张培楠，武 娜，张 鑫，贾永利，杨新明，马朋朋

(1.河北北方学院附属第一医院骨科，河北 张家口 075000；2.河北北方学院附属第一医院小儿外科，河北 张家口 075000)

·论 著·

肱桡关节在肘关节内侧副韧带损伤后的生物力学变化

张培楠1，武 娜2，张 鑫1，贾永利1，杨新明1，马朋朋1

(1.河北北方学院附属第一医院骨科，河北 张家口 075000；2.河北北方学院附属第一医院小儿外科，河北 张家口 075000)

目的通过测量肘关节内侧副韧带(medial collateral-ligament，MCL)前束在不同状态下(完整、部分断裂、完全断裂)肱桡关节的生物力学指标，探讨MCL前束在不同状态下对肱桡关节的生物力学影响。方法应用人体肘关节标本，将压敏胶片(pressure sensitive film)置入肱桡关节间隙，测量MCL前束在不同状态下(完整、部分断裂、完全断裂)及肘关节在不同屈曲角度下肱桡关节内的生物力学指标，即压强和关节接触面积；根据MCL前束的不同状态将标本分为前束完整组(1组)、前束部分断裂组(2组)及前束完全断裂组(3组)，每组20个标本，将得出的数据进行统计学分析。结果组内比较，各组在30 °、60 °时的压强均高于0 °，到90 °时略有降低，但仍高于0 °，其差异有统计学意义(P<0.05)；组间比较，30 °、60 °时3组的压强高于1组和2组，差异有统计学意义(P<0.05)，0 °、90 °时3组间差异无统计学意义(P>0.05)。组内比较，1组、2组和3组在30 °、60 °、90 ° 时接触面积均少于0 °，差异有统计学意义(P<0.05)；组间比较，在30 °、60 °时3组的接触面积少于1组和2组，差异有统计学意义(P<0.05)，在0 °、90 °时3组间差异无统计学意义(P>0.05)。结论MCL前束在肘关节外翻稳定当中意义重要，损伤或断裂后可造成肘关节不稳定，造成肱桡关节内压强增大、关节接触面积减小。肘关节在伸直位时，肘关节处于相对稳定状态，比屈曲位时可承受更大的外翻应力。

肘关节；侧副韧带；运动损伤；生物力学

肘关节内侧副韧带( medial collateral ligament，MCL)也称为肘关节尺侧副韧带，其对肘关节内侧的稳定起着极为重要的作用，是维持肘关节避免失稳状态的重要解剖结构，而MCL前束对维持肘关节外翻稳定性具有重要意义[1]。肘关节周围韧带损伤是骨科及运动医学临床工作的常见病及多发病，在高校青年学生运动损伤中，肘关节损伤可占到10.7%[2]，其中尤以MCL损伤较为多见，且MCL的损伤大多集中于MCL前束。MCL前束的急性损伤多为施加于肘关节的外翻应力所导致，常并发肘关节骨折脱位，而慢性损伤常见于投掷运动伤。在美国MCL前束损伤发病率每年增长，并且在损伤的运动员中，多以17～20岁男性为主[3]。国内学者研究也显示MCL损伤多见于急性创伤和运动损伤，并以投掷项目运动员多见[4]。MCL前束损伤可造成肘关节内侧结构不稳，且常引起肘部其他结构的慢性损伤。如果治疗不当，易造成肘关节不稳定、长期慢性疼痛和肱桡关节创伤性关节炎、肘管综合征等并发症，严重者影响肘关节功能[3]。MCL可视为部分肘关节内侧关节囊，其较其他部位略增厚，可分为3部分，即前束、斜束和后束。MCL前束为对抗肘关节外翻应力的主要结构之一，此观点已得到广大学者的一致认可[1、5-7]。本研究采用生物力学方法，利用不同生物力学指标探讨MCL前束完整、部分断裂及完全断裂后对肱桡关节的生物力学影响，旨在为研究MCL前束断裂与肱桡关节慢性损伤发病的关系提供思路和依据。

