三角韌帶與下脛腓聯(lián)合韌帶對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的生物力學(xué)影響

黎路根，林浩，黃東，牟勇，董書男

（1.廣東醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，廣東 湛江 524023；2.廣東省第二人民醫(yī)院 創(chuàng)傷骨科，廣東 廣州 510317）

經(jīng)典踝關(guān)節(jié)“三柱”理論仍指導(dǎo)著臨床踝關(guān)節(jié)損傷的治療，隨著生物力學(xué)及手術(shù)方式的發(fā)展與改進(jìn)，逐漸暴露出某些缺陷，至少是個不完整的理論[1]，該理論認(rèn)為在外側(cè)柱完整的情況下，固定下脛腓聯(lián)合韌帶復(fù)合體后無需修復(fù)三角韌帶損傷。然而最近研究表明，該理論似乎僅能保持踝關(guān)節(jié)冠狀面的穩(wěn)定，術(shù)后仍存在踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)[2]。多達(dá)50%的三角韌帶損傷同時伴有下脛腓聯(lián)合損傷，三角韌帶及下脛腓聯(lián)合損傷改變了脛距關(guān)節(jié)接觸生物力學(xué)，最終導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生[3]。有研究表明，三角韌帶修復(fù)可以減少踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定相關(guān)后遺癥的發(fā)生，單純修復(fù)三角韌帶可能比單純螺釘固定下脛腓聯(lián)合更有利于踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定[4]。然而，三角韌帶與下脛腓聯(lián)合對保持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的具體貢獻(xiàn)研究較少，本研究通過對三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶的生物力學(xué)研究，模擬其損傷及其修復(fù)前后的不同體位下踝關(guān)節(jié)的接觸面積、接觸壓強(qiáng)及壓應(yīng)力分布等參數(shù)，通過對比分析實驗數(shù)據(jù)，明確三角韌帶與下脛腓聯(lián)合對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的貢獻(xiàn)，評價目前常見方案修復(fù)三角韌帶及下脛腓聯(lián)合固定的療效，為臨床治療方案選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1實驗材料

選擇6具成年新鮮小腿標(biāo)本（由南方醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供），近端脛骨平臺完整，男4具，女2具，左側(cè)2具，右側(cè)4具；年齡34～65歲，平均47歲。6具標(biāo)本肉眼及經(jīng)X線檢查均未發(fā)現(xiàn)肌肉、韌帶和肌腱的損傷及攣縮等病理改變，骨質(zhì)均正常。完全去除小腿部皮膚、肌肉、肌腱至中足部，保留上脛腓關(guān)節(jié)周圍軟組織結(jié)構(gòu)完整，保留脛腓骨骨間膜、踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)囊及踝內(nèi)外側(cè)副韌帶、下脛腓聯(lián)合韌帶的完整。常規(guī)制成踝關(guān)節(jié)骨-韌帶標(biāo)本。按隨機(jī)法編號后裝入雙層塑料袋密封，常規(guī)-20℃低溫保存，實驗前12 h室溫下自然解凍用。

1.2實驗方法

標(biāo)本固定、實驗流程及分組：制成踝關(guān)節(jié)骨-韌帶標(biāo)本后，通過用大小合適的自制金屬棒經(jīng)脛骨平臺插入骨髓腔，固定脛骨上端，金屬棒與BOSE Eletroc 3510高精度生物材料實驗機(jī)器通過卡壓相連固定。足部應(yīng)用自制夾具固定系統(tǒng)，將標(biāo)本足部固定，使其穩(wěn)固不滑移。將6具標(biāo)本隨機(jī)標(biāo)號，進(jìn)行三種體位（中立位、背伸10°位、跖屈20°位）下的生物力學(xué)測試作為實驗對照A組；然后隨機(jī)抽取3具標(biāo)本離斷三角韌帶作為B組；另3具離斷下脛腓聯(lián)合韌帶作為C組；分別將B、C組的下脛腓聯(lián)合韌帶及三角韌帶離斷作為D組；兩枚螺釘固定下脛腓聯(lián)合韌帶及帶線錨釘縫合修復(fù)三角韌帶作為E組。

