腓骨头纵行逐级截骨治疗胫骨后外平台骨折的膝关节生物力学稳定性

陈　刚　陈文钧 　张　权　汤超亮　王世龙　章　晔　许　耀

(复旦大学附属华山医院骨科　上海　200040)



腓骨头纵行逐级截骨治疗胫骨后外平台骨折的膝关节生物力学稳定性

陈刚陈文钧△张权汤超亮王世龙章晔许耀

(复旦大学附属华山医院骨科上海200040)

目的探讨纵行逐级截除腓骨小头治疗胫骨后外平台骨折的膝关节生物力学稳定性。方法选用10具通过遗体捐献获取的新鲜尸体膝关节标本,依次截取腓骨小头内1/3,中1/3及外侧1/3,在生物力学扭转机加载下分别测量不同外旋转矩下的胫骨外旋角。结果截取腓骨小头内1/3及中1/3,在不同外旋转矩下膝关节胫骨外旋角较正常标本无显著改变,截取腓骨小头外侧1/3后,在不同外旋转矩下膝关节胫骨外旋角发生显著性增加。结论腓骨小头内1/3及中1/3纵行截骨在治疗胫骨后外侧平台骨折中不降低膝关节稳定性,具有其一定的临床意义。

腓骨头截骨;膝关节;生物力学;稳定性

随着高能量损伤的增多,临床上胫骨平台骨折较既往更为复杂,累及后外侧的塌陷或劈裂在临床中并不少见[1]。由于该解剖位置隐蔽、周围组织结构丰富及腓骨遮挡,并且往往合并膝关节其他组织的损伤,传统的手术入路难以直接暴露骨折部位,无法有效复位和通过钢板螺钉产生有效的骨折稳定[2-3]。

经腓骨颈截骨入路治疗胫骨后外侧平台骨折,该入路具有直视下复位及良好的支撑钢板的放置等优点,但有学者提出腓骨近端截除后,手术视野直观,存在膝关节稳定性下降等弊端,Bozkurt等[4]提出胫腓关节在分散踝关节扭转力以及膝关节的拉力有重要的作用。有学者提出后外侧复合体主要依附于腓骨头前下外表面及腓骨茎突后上表面,能减少膝关节的旋转以及平移及膝关节外旋[5-7]。总结既往研究后,我们通过由内至外依次截取腓骨头,在生物力学基础上分析膝关节稳定性变化,验证腓骨颈内1/3、中1/3截骨不降低膝关节稳定性,外1/3对维持膝关节稳定性有重要的意义,为经腓骨颈截骨入路提供新的理论基础。

材 料 和 方 法

标本准备经遗体捐献获取新鲜尸体膝关节标本10具(年龄:25～56岁),所有膝关节标本均无外观畸形,无骨关节炎、半月板撕裂、骨折、膝关节韧带损伤等严重关节疾病,无肿瘤或炎性坏死等病变。并于双层塑料袋密封,置于-20 ℃保存。实验时将标本置于适当湿度、常温中自然解冻8～12 h。在实验中为保持标本的湿润,每隔20 min向标本喷洒生理盐水,以免自我分解等原因影响膝关节的生物力学性质。

腓骨头逐级截取将腓骨头冠状位分为三区,分别为内1/3(内侧腓骨颈干部连接点沿纵轴交于腓骨头)、中1/3、外1/3(外侧腓骨颈干部连接点沿纵轴交于腓骨头),内1/3纵行截骨长度(2.4～2.7 cm)中1/3纵行截骨长度纵行截取长度为(2.6～2.8 cm) (图1)。内1/3截骨破坏上胫腓关节后关节囊,保留了腘腓韧带(popliteo fibular ligament,PFL)、股二头肌腱(biceps femoris tendons,BTF)、外侧副韧带(Lateral collateral ligament,LCL)和腘肌腱(popliteus tendon,PT);中1/3截骨破坏上胫腓关节后关节囊和部分PFL,保留LCL、PT、BTF;外1/3截骨破坏上胫腓关节、PFL、LCL、PT、BTF。

图1腓骨头内1/3(黄线)以及外1/3(红线)截骨线

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

加载装置及运动测试将两平板紧贴股骨内外髁侧面,并使这两块平板与地面垂直,经过C-臂水平侧位透视确定这个位置能使股骨内外髁在矢状面上重叠确定膝关节的垂直安防,股骨侧、胫骨侧使用特制的稳定套筒将标本置于生物力学扭转试验机(型号:DDL 20i,拉扭复合试验机,长春机械科学研究院有限公司)。

进行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝关节外旋转矩按照2 Nm、5 Nm、10 Nm依次加载,测量膝关节正常的胫骨外旋角,定为中立位(未截骨组)。依次行腓骨头内1/3、中1/3、外1/3逐级截骨(截骨组),分别进行3次屈膝0°、30°、60°、90°,膝关节外旋依次使用2 Nm,5 Nm,10 Nm旋转扭矩,测量不同截骨依次截骨后膝关节的胫骨外旋角(图2)。

统计学分析使用SPSS 20.0软件进行统计分析,不同损伤程度之间的统计学分析使用单因素重复测量方差分析,组内之间的比较使用SNK-t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

图2标本屈膝60°

Fig 2Specimens angle of knee flexionknees in 60 °

结　　　果

2 Nm转矩下胫骨外旋角转矩为2 Nm时,随着屈膝角度的增加,相同程度损伤的胫骨外旋角相应的增加。在同一屈膝为0°时,腓骨头逐级切除后各组胫骨外旋角较正常组无显著性增加(P=0.152)。屈膝30°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.174),腓骨头外1/3切除后较切除前存在统计学差异(P=0.021),在屈膝60°及90°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.175),外1/3切除后较切除前发生显著性增加(P=0.005)。结果见表1。