1 资料与方法

1.1 标本来源 选择10具由河北北方学院解剖教研室提供的甲醛溶液保存的成人完整上肢标本，左右两侧共20个标本。纳入标准：①年龄20～50岁；②尸体保存时间<3年。排除标准：①肘部明显畸形；②肘部手术史；③肘部骨病者。

1.2 实验方法

1.2.1 实验仪器 长春实验机研究所CSS-4402型生物力学试验机，日本富士公司压敏胶片数据读出器及超低压双片型压敏胶片，天津宇通医疗器械厂骨科专用低速电钻、钻头，自制的标本固定架和牵引架，枣庄东泰源石膏有限公司医用石膏粉。

1.2.2 实验标本的制备 自标本肘关节上下方约20 cm处截骨，小心剔除标本肘关节周围软组织，包括皮肤及皮下组织、肘关节周围肌肉(内含血管及神经)，注意勿伤及肘关节关节囊及内侧副韧带，并保留上述2种组织，制成符合实验要求的肘关节“骨-韧带”标本，备用。

1.2.3 实验分组 按照是否切断MCL前束及前束的切断程度将标本分为MCL前束完整组(1组)、MCL前束部分断裂组 (2组)、MCL前束完全断裂组(3组)，每组均为10具，左右两侧共20个标本。分别测量3组标本在不同屈曲角度下肱桡关节的关节内压强和肱桡关节的接触面积。

1.2.4 制备压敏胶片 在肱桡关节后方间隙做一切口直至能充分暴露肱桡关节，以亚甲蓝均匀涂抹在肱桡关节肱骨关节面及桡骨关节面，将白纸剪成略大于肱桡关节的纸片，放入肱桡关节，进行预压，使亚甲蓝在纸片上形成肱桡关节接触面的大致形状，按此形状将压敏胶片进行修剪，其形状以恰好能置入肱桡关节并将关节软骨面全面覆盖为佳。使用微波保鲜膜对剪好的压敏胶片进行包裹以免关节面残留亚甲蓝污染压敏胶片，制作多枚备用。

1.2.5 实验过程 控制合适的室内温度及湿度，将自制固定架与生物力学试验机妥善固定。在标本肘关节上方肱骨近端矢状面垂直于肱骨长轴用电钻钻孔，打透双侧皮质形成一骨道。用一略细于骨道直径的螺栓穿过骨道，两侧分别用螺母固定以防止肱骨在螺栓上滑动，并连接于自制固定架的近端。用医用石膏粉包埋标本的最远端，将标本远端固定于自制固定架的远端；待石膏完全干透、硬化后将自制固定架角度作适度调整，使标本前臂部分垂直于试验机操作平台(图1)。使肘关节伸直，即屈曲0 °，平行于肱骨螺栓在标本肱骨部分螺栓下方打入克氏针1枚，游标卡尺测得克氏针与螺栓距离为8 cm，给予克氏针1.875 kg的外翻应力，此时肘关节所承受的外翻扭矩1.5 Nm。缓慢对肘关节施加牵引，将制备好的压敏胶片自肱桡关节后方切口置入肱桡关节。将标本与牵引装置相连接，开启生物力学试验机并对标本逐渐施加外翻应力，设定实验条件如下：实验方法设为压缩，实验材料设为非金属，实验方式设为速度控制，压缩速度设为5 mm/min，轴向压力设为150 N，屈曲角度设为0 °，此时MCL前束为完整状态(即1组)。观察实验后的压敏胶片，将其中显色较好的收集备用(图2)，利用压敏胶片数据读出设备测量备用压敏胶片的压强，每张胶片均测量中央及四角共5个区域的压强，得出数据并计算平均压强，应用photoshop软件计算压敏胶片的显色面积即关节接触面积，记录实验数据。