壓敏片的置入：將6例標(biāo)本的踝關(guān)節(jié)囊前壁橫行切開，暴露出脛距關(guān)節(jié)，注意勿將關(guān)節(jié)囊切開過大并保護(hù)好脛距關(guān)節(jié)軟骨面，然后將電子壓力傳感器（K.Scan 4000,TeKscan,Inc,美國）的接觸面置入脛距關(guān)節(jié)腔內(nèi)，置入時注意勿鉗夾及扭曲折疊電子壓力傳感器，保證電子元件的正確使用及使其與關(guān)節(jié)面完全接觸。

生物力學(xué)測試：按照 A、B、C、D、E 組順序，依次進(jìn)行三種體委（中立位、背伸10°位、跖屈20°位）下的生物力學(xué)測試，以模擬正常人踝關(guān)節(jié)行走時的基本體位。將標(biāo)本分別固定在BOSE高精度生物材料實驗機(jī)后進(jìn)行加載，以50 N/s的速度對標(biāo)本逐漸加載至600 N，維持30 s。在每個狀態(tài)下連續(xù)測量3次，取其平均值作為最終結(jié)果。通過導(dǎo)入I-ScanSoftware軟件，記錄各種狀態(tài)下的踝關(guān)節(jié)的接觸面積、接觸壓力均值、壓應(yīng)力分布等參數(shù)。

1.3統(tǒng)計學(xué)處理

采用IMB SPSS 25.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。正態(tài)分布計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示；同一指標(biāo)組間整體比較采用單因素方差分析，若各組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，再進(jìn)行兩兩比較，采用LSD-t方法比較各種狀態(tài)下的接觸面積、接觸壓力均值的變化情況，P＜0.05差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1各組在不同體位下的脛距關(guān)節(jié)接觸面積及接觸壓強(qiáng)的變化

隨著三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶的離斷，踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性逐漸下降，脛距關(guān)節(jié)接觸面積、接觸壓力及壓應(yīng)力分布均發(fā)生劇烈改變。在中立位、背伸10°位及跖屈20°位置時脛距關(guān)節(jié)面受力面積由大到小依次為 A、E、B、C、D 組，接觸壓強(qiáng)由小到大依次為 A、E、B、C、D組；單純離斷三角韌帶或離斷下脛腓聯(lián)合后，受力面積減少，接觸壓力變大，與正常A組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；將三角韌帶及下脛腓聯(lián)合同時離斷后，受力面積顯著減少，接觸壓強(qiáng)顯著增大，與正常A組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）；B、C組間受力面積、接觸壓力對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；E組經(jīng)修復(fù)下脛腓聯(lián)合及三角韌帶后，受力面積增加，接觸壓力變小，與B、C組比較有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），與正常A組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05，表 1，2）。

表1 各組在三種體位下的接觸面積

表1 各組在三種體位下的接觸面積

中立位 背伸10° 跖屈20°A組 451.33±11.74 441.17±12.92 434.17±10.83 B組（n=3） 419.00±14.42 410.00±12.77 399.00±13.53 C組（n=3） 416.33±9.61 401.33±10.50 393.67±18.50 D組 278.50±16.06 269.67±13.91 260.67±17.28 E組 440.33±12.56 432.50±12.11 425.00±9.42 F值 163.29 176.96 155.57 P值 0.000 0.000 0.000

表2 各組在三種體位下的接觸壓強(qiáng)

表2 各組在三種體位下的接觸壓強(qiáng)

中立位 背伸10° 跖屈20°A組 2374.83±153.63 2583.50±165.94 2701.17±224.28 B組（n=3） 3051.00±225.55 3324.33±313.44 3604.33±207.63 C組（n=3） 3196.67±114.42 3455.67±237.20 3786.33±103.20 D組 4384.17±219.50 4481.50±271.31 4679.68±280.48 E組 2504.83±177.35 2755.17±140.52 2892.50±169.22 F值 112.17 69.22 77.81 P值 0.000 0.000 0.000

