腓骨頭縱行逐級截骨治療脛骨后外平臺骨折的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)穩(wěn)定性

陳　剛　陳文鈞 　張　權(quán)　湯超亮　王世龍　章　曄　許　耀

(復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院骨科　上海　200040)

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腓骨頭縱行逐級截骨治療脛骨后外平臺骨折的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)穩(wěn)定性

陳剛陳文鈞△張權(quán)湯超亮王世龍章曄許耀

(復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院骨科上海200040)

目的探討縱行逐級截除腓骨小頭治療脛骨后外平臺骨折的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)穩(wěn)定性。方法選用10具通過遺體捐獻(xiàn)獲取的新鮮尸體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本,依次截取腓骨小頭內(nèi)1/3,中1/3及外側(cè)1/3,在生物力學(xué)扭轉(zhuǎn)機(jī)加載下分別測量不同外旋轉(zhuǎn)矩下的脛骨外旋角。結(jié)果截取腓骨小頭內(nèi)1/3及中1/3,在不同外旋轉(zhuǎn)矩下膝關(guān)節(jié)脛骨外旋角較正常標(biāo)本無顯著改變,截取腓骨小頭外側(cè)1/3后,在不同外旋轉(zhuǎn)矩下膝關(guān)節(jié)脛骨外旋角發(fā)生顯著性增加。結(jié)論腓骨小頭內(nèi)1/3及中1/3縱行截骨在治療脛骨后外側(cè)平臺骨折中不降低膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,具有其一定的臨床意義。

腓骨頭截骨;膝關(guān)節(jié);生物力學(xué);穩(wěn)定性

隨著高能量損傷的增多,臨床上脛骨平臺骨折較既往更為復(fù)雜,累及后外側(cè)的塌陷或劈裂在臨床中并不少見[1]。由于該解剖位置隱蔽、周圍組織結(jié)構(gòu)豐富及腓骨遮擋,并且往往合并膝關(guān)節(jié)其他組織的損傷,傳統(tǒng)的手術(shù)入路難以直接暴露骨折部位,無法有效復(fù)位和通過鋼板螺釘產(chǎn)生有效的骨折穩(wěn)定[2-3]。

經(jīng)腓骨頸截骨入路治療脛骨后外側(cè)平臺骨折,該入路具有直視下復(fù)位及良好的支撐鋼板的放置等優(yōu)點(diǎn),但有學(xué)者提出腓骨近端截除后,手術(shù)視野直觀,存在膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降等弊端,Bozkurt等[4]提出脛腓關(guān)節(jié)在分散踝關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)力以及膝關(guān)節(jié)的拉力有重要的作用。有學(xué)者提出后外側(cè)復(fù)合體主要依附于腓骨頭前下外表面及腓骨莖突后上表面,能減少膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)以及平移及膝關(guān)節(jié)外旋[5-7]?？偨Y(jié)既往研究后,我們通過由內(nèi)至外依次截取腓骨頭,在生物力學(xué)基礎(chǔ)上分析膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性變化,驗(yàn)證腓骨頸內(nèi)1/3、中1/3截骨不降低膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,外1/3對維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有重要的意義,為經(jīng)腓骨頸截骨入路提供新的理論基礎(chǔ)。

材 料 和 方 法

標(biāo)本準(zhǔn)備經(jīng)遺體捐獻(xiàn)獲取新鮮尸體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本10具(年齡:25～56歲),所有膝關(guān)節(jié)標(biāo)本均無外觀畸形,無骨關(guān)節(jié)炎、半月板撕裂、骨折、膝關(guān)節(jié)韌帶損傷等嚴(yán)重關(guān)節(jié)疾病,無腫瘤或炎性壞死等病變。并于雙層塑料袋密封,置于-20 ℃保存。實(shí)驗(yàn)時(shí)將標(biāo)本置于適當(dāng)濕度、常溫中自然解凍8～12 h。在實(shí)驗(yàn)中為保持標(biāo)本的濕潤,每隔20 min向標(biāo)本噴灑生理鹽水,以免自我分解等原因影響膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)性質(zhì)。

腓骨頭逐級截取將腓骨頭冠狀位分為三區(qū),分別為內(nèi)1/3(內(nèi)側(cè)腓骨頸干部連接點(diǎn)沿縱軸交于腓骨頭)、中1/3、外1/3(外側(cè)腓骨頸干部連接點(diǎn)沿縱軸交于腓骨頭),內(nèi)1/3縱行截骨長度(2.4～2.7 cm)中1/3縱行截骨長度縱行截取長度為(2.6～2.8 cm) (圖1)。內(nèi)1/3截骨破壞上脛腓關(guān)節(jié)后關(guān)節(jié)囊,保留了腘腓韌帶(popliteo fibular ligament,PFL)、股二頭肌腱(biceps femoris tendons,BTF)、外側(cè)副韌帶(Lateral collateral ligament,LCL)和腘肌腱(popliteus tendon,PT);中1/3截骨破壞上脛腓關(guān)節(jié)后關(guān)節(jié)囊和部分PFL,保留LCL、PT、BTF;外1/3截骨破壞上脛腓關(guān)節(jié)、PFL、LCL、PT、BTF。