将肘关节标本分别屈曲30 °及60 °，同样在标本肘关节上方肱骨近端矢状面垂直于肱骨长轴用电钻钻孔，打透双侧皮质形成一骨道，用一略细于骨道直径的螺栓穿过骨道，两侧用螺母固定时须加用带角度的斜垫并调整位置，再次对自制固定架进行适度调节，仍使标本前臂部分垂直于生物力学试验机操作台，其余方法与肘关节伸直时相同(图3)。测量标本屈曲90 °的数据时，需将自制固定架远端倾斜30 °，电钻钻孔需在矢状面上与肱骨长轴成30 °夹角。

解剖并部分切断MCL前束，即全部切断MCL前束前部(图4)，而后重复上述步骤(2组)，再将MCL前束全部切断，再次重复上述步骤得出数据(3组)。

图1 肘关节伸直位生物力学测量 Figure 1 Measurement of elbow joint in Extension position

图2 显色的压敏胶片 Figure 2 Color sensitive film

图3 肘关节屈曲位生物力学测量 Figure 3 Measurement of elbow joint in flexed position

图4 肘关节内侧副韧带前束的不同状态 Figure 4 Different states of the anterior bundle of the medial collateral ligament of elbow joint

A.完整；B.部分切断

1.3 统计学方法 应用SPSS 19.0统计软件处理实验数据。计量资料比较分别采用F检验和SNK-q检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 3组肱桡关节内平均压强比较 分别测得各组在肘关节0 °、30 °、60 °、90 °4个屈曲角度下的肱桡关节内平均压强，组内比较，各组在30 °、60 °时的压强均高于0 °，到90 °时略有降低，但仍高于0 °，其差异有统计学意义(P<0.05)；组间比较，30 °、60 °时3组压强高于1组和2组，差异有统计学意义(P<0.05)，0 °、90 °时3组间差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2 3组肱桡关节接触面积比较 分别测得各组在肘关节0 °、30 °、60 °、90 °4个屈曲角度下的肱桡关节接触面积。组内比较，1组、2组和3组在30 °、60 °、90 °时接触面积均少于0 °，差异有统计学意义(P<0.05)；组间比较，在30 °、60 °时3组的接触面积少于1组和2组，差异有统计学意义(P<0.05)，在0 °、90 °时3组间差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表1 各组肱桡关节内平均压强比较Table 1 Comparison of the average pressure in humeroradial joint among groups

aP<0.05与0 °比较 *P<0.05与1组比较 #P<0.05与2组比较(SNK-q检验)

表2 3组肱桡关节接触面积比较Table 2 Comparison of contact area in humeroradial joint among groups

aP<0.05与0 °比较 *P<0.05与1组比较 #P<0.05与2组比较(SNK-q检验)

3 讨 论

3.1 MCL前束的解剖、生物力学及功能 MCL复合体共有3部分，即前束、后束及斜束。其中前束起主要作用。MCL前束起自肱骨内上髁的前下方和内下方，止于尺骨冠突内侧缘小结节处，可分为前后两部分[8-9]，当肘关节屈曲<20 °及>120 °时，在肘关节侧方稳定的作用中，骨性结构较软组织结构作用大，而韧带发挥的作用很小，在此范围之外肘关节稳定则需要韧带来维持，人在日常生活中肘关节大多处于此范围之外，故韧带是日常生活中维持肘关节稳定的结构[10]。国外有学者利用三维CT的方法测量肘关节周围韧带，认为肘关节从完全伸直位逐渐屈曲时，MCL前束逐渐紧张[11]，而当肘关节屈曲>90 °时，MCL前束的紧张度则较前略微减低。还有学者认为MCL前束平均复合可达260 N，是肘关节周围韧带中最坚强的韧带。如将肘关节前束切断，再与完整肘关节相比，肘外翻角度明显增大，故MCL前束是维持肘关节内侧稳定性的主要结构，可抵抗施加于肘关节的扭转及外翻应力[12]。

