李勝，王威，李靖年

(1 沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)中心醫(yī)院，沈陽(yáng)110000；2 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院；3 沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院；4 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院)

踝關(guān)節(jié)韌帶損傷是骨科門急診中的常見損傷之一，約占整個(gè)運(yùn)動(dòng)損傷的15%[1]。下脛腓聯(lián)合韌帶是踝關(guān)節(jié)韌帶的重要組成部分，而下脛腓前韌帶是下脛腓聯(lián)合韌帶中抵抗外旋應(yīng)力最強(qiáng)的韌帶，也是最容易受傷的韌帶[2]。臨床上多數(shù)踝關(guān)節(jié)旋后外旋型扭傷，在距骨的強(qiáng)力外旋下，導(dǎo)致下脛腓前韌帶斷裂[3]。但目前對(duì)下脛腓前韌帶斷裂是否需要修復(fù)尚存在爭(zhēng)議。2010年8月～2018年2月，我們觀察了防腐處理下肢標(biāo)本踝關(guān)節(jié)下脛腓前韌帶損傷前后生物力學(xué)變化，旨在為下脛腓前韌帶斷裂修復(fù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 經(jīng)10%甲醛固定3個(gè)月的成人正常右下肢標(biāo)本10具，由大連醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供。肢體標(biāo)本來(lái)源死者均為男性，年齡25～45歲，體質(zhì)量65～75 kg，身高170～180 cm。CSS-2205型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所；Prescale壓力測(cè)量系統(tǒng)，日本富士株式會(huì)社；雙片低壓型壓敏片，富士膠片(中國(guó))投資有限公司。自制鋼板帽，根據(jù)標(biāo)本膝關(guān)節(jié)形態(tài)用鋼板焊制而成。自制水泥底座，根據(jù)踝關(guān)節(jié)足運(yùn)動(dòng)中立位、背伸位20°、跖屈位30°時(shí)用水泥制成。

1.2 踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性檢測(cè) 所有下肢標(biāo)本采用手術(shù)器械從膝關(guān)節(jié)處離斷，保留膝關(guān)節(jié)以下部分，用自制鋼板帽、水泥底座分別固定膝關(guān)節(jié)和足底。打開踝關(guān)節(jié)囊，將塑料薄膜包裹的雙片低壓型壓敏片置于脛距關(guān)節(jié)內(nèi)，分別檢測(cè)下脛腓前韌帶離斷前后踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，以下脛腓前韌帶離斷前所測(cè)數(shù)據(jù)為對(duì)照組，下脛腓前韌帶離斷后所測(cè)數(shù)據(jù)為觀察組。參照文獻(xiàn)[4]方法，采用CSS-2205型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)于踝關(guān)節(jié)足運(yùn)動(dòng)中立位、背伸位20°、跖屈位30°時(shí)，分別給予700、1 400、2 800、3 500 N垂直壓力負(fù)荷，加載速率為2.50 mm/min，加壓至所需壓力負(fù)荷并維持5 s，直接獲取不同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移。變換體位或壓力負(fù)荷時(shí)需更換新的壓敏片。采用Prescale壓力測(cè)量系統(tǒng)(包括FDP-301密度計(jì)和FDP-302密度壓力轉(zhuǎn)換器)將顯色壓敏片轉(zhuǎn)換成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)FDP-301密度計(jì)獲取壓敏片著色區(qū)域密度值，由FDP-302密度壓力轉(zhuǎn)換器換算不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積和壓強(qiáng)，根據(jù)壓敏片顏色深淺，分析脛距關(guān)節(jié)面受力分布情況。壓敏片顏色隨著壓力負(fù)荷增大，由綠色逐漸變成淺紅、深紅、黃色，黃色為集中受力區(qū)域。使用手術(shù)刀離斷下脛腓前韌帶，再次測(cè)量不同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移、脛距關(guān)節(jié)面壓力面積和壓強(qiáng)，并分析脛距關(guān)節(jié)面受力分布情況。所有標(biāo)本在結(jié)構(gòu)模擬、壓力負(fù)荷、材料力學(xué)性質(zhì)、加載方式等保持一致。

2 結(jié)果

2.1 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移比較 隨著垂直壓力負(fù)荷增大，兩組同體位下垂直壓縮位移逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移明顯高于對(duì)照組(P均<0.05)。見表1。

2.2 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積比較 隨著垂直壓力負(fù)荷增大，兩組同體位下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積明顯高于對(duì)照組(P均<0.05)。見表2。

表1 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移比較

注：與同組700 N壓力負(fù)荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負(fù)荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負(fù)荷比較，△P<0.05；與對(duì)照組同體位與壓力負(fù)荷比較，▲P<0.05。