圖1腓骨頭內(nèi)1/3(黃線)以及外1/3(紅線)截骨線

Fig 1Removal length of inside 1/3(yellow line) and outside 1/3(red line) of the fibular head

加載裝置及運(yùn)動測試將兩平板緊貼股骨內(nèi)外髁側(cè)面,并使這兩塊平板與地面垂直,經(jīng)過C-臂水平側(cè)位透視確定這個(gè)位置能使股骨內(nèi)外髁在矢狀面上重疊確定膝關(guān)節(jié)的垂直安防,股骨側(cè)、脛骨側(cè)使用特制的穩(wěn)定套筒將標(biāo)本置于生物力學(xué)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)(型號:DDL 20i,拉扭復(fù)合試驗(yàn)機(jī),長春機(jī)械科學(xué)研究院有限公司)。

進(jìn)行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝關(guān)節(jié)外旋轉(zhuǎn)矩按照2 Nm、5 Nm、10 Nm依次加載,測量膝關(guān)節(jié)正常的脛骨外旋角,定為中立位(未截骨組)。依次行腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3、外1/3逐級截骨(截骨組),分別進(jìn)行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝關(guān)節(jié)外旋依次使用2 Nm,5 Nm,10 Nm旋轉(zhuǎn)扭矩,測量不同截骨依次截骨后膝關(guān)節(jié)的脛骨外旋角(圖2)。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,不同損傷程度之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用單因素重復(fù)測量方差分析,組內(nèi)之間的比較使用SNK-t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2標(biāo)本屈膝60°

Fig 2Specimens angle of knee flexionknees in 60 °

結(jié)　　　果

2 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角轉(zhuǎn)矩為2 Nm時(shí),隨著屈膝角度的增加,相同程度損傷的脛骨外旋角相應(yīng)的增加。在同一屈膝為0°時(shí),腓骨頭逐級切除后各組脛骨外旋角較正常組無顯著性增加(P=0.152)。屈膝30°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.174),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.021),在屈膝60°及90°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.175),外1/3切除后較切除前發(fā)生顯著性增加(P=0.005)。結(jié)果見表1。

表1　2 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角

5 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角在屈膝為0°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.131),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.028)。屈膝30°、60°及90°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.119),外1/3切除后較切除前發(fā)生顯著性增加(P=0.004)。結(jié)果見表2。

10 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角在屈膝為0°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.154),腓骨頭外1/3切除后較切除前存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.039)。屈膝30°、60°及90°時(shí),腓骨頭內(nèi)1/3、中1/3切除較正常組脛骨外旋角無顯著性增加(P=0.112),外1/3切除后較切除前發(fā)生顯著性增加(P=0.004)。結(jié)果見表3。

表 2　5 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角

表 3　10 Nm轉(zhuǎn)矩下脛骨外旋角

討　　　論

脛骨后外側(cè)平臺骨折是指累及脛骨外髁后半部分的骨折,常因膝關(guān)節(jié)屈曲外翻時(shí)受到軸向暴力,經(jīng)股骨外側(cè)髁撞擊后外側(cè)平臺所致,臨床影像學(xué)上常表現(xiàn)為平臺塌陷、劈裂,該類型骨折為關(guān)節(jié)內(nèi)骨折,保守治療效果差,易導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等不良預(yù)后,因此需行手術(shù)治療恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整及軸向?qū)€穩(wěn)定[8]。