2.2各組在不同體位下壓應(yīng)力分布

如圖1所示，不同顏色代表了不同的受力情況，由藍(lán)色到紅色的是壓應(yīng)力逐漸增大的表現(xiàn)。從圖可以看出，各組在不同體位時其壓應(yīng)力部位分布有所不同。A組韌帶完整組，壓應(yīng)力分布均分散；B組單純?nèi)琼g帶切斷后，踝關(guān)節(jié)出現(xiàn)不穩(wěn)定，壓應(yīng)力增大并有向外側(cè)移位趨勢；C組單獨離斷下脛腓聯(lián)合后，壓應(yīng)力增大，壓應(yīng)力增大也有向外側(cè)移位趨勢，類似于B組；D組離斷三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶后，踝關(guān)節(jié)極度不穩(wěn)定，壓應(yīng)力逐漸增至最大，顏色更加深，應(yīng)力更加集中，壓應(yīng)力明顯移位；E組經(jīng)螺釘固定脛腓聯(lián)合及內(nèi)側(cè)三角韌帶后，踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性得到一定的恢復(fù)，壓應(yīng)力分布相對分散。這種趨勢在背伸10°體位的標(biāo)本中也有類似表現(xiàn)，而在跖屈20°體位時更為明顯。

圖1 標(biāo)本在中立位時各組壓應(yīng)力分布圖

3 討論

本研究通過切斷三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶，采用錨釘修復(fù)三角韌帶及螺釘修復(fù)下脛腓聯(lián)合韌帶，成功建立了踝關(guān)節(jié)韌帶損傷-修復(fù)的生物力學(xué)模型，并且通過生物力學(xué)測試及相關(guān)平臺軟件，計算出正常組、斷裂組及修復(fù)組的脛距關(guān)節(jié)的接觸面積、接觸壓力及壓應(yīng)力分布等數(shù)據(jù)。本研究結(jié)果表明，僅離斷三角韌帶或下脛腓聯(lián)合韌帶時，脛距關(guān)節(jié)的接觸面積及接觸壓力及壓應(yīng)力的分布就會發(fā)生改變，與正常對照組相比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，可以認(rèn)為離斷三角韌帶或下脛腓聯(lián)合韌帶后，踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性遭到破壞。而令人驚訝的是，單純離斷三角韌帶或單純離斷下脛腓聯(lián)合韌帶后，其組間對比各項參數(shù)指標(biāo)卻無明顯差別，提示三角韌帶與下脛腓聯(lián)合韌帶對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的貢獻(xiàn)至少相近，這與臨床結(jié)論不謀而合[5]。同時離斷三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶后，脛距關(guān)節(jié)的接觸面積及接觸壓力及壓應(yīng)力的分布發(fā)生劇烈變化，表明踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞。我們通過2枚3.5 cm皮質(zhì)骨螺釘3層皮質(zhì)法固定下脛腓聯(lián)合韌帶[6]，分別在三角韌帶距骨止點處置入2枚縫合骨錨釘，對三角韌帶斷端采用連續(xù)鎖邊縫合法固定在止點處[7]，“8”字縫合法修復(fù)三角韌帶淺層。修復(fù)三角韌帶及下脛腓聯(lián)合后，踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性立即獲得了恢復(fù)，而且各項參數(shù)與正常組相比差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義，且高于韌帶損傷組，說明了目前的修復(fù)技術(shù)能夠達(dá)到踝關(guān)節(jié)韌帶的解剖學(xué)修復(fù)的基本要求。多數(shù)學(xué)者對踝關(guān)節(jié)韌帶的研究重心放在外側(cè)副韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶，單獨將三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶作為處理組的研究較少[8-9]。本研究雖然部分重復(fù)了其他學(xué)者對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的研究，但實驗原理相對創(chuàng)新，而且得出了較為合理的實驗結(jié)論。我們的研究也確定了三角韌帶對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要性至少不亞于下脛腓聯(lián)合韌帶，為臨床上三角韌帶損傷伴下脛腓聯(lián)合韌帶損傷的修復(fù)提供理論依據(jù)。