3.2 肱桡关节内平均压强的变化 肱桡关节内平均压强可反映肘关节受力的改变。使用压敏片可直观显示肱桡关节的受力分布，实验条件容易控制，由于保鲜膜质地柔软，测量时采用保鲜膜封装，可使压敏片余量稍稍增大而对测量的准确性并无明显影响[13]。本研究结果显示，MCL前束在完整状态下，肘关节屈曲0 °时肱桡关节内平均压强最小，为(1.21±0.11) mPa，这是由于肘关节处于伸直位时骨性结构对肘关节的侧方稳定起主要作用，韧带所起到的作用相对比较小，肘关节的特殊结构为其提供了对抗内外翻应力的内在稳定性[14]。而肘关节开始屈曲后，由于骨性稳定结构的作用逐渐减小，此时同伸直时相比，肘关节只能依靠软组织提供的稳定作用，在肘关节屈曲30 °和60 °时，肱桡关节内压强处于增大趋势, 分别增大至(1.39±0.10) mPa及(1.49±0.19) mPa；肘关节继续屈曲，角度逐渐增大，当屈曲角度>60 °时，此时MCL前束的紧张程度较前增强，对抗外翻的作用也同时增强，故屈曲90 °时关节内压强反而减小至(1.40±0.23) mPa。同理，MCL前束损伤或断裂后，当肘关节处于伸直位，由于骨性稳定结构的作用，此时肘关节处于相对稳定的状态，故2组及3组在肘关节屈曲0 °时肱桡关节内平均压强处于较小状态，而MCL前束损伤或断裂后，肘关节屈曲30 °和60 °时关节内压强较MCL完整时明显增大，尤以断裂后增大较为明显，屈曲30 °和60 °分别增大至(1.81±0.16) mPa及(1.87±0.20) mPa，与屈曲0 °时相比较差异有统计学意义，此结果也可证实MCL前束在肘关节屈曲过程中对肘关节稳定性所起的主要作用，MCL前束在肘关节伸直到屈曲的整个过程中状态均处于紧张,可认为其在抗外翻应力方面起到主导作用。而肘关节在伸直位时各组相比肱桡关节内压强差异无统计学意义，也与此时肘关节的骨性稳定作用有关。

本研究结果显示，肘关节在屈曲90 °时各组两两比较肱桡关节内压强差异无统计学意义。考虑与肘关节MCL后束有关。肘关节在屈曲60 °以上时，MCL后束逐渐紧张，可承受一部分外翻应力，此时如MCL前束断裂，后束可维持部分肘关节的侧方稳定[15-17]。

3.3 肱桡关节接触面积的变化 对于关节内接触面积的测量，目前尚无统一标准，由于实验方法及实验客观条件的不同，测出的接触面积可存在比较大的差异。本研究结果显示，与关节内压强相同，2组和3组在肘关节处于伸直位时，接触面积最大，此时行3组间肱桡关节接触面积两两比较，差异无统计学意义。考虑仍与此时肘关节的骨性稳定有关。MCL前束损伤或断裂后，肘关节屈曲30 °和60 °时关节接触面积较MCL完整时明显降低，同样证明了MCL前束的作用。肘关节在屈曲60 °以上时，MCL后束逐渐紧张可增加肘关节的稳定性，此时两组相比肱桡关节接触面积差异亦无统计学意义。

3.4 本研究的意义及局限性 肘关节MCL是维持肘关节侧方外翻稳定的重要软组织结构，其中以MCL前束最为重要。MCL前束损伤或断裂后所造成的肘关节外翻失稳、肘关节慢性疼痛越来越引起关节外科及运动医学医生的重视。从本研究可以看出，MCL前束损伤或断裂后可引起肱桡关节生物力学的显著改变，生物力学的变化在骨关节炎发病过程中发挥着重要的作用，可引起软骨的力学变化，造成软骨退变，引起骨关节炎的发生[18]，故MCL前束断裂或损伤可能是肱桡关节炎的致病因素之一。MCL前束损伤或断裂后，肘关节在从伸直到屈曲的过程中，关节内压强处于增加趋势，接触面积处于减小趋势；而随着屈曲角度增大至90 °时，关节内压强和接触面积却呈现出相反趋势的变化，表明此时肘关节依靠其他结构而增加了稳定性。

