肘关节恐怖三联征内侧副韧带修复的生物力学研究

马宁 袁锋

肘关节后脱位合并尺骨冠突和桡骨小头骨折称为肘关节恐怖三联征，1996 年由 Hotchkiss 首次命名。当前肘关节恐怖三联征治疗指南建议常规进行外侧副韧带 ( lateral collateral ligament，LCL ) 修复，但是否需要修复内侧副韧带 ( medial collateral ligament，MCL ) 是治疗肘关节恐怖三联征中争论的焦点。本研究的目的是通过测量肘关节 MCL 完整状态、肘关节恐怖三联征模型中损伤状态及重建后肘关节的生物力学指标，探讨 MCL 对肘关节稳定性的影响，评价修复 MCL 的疗效。

材料与方法

一、标本的制作及固定

测试标本为 6 例新鲜冰冻成人男性上肢标本，左右各 3 例。平均年龄 70 ( 65～78 ) 岁，标本储备在 -20 ℃ 的深低温条件下，实验前通过 18 h 的室温解冻。自肘关节内上髁上方及下方 15 cm 离断肱骨干及尺桡骨，剥离上肢所有皮肤、肌肉及筋膜，完整保留肘关节囊、MCL、LCL 及前臂骨间膜。

标本的尺桡骨保持中立位，用装有自凝牙托粉( II 型 ) 及牙托水 ( 上海市珊瑚化工厂 ) 的 PVC 管包埋固定肘关节标本的肱骨近端及尺桡骨远端，将包埋好的标本固定于特制夹具上，夹具两边各有两个螺栓孔，实验过程中螺栓通过固定 PVC 管固定肘关节。

二、肘关节“恐怖三联征”模型的制备及修复方式

取内侧入路用骨凿切除 6 mm 冠突造成 II 型冠突骨折，尸体标本研究显示成人冠突高度约为 17～19 mm，本实验的冠突切除高度为 6 mm，约占冠突高度的 1 / 3；通过切断 LCL 后向桡骨颈方向剥离，露出桡骨头，采用骨刀切除 10 mm 的桡骨头造成桡骨头骨折；LCL 及 MCL 从肱骨的起点离断，因为此部位是 LCL 及 MCL 损伤最常撕裂的部位[1]。采用 lasso 缝合[2]固定方式固定冠突骨折 ( 图 1a )；采用克氏针交叉固定桡骨头骨折 ( 图 1b )；采用微纤维编织缝线经骨隧道缝合侧副韧带的方式修复侧副韧带，缝线自肱骨远端的内侧打孔处穿入，从肱骨外侧面的对应点穿出，在肱骨外侧面打结 ( 图 1c )。

三、肘关节稳定性测试

将肘关节标本固定于自制肘关节夹具上，支具与 DDL20 拉扭万能试验机 ( 长春机械科学研究院有限公司 ) 相连接。采用数字散斑相关法，分别在1.5 N.m 的外翻及内旋力矩下，在肘关节 0°、30°、60°、90° 屈曲时 (图 2) 测量：( 1 ) 肘关节完整状态( 对照组 ) 下肱尺关节的外翻及内旋角度；( 2 ) 恐怖三联征模型下，固定冠突、桡骨头，修复 LCL，不修复 MCL ( 修复组 1 ) 时肱尺关节的外翻及内旋角度；( 3 ) 恐怖三联征模型下，固定冠突、桡骨头，修复 LCL，修复 MCL ( 修复组 2 ) 时肱尺关节的外翻及内旋角度。

四、测量方法

图1 a：肘关节恐怖三联征损伤中冠突固定方式；b：桡骨头固定方式；c：LCL 修复方式Fig.1 a: The fixation method of the coronoid process for terrible triad of the elbow; b: The fixation method of the radial head; c: The repair model of LCL

肘关节的外翻及内旋角度的测量采取数字散斑相关法进行测量肘关节在冠状面上的外翻转角。数字散斑相关法或称为数字图像相关法，其测量原理是用图像采集、图像数字化处理物体在不同变形状态或者不同变形时刻的两幅图像，从而得到面内位移分量和面内位移梯度。其变形识别的过程是：分别采集物体变形前后的数字散斑图，如果将变形前的一小块图像定义为样本子区，变形后的图像中与样本子区相对应的那一小块图像定义为目标子区，则只要找到目标子区和样本子区之间的一一对应关系，就可以实现变形量的提取。样本子区与目标子区的位置差别包含了位移分量，形状差别包含了应变分量。这样就把变形测量问题转化为一个数字计算过程。从原则上讲，只要得到反映被测对象不同变形状态的便面数字图像，而且这些图像是从具有一定对比度和信息层次的散斑所构成，就能应用数字散斑相关技术进行变形等信息的提取，实现变形的非接触式测量。