三角韌帶是踝關(guān)節(jié)最堅固的韌帶，是保持踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定的最主要結(jié)構(gòu)，不僅可以限制距骨在踝穴的側(cè)移、內(nèi)旋和外旋，維持距骨穩(wěn)定在正常位置，而且對下脛腓聯(lián)合韌帶保持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性具有一定的貢獻(xiàn)[3]。當(dāng)下脛腓聯(lián)合韌帶損傷時，完整的三角韌帶可通過距骨和完整的外側(cè)副韌帶間接連接遠(yuǎn)端腓骨，從而限制距骨在踝穴內(nèi)，阻止外側(cè)的腓骨移位及下脛腓聯(lián)合韌帶分離[2]。三角韌帶伴下脛腓聯(lián)合韌帶損傷的治療目前仍存在許多爭議，修復(fù)其中之一還是兩者一起修復(fù)及如何修復(fù)是爭論的焦點。眾所周知，距骨是否在踝穴的正確位置決定了踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，而維持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的最主要有三個解剖結(jié)構(gòu)：踝內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)（內(nèi)踝及三角韌帶）、下脛腓聯(lián)合、踝外側(cè)結(jié)構(gòu)（外踝及外側(cè)副韌帶）等，至少修復(fù)以上兩個結(jié)構(gòu)時才可保持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，此為經(jīng)典的“三柱”理論[10]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，在外踝結(jié)構(gòu)完整情況下，通過固定下脛腓聯(lián)合韌帶即可保持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，而無需固定三角韌帶[11]。因此，目前多數(shù)學(xué)者仍然不重視三角韌帶損傷的修復(fù)，認(rèn)為其修復(fù)難度大，通過固定下脛腓聯(lián)合韌帶也可以實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，且在通過保守治療后，認(rèn)為其出現(xiàn)的并發(fā)癥多數(shù)與踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)無關(guān)[12]。

然而我們的研究表明，當(dāng)三角韌帶完全斷裂后，與正常對照組相比，脛距關(guān)節(jié)接觸面積變小，接觸壓力增大，壓應(yīng)力分布相對集中并有向外側(cè)移位趨勢，說明踝關(guān)節(jié)出現(xiàn)不穩(wěn)定。當(dāng)單純離斷三角韌帶或下脛腓聯(lián)合韌帶后，兩兩比較其各項參數(shù)差異并無明顯統(tǒng)計學(xué)意義，說明三角韌帶對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的貢獻(xiàn)至少不低于下脛腓聯(lián)合韌帶。臨床研究發(fā)現(xiàn)，同時修復(fù)下脛腓聯(lián)合韌帶及三角韌帶可以相互促進(jìn)愈合，進(jìn)一步加強(qiáng)踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[13]。另有研究表明，修復(fù)三角韌帶后，應(yīng)重新評估踝關(guān)節(jié)是否存在不穩(wěn)，可能沒必要再去修復(fù)下脛腓聯(lián)韌帶合[14]，說明了三角韌帶的重要性。目前證據(jù)表明，三角韌帶的完整性是影響下脛腓聯(lián)合分離程度和內(nèi)側(cè)間隙增寬的重要因素，對伴有三角韌帶斷裂的踝關(guān)節(jié)損傷，尤其是功能要求較高的運動員及年輕患者，應(yīng)積極探查修復(fù)三角韌帶以恢復(fù)踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定。

