后根3个不同部位撕裂情况下所测量的值差异均有统计学意义（P＜0.05）。

表1 外侧半月板后根部不同状态下内外侧间室的接触面积和平均压力（±s）

表1 外侧半月板后根部不同状态下内外侧间室的接触面积和平均压力（±s）

与完整状态比：aP ＜0.05；与全切状态比：bP ＜0.05

2.2 内侧间室的接触面积及平均压力 外侧半月板5种不同状态下内侧间室的接触面积及平均压力数据详见表1。外侧半月板后根部在其止点处、距离止点3 mm、6 mm处撕裂后，内侧间室的接触面积及平均压力与外侧半月板完整情况比较差异无统计学意义（P＞0.05）；但是切除外侧半月板后，内侧间室的接触面积减少，与外侧半月板完整状态下及后根3种不同部位撕裂状态相比差异有统计学意义（P＜0.01），而内侧间室的平均压力差异均无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

半月板根部撕裂是指根部止点撕脱或距离止点1 cm内的放射状撕裂。目前报道的绝大多数针对外侧半月板后根部撕裂的生物力学文献中，都是对其根部止点撕脱进行测量[9-10，12-13]，但临床上合并前交叉韧带损伤的外侧半月板后根部撕裂多数是距离止点一定距离的放射状撕裂，而止点撕脱相对较少[2-3]。因此本研究从临床实际出发，对该部位撕裂的位置进行细化，在止点及距离止点3 mm、6 mm处切断外侧半月后根部制作不同位置的撕裂模型来进行相关指标的测量。

本研究结果显示，与外侧半月板完整状态相比，后根部的撕裂均会导致膝关节外侧间室的平均压力增大及接触面积减少，如果进一步将外侧半月板全部切除，外侧间室的平均压力会进一步增大，接触面积也会进一步减少。因此外侧半月板结构及张力的完整性对保持膝关节正常的生物力学特性非常重要，这个结果也支持了以往报道的半月板根部撕裂生物力学的测量结果[9-10]，也验证了本研究的可靠性。同时，本研究进一步测试了外侧半月板后根止点撕脱、距离止点3 mm及距离止点6 mm撕裂的生物力学改变，结果显示，膝关节伸直位下这三个不同位置的撕裂对膝关节内外侧间室的平均压力及接触面积的影响没有显著差异，这一结果对外侧半月板根部损伤的生物力学研究进行了一定的补充。

本研究结果显示外侧半月板全切后，相对半月板完整及撕裂状态，内侧间室的接触面积减少，但平均压力没有明显改变，SCHILLHAMMER等[10]在测量外侧半月板后根撕裂的生物力学试验中也得出了相似的结果。而LAPRADE等[11]研究显示，在外侧半月板后根部撕裂、全切等情况下，内侧间室的接触面积、平均压力等均没有改变。笔者认为测量结果不同的主要原因是，本研究中的膝关节标本在冠状面上是允许内外翻的，因此被切除外侧半月板后，在纵向负荷的施压下会出现一定的外翻并导致力线向外侧偏移，从而其内侧间室总负荷及接触面积都减少，而LAPRADE等[11]在实验中限制了膝关节的内外翻，因此导致传导到内侧间室的负荷没有随着外侧半月板情况不同而改变。

以往有关内侧半月板生物力学的实验结果表明，内侧半月板后根部撕裂对内侧间室的影响相当于内侧半月板全切[1，6-8]。但是本研究结果显示这种结论并不适用于外侧半月板，外侧半月板全切后会在外侧半月板后根部撕裂的基础上进一步减少外侧间室的接触面积以及增加平均压力。内外侧半月板的这种差异，笔者推测是因为板股韧带的存在。既往笔者对半月根部附着区解剖测量中发现板股韧带起于外侧半月板后角，与根部尚有一定距离，未与根部融合[14]，因此根部的损伤并不一定累及板股韧带。本研究中，在制作止点撕脱及距离止点3 mm、6 mm撕裂时，板股韧带均被完整保留，因此在半月板根部撕裂的情况下，完整的板股韧带使得外侧半月板环形张力没有完全丧失。有研究显示如果在根部撕裂的情况下切除板股韧带会进一步减少外侧间室的接触面积及增加接触压力[15]。

传统对半月板根部损伤这一特殊的类型采用半月板全切或次全切术，虽然此类方法可能在短期内改善症状，但会显著改变膝关节的生物力学特性。APRATO等[16]对225例年龄在25～50岁接受半月板切除的患者进行不少于20年的随访后，提出半月板切除是最后接受全膝关节置换的一个重要危险因素。KRYCH等[17]对26例半月板部分切除术的患者进行了2年以上的随访，指出半月板切除会加快关节软骨的退变和骨关节炎的发生。本研究结果也显示外侧半月板全切相对半月板根部撕裂会使外侧间室的平均压力进一步增大，接触面积进一步减少，从而加速关节退变。

包括本研究结果在内的多项生物力学研究内容证实了半月板根部对维持半月板环形张力的重要性，加之该部位血运相对较丰富，修复后愈合的可能性大，因此，目前对于急性半月板根部损伤以及部分慢性根部损伤且软骨条件可（Kellgren-Lawrence分级≤2级）的患者，大多数学者主张手术修复半月板。FAUCETT等[18]进行了一项荟萃分析得出，与全半月板切除术和非手术治疗相比，半月板根撕裂的修复可以减少骨关节炎的发生，并且是一种节省成本的干预措施。尽管现阶段学者们报道了包括经胫骨隧道固定及直接锚钉缝合固定在内多种半月板根部损伤的手术方式[19-20]，但仍然需要更多的研究来验证哪种修复方式能更好地恢复半月板的生物力学特性并取得持久有效的临床效果。

本研究有一定的局限性。所使用的膝关节标本被剔除了肌肉、髌骨等组织结构，会与生理状态下存在差异；由于胫骨平台并非平面，同时半月板与胫骨平台之间的空间有限，因此在放置压力测试纸及感应片时并不能保证完全压配覆盖；由于冰冻标本的稀缺，本研究仅进行了12具标本的测量，需要更多类似研究进行比较论证。

综合上述，外侧半月板后根撕裂会显著增加外侧间室的平均压力及减少接触面积，但本研究中三个不同位置的撕裂上述指标差异无统计学意义，外侧半月板全切会进一步增强外侧间室上述指标的改变。外侧半月板后根撕裂对内侧间室的接触面积和平均压力没有影响，其全切会减少内侧间室的接触面积。