五、统计学方法

采用 SPSS 17.0 统计软件进行分析，所测数据以表示，组内不同屈曲角度间比较采用单因素方差分析，组间比较采用配对t检验；检验水准α＝0.05 。

图2 肘关节标本四种屈曲状态 ( a：屈曲 0°；b：屈曲 30°；c：屈曲 60°；d：屈曲 90° ) 及自制固定装置实物图Fig.2 Four kinds of flexion states of the elbow samples ( a: Flexion angle 0°; b:Flexion angle 30°; c: Flexion angle 60°; d:Flexion angle 90° ) and a physical map of the self-made fixation bench

结 果

一、外翻稳定性

在 1.5 N.m 的外翻扭矩的作用下，完整的肘关节从完全伸直位到屈曲 90°，MCL 均处于紧张状态。对照组在 0°、30°、60°、90° 屈曲角度下的外翻角度为 ( 3.3±0.7 ) °、( 3.4±1.3 ) °、( 3.6±0.9 ) °、( 3.7±1.5 ) °；修复组 1 在 0°、30°、60°、90° 屈曲角度下的外翻角度为 ( 4.7±1.7 ) °、( 5.0±1.9 ) °、( 6.1±2.0 ) °、( 6.9±2.2 ) °；修复组 2 在 0°、30°、60°、90° 屈曲角度下外翻角度为 ( 3.9±0.9 ) °、( 4.1±0.8 ) °、( 4.2±1.2 ) °、( 4.4±1.6 ) °、( 4.2±1.2 ) °。完整组内各屈曲角度间关节外翻松弛度比较，差异无统计学意义 (P＞0.05 )。修复组 1 ( 恐怖三联征模型下修复冠突，桡骨头，LCL ) 的肘关节的外翻稳定性下降，与完整肘关节相比，外翻松弛度明显增加，差异有统计学意义 (P＜0.05 )。修复组 2 ( 恐怖三联征模型下修复冠突，桡骨头，LCL 及MCL ) 平均外翻松弛度是 ( 4.2±1.2 ) °，与修复组 1 的外翻松弛度之间差异有统计学意义 (P＜0.05 )。与完整肘关节的外翻松弛度之间差异无统计学意义 (P＞0.05 ) (图 3)。

二、内旋稳定性

在 1.5 N.m 的内旋扭矩的作用下，对照组在0°、30°、60°、90° 屈曲角度下的内旋角度为 ( 6.0±2.0 ) °、( 5.8±1.8 ) °、( 6.2±1.2 ) °、( 8.3±1.1 ) °；修复组 1 在 0°、30°、60°、90° 屈曲角度下的内旋角度为 ( 6.5±1.9 ) °、( 7.1±2.2 ) °、( 8.2±1.8 ) °、( 12.3±2.1 ) °；修复组 2 在 0°、30°、60°、90° 屈曲角度下的内旋角度为 ( 6.2±1.2 ) °、( 6.0±1.6 ) °、( 6.5±1.3 ) °、( 8.4±1.5 ) °。完整组内各屈曲角度间关节内旋松弛度比较，差异无统计学意义 (P＞0.05 )。修复组 1 与完整肘关节相比内旋松弛度明显增加，内旋松弛度平均为 ( 5.3±2.0 ) °，组间差异有统计学意义 (P＜0.05 )。修复组 2 与完整组比较差异无统计学意义 (P＞0.05 )，与修复组 1 的内旋松弛度之间差异有统计学意义 (P＜0.05 ) (图 4)。

讨 论

Jeong 等[3]认为 MCL 是维持肘关节外翻及内旋稳定的主要结构。这一结论已得到广泛认可。本实验通过制作肘关节恐怖三联征模型，并在模型中通过对 MCL 进行修复实验也证实 MCL 对肘关节外翻和内旋稳定性有非常重要的作用。但是，在治疗肘关节恐怖三联征时是否对常规修复 MCL，尚存在较大争议。

