刘晓琳,王金武,戴戎

肩袖损伤临床较常见,严重影响患者的生活质量。肩袖具有独特的生物力学特征,它是肩关节的重要组成部分,构成了肩关节的立体结构,同时对肩关节的活动起到决定作用,对维持肩关节的力学平衡至关重要。因此,肩袖损伤的治疗效果对肩关节的功能恢复影响很大。随着研究者对肩袖生物力学的进一步深入了解,临床上先后出现了包括单排缝合、双排缝合、肌腱转移修复及生物工程修复等修复技术。本文就肩袖损伤的生物力学机制、分型及修复方式等方面的研究进展进行综述。

1 肩袖损伤的生物力学机制

肩袖是肩关节的“动态稳定器”,主要通过冠状面和矢状面两对力偶来平衡关节活动。肩袖前方的肩胛下肌和后方的冈下肌围绕肱骨头形成一对力偶,以平衡肩关节内外旋;三角肌、冈上肌与下方的小圆肌、大圆肌组成另外一对力偶,以平衡肩关节的外展与内收。当肩关节外展时,三角肌和冈上肌收缩拉肱骨头压向关节盂,这种压力增加了外展时肩关节的稳定性[1]。Burkhart等[2]认为,如果患者仅有冈上肌撕裂,即使是大的撕裂,由于肩袖形成的力偶可以保留,加上三角肌等肩周肌肉的代偿,肩关节的功能尚能维持,然而这种代偿性维持会使肩关节功能逐渐恶化,因此早期手术是必要的。如果撕裂延伸至前方(肩胛下肌)或后方(冈下肌、小圆肌),则力偶被破坏,肩关节功能早期即有较大损失。

另外肩袖的纤维走向不是一成不变的,在肌-腱接合处,肌腱主要由平行走行的胶原纤维组成,而当肌腱到肱骨的止点处则变成纤维束,纤维束间走行成45°角[3]。由于肩袖近止点处纤维方向不同、层次复杂,强大的剪力作用下易导致肩袖的撕裂[4]。

有研究显示,冈上肌最终分成三条纵束,即前束、中束和后束[5]。相比之下后束在横截面上最薄,前束的弹性模量最大,这说明前束的生物力学性能最佳,是主要的功能部分。而前束的腱性部分所占空间却比后束小,这使前束受到更大的拉力,这也可以解释为何冈上肌前束撕裂的倾向更大[6]。

Burkhart等[7]描述了冈上肌和冈下肌远端近止点处的解剖结构,将其比作由“缆绳”和新月结构加固的“吊桥”。垂直于冈上肌腱的纤维束被称为肩袖缆绳,冈上肌和冈下肌远端从缆绳到大结节止点的纤维部分被称为肩袖的新月结构。缆绳强度很高,新月结构面积比较大,因此可以分散来自肌腱的力量。新月结构血供相对少,随年龄增长逐渐变薄弱。这种退变增加了肩袖对缆绳结构的依赖[1]。当新月结构出现撕裂时,肌腱的拉力可以分散一部分到缆绳结构上,这样减小了撕裂造成的生物力学后果。这种结构提示医生在修复肩袖止点时,可以尝试尽量恢复或模拟止点位置的解剖结构进行修复,以达到止点的正常力学平衡。

2 肩袖损伤的病理过程及分型

Clark等[8]认为,肩袖肌腱在接近肱骨结节止点时逐渐融合为一条相互连续的整体。由于有这种融合的解剖结构,单个肌腱收缩产生的负荷可以分散到邻近肌腱上。这种相互联系的结构可以解释一些复杂肩袖撕裂的发病机理[4]。

肩袖损伤不仅仅是肌腱的问题,通常肌肉也会不同程度受累。肌腱的撕裂可能会导致渐进性的、不可逆的肌肉内脂肪浸润,受累的肌肉可能不仅限于撕裂的肌肉,还会累积及邻近肌肉[9]。这种浸润病理首先由 Goutallier等[10]描述,根据其在横断面上的浸润程度(脂肪 /肌肉比例)分为5级。肩袖损伤后,即便手术修复效果理想,其肌肉的病理改变也无法阻止,2级以上的脂肪浸润可导致肌肉功能的永久丧失,这增加了肩袖再次撕裂的可能。因此,M elis等[9]认为手术修复应在脂肪浸润达到 2级之前尽快施行。脂肪浸润的严重程度和进展速度与多种因素有关,如肩袖撕裂的类型、病人年龄以及撕裂的时间等。

手术效果与肩袖撕裂的程度密切相关[11]。临床上相对难处理的是撕裂面积较大的肩袖损伤,巨大的肩袖撕裂在X线平片上通常可见肱骨头向近端移位,肱骨头与肩峰下表面的距离减小,此间隙正常值在 7～14mm范围[12],这个值的大小与肩袖损伤的程度相关。肩袖损伤最常用的影像学检查是 MRI,观察矢状位片时需要注意,肩袖断裂后的回缩会使医生产生错觉,认为回缩的区域是肩袖的巨大肌腹。