治療脛骨后外側(cè)平臺骨折時(shí)對后外側(cè)骨折的復(fù)位及固定是治療的重要環(huán)節(jié),但由于骨折位置隱蔽,周圍血管神經(jīng)組織豐富及外側(cè)腓骨的遮擋,傳統(tǒng)的經(jīng)典入路難以直接暴露骨折部位,一期探查修復(fù)血管神經(jīng)及周圍韌帶存在困難。既往學(xué)者報(bào)道了改良的后外側(cè)反L形入路用于治療脛骨后外平臺骨折,從腘窩內(nèi)側(cè)橫行切口向外轉(zhuǎn)向縱行至腓骨頭下10 cm,但仍存在后外側(cè)鋼板放置困難,并存在血管損傷可能[9]。Bhattacharyya等[10]提出采用腘窩后側(cè)S形入路,深筋膜下沿正中向外牽開比目魚肌,向外剝離脛骨平臺后外側(cè)予以暴露。Carlson等[3]采用在膝關(guān)節(jié)線上10 cm沿股二頭肌向下切開,至關(guān)節(jié)線水平,弧形向內(nèi)繞過腓骨小頭,沿腓骨外緣向下切開至關(guān)節(jié)線下10 cm,保護(hù)腓總神經(jīng)、向內(nèi)牽開腓腸肌外側(cè)頭、切斷比目魚肌暴露后外脛骨平臺。Frosch等[11]提出從標(biāo)準(zhǔn)的外側(cè)以及后外之間入路,暴露腓總神經(jīng)以及向內(nèi)牽開腓腸肌外側(cè)頭,L形切開關(guān)節(jié)囊能夠很好地處理后外側(cè)平臺,減少后外側(cè)結(jié)構(gòu)的干擾。

既往研究中涉及的多種入路,文獻(xiàn)報(bào)道均認(rèn)為能夠取得良好的臨床效果,但存在不能很好地暴露后外側(cè)骨折塊,復(fù)位困難,適合后外側(cè)相對簡單的塌陷或劈裂的骨折等缺點(diǎn),因此有學(xué)者提出經(jīng)腓骨頭截骨入路。Yu等[12]提出前外側(cè)入路,截除腓骨頭內(nèi)部分骨質(zhì)能夠很好地暴露后外側(cè)平臺骨折。儲旭東等[13]認(rèn)為取腓骨小頭上入路,緊貼外側(cè)副韌帶前緣作縱形切口,上端止于關(guān)節(jié)間隙上方2 cm,切口經(jīng)腓骨小頭上緣向前至脛骨結(jié)節(jié)外側(cè)緣1 cm,下端止于結(jié)節(jié)止點(diǎn)下方2 cm,顯露脛骨后外側(cè)髁。Solomon等[14]提出后外側(cè)經(jīng)腓骨頸截骨入路,即從前側(cè)經(jīng)股二頭肌到腓骨頭約6 cm切口,保護(hù)腓總神經(jīng)、腓腸皮神經(jīng),截腓骨頸向近端牽拉復(fù)位后外側(cè)骨折后支撐鋼板固定,具有較輕松的骨塊復(fù)位以及良好的支撐鋼板的放置。

有學(xué)者認(rèn)為腓骨近端截除后對膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性影響大,Dieckmann等[15]對腫瘤腓骨頭切除后出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定,Bozkurt等[4]提出脛腓關(guān)節(jié)在分散踝關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)力以及膝關(guān)節(jié)的拉力有重要的作用。之后有學(xué)者提出后外側(cè)復(fù)合體主要依附于腓骨頭前下外表面及腓骨莖突后上表面,能減少膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)以及平移及膝關(guān)節(jié)外旋[6]。

分析總結(jié)既往研究后,實(shí)驗(yàn)通過逐級切除腓骨頭內(nèi)1/3 (內(nèi)側(cè)腓骨頸干部連接點(diǎn)沿縱軸交于腓骨頭)、中1/3、外1/3 (外側(cè)腓骨頸干部連接點(diǎn)沿縱軸交于腓骨頭),繼而測量膝關(guān)節(jié)在不同屈曲角度下脛骨外旋角的變化,評估膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)首次針對腓骨頭進(jìn)行分區(qū)并進(jìn)行逐級截骨,通過在不同屈膝角度下,加載外旋轉(zhuǎn)矩,測量膝關(guān)節(jié)的脛骨外旋角,結(jié)果顯示隨著屈膝角度的增加,脛骨外旋角呈正相關(guān)增加,在由內(nèi)至外逐級截取腓骨頭后,內(nèi)1/3、中1/3切除后較正常標(biāo)本未見顯著增加,外1/3截除后,脛骨外旋角較正常組、內(nèi)1/3及中1/3顯著增加,且在隨著屈膝角度增加更為明顯。

本實(shí)驗(yàn)探討了腓骨頭對膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響,內(nèi)1/3及中1/3截骨可有效暴露脛骨平臺后外角,視野暴露充分,鋼板放置便利,生物力學(xué)穩(wěn)定,損傷結(jié)構(gòu)少,且不影響膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。股二頭肌腱、外側(cè)副韌帶、腘腓韌帶是膝關(guān)節(jié)后外側(cè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其附著于腓骨外1/3,外側(cè)1/3,截取后,脛骨外旋角顯著增加,膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性顯著下降。因此對于后外側(cè)腓骨頸截骨入路,腓骨頭內(nèi)1/3及中1/3截除后可不影響膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性條件下增加手術(shù)暴露,但外側(cè)1/3部需保留。腓骨保留部對手術(shù)入路暴露面積以及對內(nèi)固定放置的影響仍需進(jìn)一步的探討及研究。

[1]PARTENHEIMER A,GOSLING T,MULLER M,et al.Management of bicondylar fractures of the tibial plateau with unilateral fixedangle plate fixation[J].Unfallchirurg,2007,110(8):675-683.

