下胫腓前韧带断裂对踝关节稳定性的影响

李胜，王威，李靖年

(1 沈阳市苏家屯区中心医院，沈阳110000；2 中国医科大学附属盛京医院；3 沈阳医学院；4 大连医科大学附属第二医院)

踝关节韧带损伤是骨科门急诊中的常见损伤之一，约占整个运动损伤的15%[1]。下胫腓联合韧带是踝关节韧带的重要组成部分，而下胫腓前韧带是下胫腓联合韧带中抵抗外旋应力最强的韧带，也是最容易受伤的韧带[2]。临床上多数踝关节旋后外旋型扭伤，在距骨的强力外旋下，导致下胫腓前韧带断裂[3]。但目前对下胫腓前韧带断裂是否需要修复尚存在争议。2010年8月～2018年2月，我们观察了防腐处理下肢标本踝关节下胫腓前韧带损伤前后生物力学变化，旨在为下胫腓前韧带断裂修复提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料 经10%甲醛固定3个月的成人正常右下肢标本10具，由大连医科大学解剖教研室提供。肢体标本来源死者均为男性，年龄25～45岁，体质量65～75 kg，身高170～180 cm。CSS-2205型电子万能材料试验机，长春试验机研究所；Prescale压力测量系统，日本富士株式会社；双片低压型压敏片，富士胶片(中国)投资有限公司。自制钢板帽，根据标本膝关节形态用钢板焊制而成。自制水泥底座，根据踝关节足运动中立位、背伸位20°、跖屈位30°时用水泥制成。

1.2 踝关节稳定性检测 所有下肢标本采用手术器械从膝关节处离断，保留膝关节以下部分，用自制钢板帽、水泥底座分别固定膝关节和足底。打开踝关节囊，将塑料薄膜包裹的双片低压型压敏片置于胫距关节内，分别检测下胫腓前韧带离断前后踝关节稳定性，以下胫腓前韧带离断前所测数据为对照组，下胫腓前韧带离断后所测数据为观察组。参照文献[4]方法，采用CSS-2205型电子万能材料试验机于踝关节足运动中立位、背伸位20°、跖屈位30°时，分别给予700、1 400、2 800、3 500 N垂直压力负荷，加载速率为2.50 mm/min，加压至所需压力负荷并维持5 s，直接获取不同体位与压力负荷下垂直压缩位移。变换体位或压力负荷时需更换新的压敏片。采用Prescale压力测量系统(包括FDP-301密度计和FDP-302密度压力转换器)将显色压敏片转换成实验数据。通过FDP-301密度计获取压敏片着色区域密度值，由FDP-302密度压力转换器换算不同体位与压力负荷下胫距关节面压力面积和压强，根据压敏片颜色深浅，分析胫距关节面受力分布情况。压敏片颜色随着压力负荷增大，由绿色逐渐变成浅红、深红、黄色，黄色为集中受力区域。使用手术刀离断下胫腓前韧带，再次测量不同体位与压力负荷下垂直压缩位移、胫距关节面压力面积和压强，并分析胫距关节面受力分布情况。所有标本在结构模拟、压力负荷、材料力学性质、加载方式等保持一致。

2 结果

2.1 两组不同体位与压力负荷下垂直压缩位移比较 随着垂直压力负荷增大，两组同体位下垂直压缩位移逐渐增大(P均<0.05)。观察组同体位与压力负荷下垂直压缩位移明显高于对照组(P均<0.05)。见表1。

2.2 两组不同体位与压力负荷下胫距关节面压力面积比较 随着垂直压力负荷增大，两组同体位下胫距关节面压力面积逐渐增大(P均<0.05)。观察组同体位与压力负荷下胫距关节面压力面积明显高于对照组(P均<0.05)。见表2。

表1 两组不同体位与压力负荷下垂直压缩位移比较

注：与同组700 N压力负荷比较，*P<0.05；与同组1 400 N压力负荷比较，#P<0.05；与同组2 800 N压力负荷比较，△P<0.05；与对照组同体位与压力负荷比较，▲P<0.05。

表2 两组不同体位与压力负荷下胫距关节面压力面积比较

注：与同组700 N压力负荷比较，*P<0.05；与同组1 400 N压力负荷比较，#P<0.05；与同组2 800 N压力负荷比较，△P<0.05；与对照组同体位与压力负荷比较，▲P<0.05。

2.3 两组不同体位与压力负荷下胫距关节面压强比较 随着垂直压力负荷增大，两组同体位下胫距关节面压强逐渐增大(P均<0.05)。观察组同体位与压力负荷下胫距关节面压强明显低于对照组(P均<0.05)。见表3。

表3 两组不同体位与压力负荷下胫距关节面压强比较

注：与同组700 N压力负荷比较，*P<0.05；与同组1 400 N压力负荷比较，#P<0.05；与同组2 800 N压力负荷比较，△P<0.05；与对照组同体位与压力负荷比较，▲P<0.05。