由于骨性稳定结构在某些角度下对肘关节侧方稳定性具有一定的影响，所以在临床工作中，对于怀疑肘关节MCL损伤的患者，行肘关节内侧侧方应力试验时应使肘关节屈曲30 °以上，从而避免肘关节骨性结构对其稳定性的影响，减少假阴性率。

有学者指出对于某些MCL前束损伤的患者可非手术治疗，即通过石膏固定3～4周，同时加强肩、腕关节的功能锻炼，拆除石膏后再逐渐恢复肘关节功能及训练相关肌肉[19-20],必要时可以在专业康复医师指导下进行[21]。但需要指出的是石膏固定时应使肘关节屈曲90 °，使MCL后束紧张，承受一部分外翻应力，从而加强肘关节的稳定性。对于MCL前束损伤合并肘关节恐怖三联征的患者，国内学者报道采用牵张式外固定联合微型内固定方法治疗，效果满意[22]。

本研究仅比较了MCL前束断裂后肱桡关节的生物力学改变，对于其关节软骨的退变以及肘外翻不稳后对尺神经的慢性激惹尚需进一步探讨。

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(本文编辑：许卓文)

The biomechanical changes of humeroradial joint after elbow joint medial collateral ligament injured

ZHANG Pei-nan1， WU Na2， ZHANG Xin1， JIA Yong-li1， YANG Xin-ming1， MA Peng-peng1

(1.DepartmentofOrthopedicSurgery，theFirstAffiliatedHospitalofHebeiNorthUniversity，Zhangjiakou, 075000,China; 2.DepartmentofPediatricSurgery，TheFirstAffiliatedHospitalofHebeiNorthUniversity，Zhangjiakou, 075000,China)

Objective To approach the biomechanical effect of anterior funicle of medial collateral-ligament(MCL) on different state for the humeroradial joint by taking measurement of the vitodynamics index of humeroradial joint in different state(complete、partly brake、brake)of the MCL. Methods Used the human elbow joint specimen and put the pressure sensitive film into the space of humeroradial joint,then take measurement of the pressure and the contact area of humeroradial joint in the different state and the anterior funicle of MCL and in the different flex angle. Take the separation of the specimen into 3 groups according to the different state of the anterior funicle of MCL: the anterior funicle of MCL complete group(group 1), the anterior funicle of MCL injured(partly brake) group(group 2) and the anterior funicle of MCL brake group(group 3). There were 20 cases in every group. Get the data and make the statistics analysis. Results Compared intra group, the pressure of each group at 30 ° and 60 ° is higher than that at 0 °, at 90 ° that decreased slightly, but still higher than 0 °, the difference had statistically significant(P<0.05). Compared between groups, the pressure of group 3 is higher than that of group 1 and group 2 at 30 ° and 60 °(P<0.05) but had no statistical significance at 0 ° and 90 °(P>0.05). Compared intra group, the contact area in every group at 30 °, 60 ° and 90 ° were less than that at 0 °, the difference had statistically significant(P<0.05). Compared between groups, the contact area in group 2 and group 3 were less than that in group 1 at 30 ° and 60 °(P<0.05) but had no statistically significant at 0 ° and 90 °(P>0.05). Conclusion The anterior funicle of MCL had important significance in the ecstrophy stabilization of the elbow joint, and injured or break could cause the instability of inter-elbow joint and make increasing of the pressure and decreasing of the contact area in humeroradial joint. While the elbow joint was straighten, the pressure and the contact area in humeroradial joint was little, the elbow joint was in the stable state, it could assume more ecstrophy stress.

elbow joint; collateral ligaments; athletic injuries; biomechanics

2017-01-18；

2017-02-21

河北省医学科学研究重点课题(20150056)

张培楠(1982-)，男，河北张家口人，河北北方学院附属第一医院主治医师，医学硕士，从事关节外科、运动医学及创伤骨科疾病诊治研究。

R323.71

A

1007-3205(2017)05-0542-06

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.05.011