表2 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積比較

注：與同組700 N壓力負(fù)荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負(fù)荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負(fù)荷比較，△P<0.05；與對(duì)照組同體位與壓力負(fù)荷比較，▲P<0.05。

2.3 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓強(qiáng)比較 隨著垂直壓力負(fù)荷增大，兩組同體位下脛距關(guān)節(jié)面壓強(qiáng)逐漸增大(P均<0.05)。觀察組同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓強(qiáng)明顯低于對(duì)照組(P均<0.05)。見表3。

表3 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓強(qiáng)比較

注：與同組700 N壓力負(fù)荷比較，*P<0.05；與同組1 400 N壓力負(fù)荷比較，#P<0.05；與同組2 800 N壓力負(fù)荷比較，△P<0.05；與對(duì)照組同體位與壓力負(fù)荷比較，▲P<0.05。

2.4 兩組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面受力分布情況 ①足運(yùn)動(dòng)中立位：踝關(guān)節(jié)脛距關(guān)節(jié)面內(nèi)側(cè)首先受力，隨著壓力負(fù)荷增大，受力范圍逐漸擴(kuò)展至脛距關(guān)節(jié)面前側(cè)、后側(cè)、外側(cè)、中部，最終形成內(nèi)窄、中外寬的似三角形圖形；集中受力區(qū)域分布于脛距關(guān)節(jié)面中部偏內(nèi)側(cè)；與對(duì)照組比較，觀察組同壓力負(fù)荷下受力面積有增大趨勢(shì)。②背伸位20°：踝關(guān)節(jié)脛距關(guān)節(jié)面前內(nèi)側(cè)首先受力，隨著壓力負(fù)荷增大，受力范圍逐漸擴(kuò)展至脛距關(guān)節(jié)面中部、外側(cè)、后側(cè)，形成前內(nèi)寬、后外窄的似直角三角形圖形；受力區(qū)域分布于脛距關(guān)節(jié)面前內(nèi)側(cè)；與對(duì)照組比較，觀察組同壓力負(fù)荷下受力面積有增大趨勢(shì)。③跖屈位30°：踝關(guān)節(jié)脛距關(guān)節(jié)面后內(nèi)側(cè)首先受力，隨著壓力負(fù)荷增大，受力范圍逐漸擴(kuò)展至脛距關(guān)節(jié)面中部、前側(cè)、外側(cè)，形成前寬、后窄的似倒三角形圖形；集中受力區(qū)域分布于脛距關(guān)節(jié)面中前側(cè)；與對(duì)照組比較，觀察組同壓力負(fù)荷下受力面積有增大趨勢(shì)。

3 討論

目前，對(duì)下脛腓前韌帶斷裂是否需要修復(fù)存在爭(zhēng)議。羅群強(qiáng)[5]認(rèn)為，只要外踝足夠堅(jiān)強(qiáng)，下脛腓前韌帶斷裂后可以不固定。王守赟等[6]研究發(fā)現(xiàn)，下脛腓前韌帶斷裂后，脛距關(guān)節(jié)面受力大小和面積會(huì)發(fā)生改變，修復(fù)斷裂韌帶能改善踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)環(huán)境。正常踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)合理、承載力強(qiáng)，若解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，則會(huì)影響踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，誘發(fā)退行性關(guān)節(jié)炎[7]。黃云鵬等[8]研究發(fā)現(xiàn)，下脛腓前韌帶斷裂可導(dǎo)致滑車上關(guān)節(jié)面壓強(qiáng)及應(yīng)力分布改變，有可能引起創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎，建議手術(shù)修復(fù)斷裂韌帶。

有研究發(fā)現(xiàn)，甲醛處理3個(gè)月內(nèi)的尸體標(biāo)本骨質(zhì)和剛度雖與新鮮標(biāo)本有一定差異，但仍能維持骨的正常力學(xué)傳導(dǎo)[9，10]。在當(dāng)前新鮮標(biāo)本獲取日益困難下，在一定程度上可用甲醛處理標(biāo)本替代新鮮標(biāo)本進(jìn)行生物力學(xué)研究。故本研究選擇經(jīng)甲醛處理3個(gè)月內(nèi)的成人正常下肢標(biāo)本進(jìn)行研究。由于踝關(guān)節(jié)韌帶損傷多見于運(yùn)動(dòng)時(shí)，本研究選擇踝關(guān)節(jié)中立位、背伸位20°、跖屈位30°三個(gè)典型活動(dòng)角度來(lái)模擬人行走時(shí)踝關(guān)節(jié)狀態(tài)。王亦璁[11]認(rèn)為，在自然行走時(shí)，負(fù)重中期踝關(guān)節(jié)脛距關(guān)節(jié)面承受的壓力約為人體體質(zhì)量的2倍，在負(fù)重后期甚至可達(dá)人體體質(zhì)量的5倍。故本研究在模擬運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇踝關(guān)節(jié)負(fù)重為人體體質(zhì)量至承力極限狀態(tài)，以正常人體質(zhì)量70 kg計(jì)算，即700～3 500 N。