2.4 两组不同体位与压力负荷下胫距关节面受力分布情况 ①足运动中立位：踝关节胫距关节面内侧首先受力，随着压力负荷增大，受力范围逐渐扩展至胫距关节面前侧、后侧、外侧、中部，最终形成内窄、中外宽的似三角形图形；集中受力区域分布于胫距关节面中部偏内侧；与对照组比较，观察组同压力负荷下受力面积有增大趋势。②背伸位20°：踝关节胫距关节面前内侧首先受力，随着压力负荷增大，受力范围逐渐扩展至胫距关节面中部、外侧、后侧，形成前内宽、后外窄的似直角三角形图形；受力区域分布于胫距关节面前内侧；与对照组比较，观察组同压力负荷下受力面积有增大趋势。③跖屈位30°：踝关节胫距关节面后内侧首先受力，随着压力负荷增大，受力范围逐渐扩展至胫距关节面中部、前侧、外侧，形成前宽、后窄的似倒三角形图形；集中受力区域分布于胫距关节面中前侧；与对照组比较，观察组同压力负荷下受力面积有增大趋势。

3 讨论

目前，对下胫腓前韧带断裂是否需要修复存在争议。罗群强[5]认为，只要外踝足够坚强，下胫腓前韧带断裂后可以不固定。王守赟等[6]研究发现，下胫腓前韧带断裂后，胫距关节面受力大小和面积会发生改变，修复断裂韧带能改善踝关节生物力学环境。正常踝关节结构合理、承载力强，若解剖结构发生改变，则会影响踝关节稳定性，诱发退行性关节炎[7]。黄云鹏等[8]研究发现，下胫腓前韧带断裂可导致滑车上关节面压强及应力分布改变，有可能引起创伤性骨关节炎，建议手术修复断裂韧带。

有研究发现，甲醛处理3个月内的尸体标本骨质和刚度虽与新鲜标本有一定差异，但仍能维持骨的正常力学传导[9，10]。在当前新鲜标本获取日益困难下，在一定程度上可用甲醛处理标本替代新鲜标本进行生物力学研究。故本研究选择经甲醛处理3个月内的成人正常下肢标本进行研究。由于踝关节韧带损伤多见于运动时，本研究选择踝关节中立位、背伸位20°、跖屈位30°三个典型活动角度来模拟人行走时踝关节状态。王亦璁[11]认为，在自然行走时，负重中期踝关节胫距关节面承受的压力约为人体体质量的2倍，在负重后期甚至可达人体体质量的5倍。故本研究在模拟运动时选择踝关节负重为人体体质量至承力极限状态，以正常人体质量70 kg计算，即700～3 500 N。

本研究结果显示，随着垂直压力负荷增大，两组同体位下垂直压缩位移逐渐增大，表明踝关节在生理承重范围内，随着压力负荷增大，关节面间隙变小，从而保证了踝关节的稳定性。当垂直压力负荷达到人体体质量的2倍时，关节面间隙骤减，周围韧带等组织受压明显；当垂直压力负荷达到极限状态时，垂直压缩位移改变主要来自关节面骨质的形变，尤其在跖屈位30°时垂直压缩位移变化最明显，说明在此体位时，踝关节活动度最大，相对最不稳定[12]。观察组同体位与压力负荷下垂直压缩位移明显高于对照组，说明下胫腓前韧带断裂使限制胫骨的力量减弱，受力后胫骨过度下移，可引起踝关节不稳定。

本研究结果显示，随着垂直压力负荷增大，两组同体位下胫距关节面压力面积和压强逐渐增大。接触面积增加可分散压力，但由于压力负荷增幅明显超过接触面积增幅，故两组压力面积增大的同时伴随着压强增大。当垂直压力负荷达到人体体质量的2倍时，胫距关节面压力面积和压强均明显增大，与垂直压缩位移变化一致，此时踝关节内环境发生了骤变，进入紧急代偿状态。在足运动中立位及背伸位20°时，当垂直压力负荷达到2 800或3 500 N时，胫距关节面几乎完全贴合，处于相对稳定状态，受力面积变化微小，但压强变化较大；而跖屈位30°时，两组胫距关节面压力面积变化仍较大，说明在此体位时踝关节仍不稳定。观察组同体位与压力负荷下胫距关节面压力面积明显高于对照组，压强明显低于对照组，说明下胫腓前韧带断裂后，腓骨不能很好地束缚胫骨下移，故胫骨更加贴近距骨，相应地受力面积增大，压强更小，这是下胫腓前韧带断裂后，为避免进一步损伤，机体的代偿性改变。

关节面受力分布情况说明内侧为首先受力部位，这是因为人体在自然站立时下肢的承重线与内踝的夹角明显小于与外踝的夹角，踝关节承力偏向于内侧。随着压力负荷增大，关节面受力部位逐渐扩大。不同体位时集中受力部位不同，足运动中立位时在胫距关节面中部偏内，背伸位20°时在胫距关节面前偏内侧，跖屈位30°时在胫距关节面前偏中侧。如果踝关节丧失稳定性，则会导致踝关节集中受力部位改变。本研究结果显示，观察组不同体位与压力负荷下胫距关节面外侧受力有增大趋势，这与下胫腓前韧带断裂，腓骨外移，束缚胫骨的力量变小，从而使集中受力部位偏向外侧。

综上所述，下胫腓前韧带断裂可使踝关节生物力学性能发生改变，破坏踝关节稳定性，尤其以踝关节跖屈位30°时最为明显。