我們的研究表明，通過螺釘修復(fù)下脛腓聯(lián)合韌帶及錨釘修復(fù)三角韌帶后，踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性得到初步恢復(fù)，從生物力學(xué)測試的各項參數(shù)看，與正常組比較已無統(tǒng)計學(xué)差異。螺釘固定仍是目前治療確診下脛腓聯(lián)合損傷的“金標(biāo)準(zhǔn)”。在本實驗中，我們在踝穴上方2.0～4.0 cm處平行于脛距關(guān)節(jié)面，在踝關(guān)節(jié)背伸位時從后向前傾斜25°～30°置入2枚3.5 mm的皮質(zhì)骨螺釘3層皮質(zhì)固定下脛腓聯(lián)合[15]。盡管如此，仍然很難避免存在復(fù)位不良、過度壓縮、螺釘移除和螺釘斷裂等問題[16]。然而研究表明，螺釘?shù)臄?shù)量、直徑及使用的皮質(zhì)數(shù)量對臨床結(jié)果并沒有明顯影響[17]。最近一篇系統(tǒng)回顧與薈萃分析發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用縫合紐扣固定技術(shù)等動態(tài)固定的取出率、失敗率、復(fù)位不良率等并發(fā)癥均低于脛腓螺釘組[18]。盡管如此，單獨的縫合紐扣技術(shù)仍不能完全恢復(fù)正常的下脛腓聯(lián)合生物力學(xué)，尤其是不能恢復(fù)脛腓骨的前后移位，且還存在刺激皮膚、紐扣松動及突出甚至是骨感染等并發(fā)癥[19]。最近一篇文獻(xiàn)綜述發(fā)現(xiàn)，無論是諸如彈性鋼板、縫合紐扣等動態(tài)固定裝置還是脛腓螺釘?shù)褥o態(tài)固定下脛腓聯(lián)合韌帶術(shù)后臨床療效及長遠(yuǎn)并發(fā)癥實際上并無明顯差異[19]。因此目前多數(shù)學(xué)者仍然使用螺釘修復(fù)下脛腓聯(lián)合的損傷[20]。

本研究的不足之處：⑴由于課題經(jīng)費所限及標(biāo)本來源困難，樣本量相對較少，新鮮冷凍尸體標(biāo)本與正常踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)仍有一定差距；⑵本研究成功建立了踝關(guān)節(jié)韌帶-損傷-修復(fù)模型，去除了所有其他軟組織，實際上內(nèi)外踝、外側(cè)韌帶，甚至骨間膜和小腿肌群都參與了踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，且只在三種常見體位下測量了參數(shù)，未研究在其他復(fù)雜體位及連續(xù)動態(tài)下的影響；⑶本研究將下脛腓聯(lián)合韌帶復(fù)合體完全離斷作為處理因素，未研究下脛腓每條具體韌帶對踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)影響；⑷三角韌帶的淺層和深層均被一起切斷，未研究淺、深層韌帶對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的具體貢獻(xiàn)；⑸由于標(biāo)本的反復(fù)使用，測試期間對踝關(guān)節(jié)韌帶的反復(fù)牽拉及壓力致關(guān)節(jié)軟骨有所磨損，可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生不利的影響。

綜上所述，三角韌帶與下脛腓聯(lián)合韌帶對保持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定具有重要作用，且三角韌帶對保持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的貢獻(xiàn)至少不低于下脛腓聯(lián)合韌帶。對于三角韌帶伴有下脛腓聯(lián)合韌帶損傷的患者，單純修復(fù)三角韌帶或下脛腓聯(lián)合韌帶并不能很好地保持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定。目前傳統(tǒng)的下脛腓螺釘固定下脛腓聯(lián)合及縫合錨釘技術(shù)修復(fù)三角韌帶雖然存在一定缺陷，但修復(fù)前后的各項生物力學(xué)參數(shù)兩兩比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義，說明了三角韌帶及下脛腓聯(lián)合韌帶修復(fù)的重要性。建議對于已確診的三角韌帶和下脛腓聯(lián)合韌帶損傷的患者，應(yīng)同時修復(fù)二者的損傷以更好地恢復(fù)踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，將減少創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。