本研究結(jié)果顯示，隨著垂直壓力負(fù)荷增大，兩組同體位下垂直壓縮位移逐漸增大，表明踝關(guān)節(jié)在生理承重范圍內(nèi)，隨著壓力負(fù)荷增大，關(guān)節(jié)面間隙變小，從而保證了踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。當(dāng)垂直壓力負(fù)荷達(dá)到人體體質(zhì)量的2倍時(shí)，關(guān)節(jié)面間隙驟減，周圍韌帶等組織受壓明顯；當(dāng)垂直壓力負(fù)荷達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，垂直壓縮位移改變主要來(lái)自關(guān)節(jié)面骨質(zhì)的形變，尤其在跖屈位30°時(shí)垂直壓縮位移變化最明顯，說(shuō)明在此體位時(shí)，踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度最大，相對(duì)最不穩(wěn)定[12]。觀察組同體位與壓力負(fù)荷下垂直壓縮位移明顯高于對(duì)照組，說(shuō)明下脛腓前韌帶斷裂使限制脛骨的力量減弱，受力后脛骨過(guò)度下移，可引起踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定。

本研究結(jié)果顯示，隨著垂直壓力負(fù)荷增大，兩組同體位下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積和壓強(qiáng)逐漸增大。接觸面積增加可分散壓力，但由于壓力負(fù)荷增幅明顯超過(guò)接觸面積增幅，故兩組壓力面積增大的同時(shí)伴隨著壓強(qiáng)增大。當(dāng)垂直壓力負(fù)荷達(dá)到人體體質(zhì)量的2倍時(shí)，脛距關(guān)節(jié)面壓力面積和壓強(qiáng)均明顯增大，與垂直壓縮位移變化一致，此時(shí)踝關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境發(fā)生了驟變，進(jìn)入緊急代償狀態(tài)。在足運(yùn)動(dòng)中立位及背伸位20°時(shí)，當(dāng)垂直壓力負(fù)荷達(dá)到2 800或3 500 N時(shí)，脛距關(guān)節(jié)面幾乎完全貼合，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，受力面積變化微小，但壓強(qiáng)變化較大；而跖屈位30°時(shí)，兩組脛距關(guān)節(jié)面壓力面積變化仍較大，說(shuō)明在此體位時(shí)踝關(guān)節(jié)仍不穩(wěn)定。觀察組同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面壓力面積明顯高于對(duì)照組，壓強(qiáng)明顯低于對(duì)照組，說(shuō)明下脛腓前韌帶斷裂后，腓骨不能很好地束縛脛骨下移，故脛骨更加貼近距骨，相應(yīng)地受力面積增大，壓強(qiáng)更小，這是下脛腓前韌帶斷裂后，為避免進(jìn)一步損傷，機(jī)體的代償性改變。

關(guān)節(jié)面受力分布情況說(shuō)明內(nèi)側(cè)為首先受力部位，這是因?yàn)槿梭w在自然站立時(shí)下肢的承重線與內(nèi)踝的夾角明顯小于與外踝的夾角，踝關(guān)節(jié)承力偏向于內(nèi)側(cè)。隨著壓力負(fù)荷增大，關(guān)節(jié)面受力部位逐漸擴(kuò)大。不同體位時(shí)集中受力部位不同，足運(yùn)動(dòng)中立位時(shí)在脛距關(guān)節(jié)面中部偏內(nèi)，背伸位20°時(shí)在脛距關(guān)節(jié)面前偏內(nèi)側(cè)，跖屈位30°時(shí)在脛距關(guān)節(jié)面前偏中側(cè)。如果踝關(guān)節(jié)喪失穩(wěn)定性，則會(huì)導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)集中受力部位改變。本研究結(jié)果顯示，觀察組不同體位與壓力負(fù)荷下脛距關(guān)節(jié)面外側(cè)受力有增大趨勢(shì)，這與下脛腓前韌帶斷裂，腓骨外移，束縛脛骨的力量變小，從而使集中受力部位偏向外側(cè)。

綜上所述，下脛腓前韌帶斷裂可使踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)性能發(fā)生改變，破壞踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，尤其以踝關(guān)節(jié)跖屈位30°時(shí)最為明顯。