[2]TAO J,HANG DH,WANG QG,et al.The posterolateral shearing tibial plateau fracture:treatment and results via a modified posterolateral approach[J].Knee,2008,15(6):473.

[3]CARLSON DA.Posterior bicondylar tibial plateau fractures[J].J Orthop Trauma,2005,19(2):73-78.[4]BOZKURT M,YILMAZ E,ATLIHAN D,et al.The proximal tibiofibular joint:an anatomic study[J].Clin Orthop Relat Res,2003,406(1):136-140.

[5]KIM YH,PUREVSUREN T,KIM K,et al .Contribution of posterolateral corner structures to knee joint translational and rotational stabilities:a computational study[J].Proc Inst Mech Eng H,2013,7227(9):968-975.

[6]PEDUTO AJ,NGUYEN A,TRUDELL DJ,et al.Popliteomeniscal fascicles:anatomic considerations using MR arthrography in cadavers[J].AJR Am J Roentgenol,2008,190(2):442-448.

[7]KIM JG,HA JG,LEE YS,et al.Posterolateral corner anatomy And its anatomical reconstruction with single fibulaand double femoral slingmethod:anatomical study and surgical technique.Arch Orthop[J].Trauma Surg,2009,129(3):381-385.

[8]KENNETH AE.Split depression posterolateral tibial plateau fracture:direct open reduction and internal fixation[J].Tech Knee Surg,2005,4(4):257-263.

[9]SUN H,LUO CF,YANG G,et al.Anatomical evaluation of the modified posterolateral approach for posterolateral tibial plateau fracture[J].Eur J Orthop Surg Traumatol,2013,23(7):809-818.

[10]BHATTACHARYYA T,MCCARTY LP,HARRIS MB,et al.The posterior shearing tibial plateau fracture:treatment and results via a posterior approach[J].J Orthop Trauma,2005,19(5):305-310.

[11]FROSCH KH,BALCAREK P,WALDE T,et al.A new posterolateral approach without fibula osteotomy for the treatment of plateau fractures[J].J Orthop Trauma,2010,24(8):515-520.

[12]YU B,HAN K,ZHAN C,et al.Fibular head osteotomy:a new approach for the treatment of lateral or posterolateral tibial plateau fractures[J].Knee,2010,17(5):313-318.

[13]儲旭東,劉曉暉,陳偉南,等.經(jīng)腓骨小頭上入路治療脛骨平臺后外側(cè)髁骨折的臨床研究[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2013,27(2):155-159.

[14]SOLOMON LB,STEVENSON AW,BAIRD RP,et al.Posterolateral transfibular approach to tibial plateau fractures:technique,results,and rationale[J].J Orthop Trauma,2010,24(5):505-514.

[15]DIECKMANN R,GEBERT C,STREITBüRGER A,et al.Proximal fibula resection in the treatment of bone tumours[J].Int Orthop,2011,35(11):1689-1694.

E-mail:Chenwj001@hotmail.com

Effects of longitudinal stepwise removal of fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture on biomechanical stability of the knee joint

CHEN Gang, CHEN Wen-jun△, ZHANG Quan, TANG Chao-liang, WANG Shi-long, ZHANG Ye, XU Yao

(Department of Orthopaedic Surgery,Huashan Hospital,Fudan University,Shanghai 200040,China)

ObjectiveTo investigate the effects from longitudinal stepwise removal of fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture on biomechanical stability of the knee joint.MethodsTen fresh frozen knee cadaver specimens from body donation were selected,the fibular head resected in a sequential manner from inside 1/3,mid-side 1/3 to outside 1/3,biomechanical torsion testing machine was used to measure the tibial external rotation angle at differents torques for the intact and different injury stage specimens.ResultsAfter removal of inside 1/3 and mid-side 1/3 of the fibular head,there were no significant differences compared with intact specimen in the tibial external rotation angle.Removal of outside 1/3 of the fibular head resulted in a significant increase in the tibial external rotation angle at different torques.ConclusionsLongitudinal removal of inside 1/3 and mid-side 1/3 of the fibular head in the treatment of posterolateral tibia platform fracture does not decrease the stability of the knee joint,the results have clinical value for subsequent research.

removal of fibular head;knee joint;biomechanics;stability

R684

Adoi: 10.3969/j.issn.1672-8467.2016.05.010

2016-03-23;編輯:王蔚)