表1　2 Nm转矩下胫骨外旋角

5 Nm转矩下胫骨外旋角在屈膝为0°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.131),腓骨头外1/3切除后较切除前存在统计学差异(P=0.028)。屈膝30°、60°及90°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.119),外1/3切除后较切除前发生显著性增加(P=0.004)。结果见表2。

10 Nm转矩下胫骨外旋角在屈膝为0°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.154),腓骨头外1/3切除后较切除前存在统计学差异(P=0.039)。屈膝30°、60°及90°时,腓骨头内1/3、中1/3切除较正常组胫骨外旋角无显著性增加(P=0.112),外1/3切除后较切除前发生显著性增加(P=0.004)。结果见表3。

表 2　5 Nm转矩下胫骨外旋角

表 3　10 Nm转矩下胫骨外旋角

讨　　　论

胫骨后外侧平台骨折是指累及胫骨外髁后半部分的骨折,常因膝关节屈曲外翻时受到轴向暴力,经股骨外侧髁撞击后外侧平台所致,临床影像学上常表现为平台塌陷、劈裂,该类型骨折为关节内骨折,保守治疗效果差,易导致创伤性关节炎等不良预后,因此需行手术治疗恢复关节面平整及轴向对线稳定[8]。

治疗胫骨后外侧平台骨折时对后外侧骨折的复位及固定是治疗的重要环节,但由于骨折位置隐蔽,周围血管神经组织丰富及外侧腓骨的遮挡,传统的经典入路难以直接暴露骨折部位,一期探查修复血管神经及周围韧带存在困难。既往学者报道了改良的后外侧反L形入路用于治疗胫骨后外平台骨折,从腘窝内侧横行切口向外转向纵行至腓骨头下10 cm,但仍存在后外侧钢板放置困难,并存在血管损伤可能[9]。Bhattacharyya等[10]提出采用腘窝后侧S形入路,深筋膜下沿正中向外牵开比目鱼肌,向外剥离胫骨平台后外侧予以暴露。Carlson等[3]采用在膝关节线上10 cm沿股二头肌向下切开,至关节线水平,弧形向内绕过腓骨小头,沿腓骨外缘向下切开至关节线下10 cm,保护腓总神经、向内牵开腓肠肌外侧头、切断比目鱼肌暴露后外胫骨平台。Frosch等[11]提出从标准的外侧以及后外之间入路,暴露腓总神经以及向内牵开腓肠肌外侧头,L形切开关节囊能够很好地处理后外侧平台,减少后外侧结构的干扰。

既往研究中涉及的多种入路,文献报道均认为能够取得良好的临床效果,但存在不能很好地暴露后外侧骨折块,复位困难,适合后外侧相对简单的塌陷或劈裂的骨折等缺点,因此有学者提出经腓骨头截骨入路。Yu等[12]提出前外侧入路,截除腓骨头内部分骨质能够很好地暴露后外侧平台骨折。储旭东等[13]认为取腓骨小头上入路,紧贴外侧副韧带前缘作纵形切口,上端止于关节间隙上方2 cm,切口经腓骨小头上缘向前至胫骨结节外侧缘1 cm,下端止于结节止点下方2 cm,显露胫骨后外侧髁。Solomon等[14]提出后外侧经腓骨颈截骨入路,即从前侧经股二头肌到腓骨头约6 cm切口,保护腓总神经、腓肠皮神经,截腓骨颈向近端牵拉复位后外侧骨折后支撑钢板固定,具有较轻松的骨块复位以及良好的支撑钢板的放置。

有学者认为腓骨近端截除后对膝关节的稳定性影响大,Dieckmann等[15]对肿瘤腓骨头切除后出现膝关节不稳定,Bozkurt等[4]提出胫腓关节在分散踝关节扭转力以及膝关节的拉力有重要的作用。之后有学者提出后外侧复合体主要依附于腓骨头前下外表面及腓骨茎突后上表面,能减少膝关节的旋转以及平移及膝关节外旋[6]。

分析总结既往研究后,实验通过逐级切除腓骨头内1/3 (内侧腓骨颈干部连接点沿纵轴交于腓骨头)、中1/3、外1/3 (外侧腓骨颈干部连接点沿纵轴交于腓骨头),继而测量膝关节在不同屈曲角度下胫骨外旋角的变化,评估膝关节稳定性。本实验首次针对腓骨头进行分区并进行逐级截骨,通过在不同屈膝角度下,加载外旋转矩,测量膝关节的胫骨外旋角,结果显示随着屈膝角度的增加,胫骨外旋角呈正相关增加,在由内至外逐级截取腓骨头后,内1/3、中1/3切除后较正常标本未见显著增加,外1/3截除后,胫骨外旋角较正常组、内1/3及中1/3显著增加,且在随着屈膝角度增加更为明显。

本实验探讨了腓骨头对膝关节稳定性的影响,内1/3及中1/3截骨可有效暴露胫骨平台后外角,视野暴露充分,钢板放置便利,生物力学稳定,损伤结构少,且不影响膝关节稳定性。股二头肌腱、外侧副韧带、腘腓韧带是膝关节后外侧稳定结构,其附着于腓骨外1/3,外侧1/3,截取后,胫骨外旋角显著增加,膝关节稳定性显著下降。因此对于后外侧腓骨颈截骨入路,腓骨头内1/3及中1/3截除后可不影响膝关节稳定性条件下增加手术暴露,但外侧1/3部需保留。腓骨保留部对手术入路暴露面积以及对内固定放置的影响仍需进一步的探讨及研究。

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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;编辑:王蔚)