生物力学研究方面，Beingessner 等[4]在模拟肘关节恐怖三联征损伤的生物力学研究中发现，在 LCL 修复及桡骨头修复或者置换后，修复 MCL比固定小的冠突骨折在恢复肘关节稳定性方面更加有效，凸显了 MCL 在肘关节稳定性中的作用。Pollock 等[5]在进行 II 型冠突骨折、侧副韧带损伤及外科修复的生物力学研究中发现，存在 II 型冠突骨折、MCL 和 LCL 损伤的肘关节模型中，修复 MCL和 LCL 将恢复肘关节的内翻、外翻稳定性，只修复LCL 不能恢复内旋稳定性，认为如果双侧侧副韧带损伤的情况下仅进行单侧修复会破坏肘关节的平衡性。Jensen 等[6]生物力学研究发现在桡骨头切除及MCL 切断的情况下，单独修复 MCL 比单独置换桡骨头在恢复肘关节外翻及内旋稳定性上效果更好，有可能恢复足够的肘关节外翻及内旋稳定性。Pollock等[7]生物力学研究发现，单独切除 MCL 后束引起肘关节内翻及内旋角度增大，可能导致肘关节内翻及内旋不稳定，因此建议对于 MCL 后束功能不全的患者应该避免前臂旋前及肩关节外展以保证肘关节MCL 愈合。Charalambous 等[8]通过生物力学研究发现，在 MCL 损伤合并桡骨头两部分骨折的情况下，切除桡骨头将明显增加外翻松弛度，切除或者置换桡骨头将增加肘关节内翻松弛度，对于合并 MCL 损伤的肘关节损伤，修复 MCL 对维持肘关节稳定性有非常重要的作用。而本研究通过生物力学实验也证实，如果恐怖三联征模型中存在 MCL 损伤，修复损伤的 MCL，可以明显改善肘关节的外翻及内旋稳定性。

图3 各组肘关节外翻松弛度数据图例Fig.3 Valgus laxity of the elbow in each group

图4 各组肘关节内旋松弛度数据图例Fig.4 Internal rotatory laxity of the elbow in each group

当前的肘关节恐怖三联征治疗指南中指出，只有在修复了冠突，桡骨头，LCL 后发现肘关节仍有不稳定的情况下才考虑修复 MCL，不推荐作为常规治疗手段[9]。Rodriguez-Martin 等[10]进行研究后发现，根据此指南对肘关节恐怖三联征患者进行治疗后可以取得满意疗效，但术后可能出现关节僵硬、尺神经症状及创伤性关节炎等术后并发症。Forthman 等[11]也认为在治疗肘关节恐怖三联征修复MCL 是不必要的，作者通过临床研究发现 MCL 手术修复后的结果与未进行手术修复的疗效相比无明显统计学差异，由此推测，生物力学研究夸大了 MCL在肘关节外翻稳定性的重要性。有些临床医生也认为在处理肘关节恐怖三联征损伤时修复或者置换桡骨头，固定 II 型冠突骨折，单纯修复 LCL 也能达到有效的治疗效果[12-14]。

但是 Eygendaal 等[15]通过长期随访发现，大部分 MCL 损伤的患者都存在肘关节外翻不稳定相关性疾病，如关节退化，异位骨化，疼痛等，因此认为应该对存在 MCL 损伤的患者进行 MCL 修复。Toros等[16]对患者进行短期随访发现，进行 MCL 修复的患者异位骨化及内侧疼痛的发生率与未进行手术修复相比有明显统计学差异，作者认为，忽视内侧结构的修复将导致内上髁异位骨化挤压尺神经造成肘关节活动受限，由此认为应该对 MCL 损伤的患者进行 MCL 修复。

本实验在肘关节恐怖三联征模型中对 MCL 修复组与非修复组进行对比研究，结果发现，MCL 修复组与非修复组在肘关节外翻及内旋稳定性上差异有统计学意义 (P＜0.05 )，验证了肘关节 MCL 在肘关节中维持外翻及内旋稳定性的重要性。因此临床上治疗肘关节恐怖三联征伴有 MCL 损伤的患者时，建议对 MCL 进行修复，以避免术后存在肘关节外翻及内旋不稳定，避免术后因肘关节不稳定进行长期外固定导致的肘关节僵硬以及 MCL 损伤后局部肿胀压迫尺神经，导致尺神经麻痹等并发症。

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