Cofield等[13]将巨大肩袖撕裂定义为前后撕裂范围超过5 cm,这种分法有一定缺点,未考虑到个体差异和不同肌腱大小的差别。巨大肩袖撕裂还可根据撕裂的部位分类[11],可分为前上撕裂和后上撕裂,前上撕裂包括冈上肌和肩胛下肌,后上撕裂包括冈上肌、冈下肌、有时还伴随小圆肌的撕裂。同时可伴随肩关节不稳和肱二头肌长头腱的撕裂。如果损伤到喙肩弓,可能会导致肱骨头向上脱出。 Zingg等[14]认为,将至少2个肌腱的完全撕裂定义为巨大肩袖撕裂较为合理,这种分类更多地考虑到肩关节的功能、诊断和手术效果。

3 肩袖损伤治疗的手术方式

肩袖损伤手术治疗的目的是：a)有效固定肌腱断端,需达到足够的强度;b)防止肩袖撕裂处形成间隙;c)重建肩袖的力学平衡,使其可维持肩关节的稳定;d)为肌腱止点处的生物学愈合创造理想环境。

软组织与骨之间的愈合过程是在肌腱与骨之间逐渐形成一个纤维血管性的界面[15],随后骨性结构逐渐长入这个界面,胶原纤维的连续性逐渐建立。滑液的进入稀释了这个纤维血管界面最初形成的血肿,阻止了纤维凝血块的形成,逐渐降解了修复界面内的细胞外基质成分[16]。此外有研究表明,局部滑液和关节囊黏液可能会影响止点愈合,其原因可能是促炎性细胞因子和某些降解酶的作用[17]。因此,最近有学者开始描述一种新的修复理念,即“不漏水”修复[18],即尽量减少组织液渗入修复区域影响愈合。Christopher等[16]通过实验证实,双排线桥技术在缝合密闭性上较单排技术更佳。

肩袖修复手术首先要将断裂回缩的肌腱拉回到其止点附近。需要清除肩袖附近的黏连组织,黏连通常发生在肩峰下表面、三角肌后面和肩袖附近滑囊结构。松解关节囊与盂唇的间隙,可以进一步松解肩袖肌间隙,松解前方的冈上肌与肩胛下肌肌腱在喙突基底部的间隙,在后方松解冈上肌与冈下肌在肩胛冈的间隙。在肌腱拉出缝合到止点后,这些被松解的间隙同样需要修复[19]。

同时需要去除导致患者疼痛的病变,如需要切除撕裂肩袖的边缘部分和附近滑囊。适当去除部分肩峰下骨质,以使在肩关节上举时留出肱骨大结节的活动空间,也可以去除部分肱骨大结节骨质。然而,单纯切除这些结构仅能缓解疼痛症状,并不能改善肩关节的力量和运动,病情可能会随时间推移而加重[20]。

缝合肌腱前,为了促进肌腱-骨界面的愈合,肩袖在大结节的止点处骨质需行部分切除,以形成一个出血的创面,一些学者描述为“深红色鸭绒状结构”,可以观察到骨髓溢出切除的骨质表面,这是为大结节准备的理想状态[21]。这一区域充满了干细胞、血小板和潜在的血管芽等,可促进止点的修复愈合及腱性结构的形成[22]。应避免在大结节完全去除皮质骨,因为这会使肌腱固定的强度降低[23]。慢性肩袖撕裂时,肩袖在大结节止点处的骨密度可能偏低,同样会影响肌腱的固定强度[24]。

3.1 单排缝合技术 此缝合技术有很大缺陷,目前临床已较少应用。因其不能很好地恢复肌腱止点的强度,且容易在缝合处形成间隙。结合经骨固定技术后此方法能达到较大的固定强度,可抵抗剪力和旋转应力,形成的间隙明显减小[25]。

3.2 双排缝合技术 该缝合技术的目的是为了增加肌腱止点处的腱性结构与骨的接触面积,以提高止点处的愈合率。与单排技术相比,第2排锚定可增加修补强度,重建肩袖的生理止点,因此显示出更大的愈合潜力[26,27]。其中内侧一排的锚钉置于肱骨头的关节面边缘,外侧一排的锚钉置于肱骨大结节上。生物力学研究显示,双排技术较单排技术修复强度高,能更有效地防止间隙形成[28]。传统的双排技术有一定缺陷,不能完全覆盖止点,而且不能在两排之间加压。 Chris Bales等[29]设计的线桥技术可以将肌腱加压固定到骨上,提高了愈合能力,同时也限制了滑液等细胞外液的渗入。 Park等[30]通过压力敏感薄膜检测尸体标本肌腱、骨界面的压力后发现,线桥技术与标准锚钉技术相比,前者显著增加了接触界面的压力,因此线桥技术可以改善修复区域的生物学条件。Meier等[31]的研究认为,改良的双排技术能覆盖100%的冈上肌止点,而单排技术和经骨固定技术只分别覆盖46%和71%。

3.3 部分修复 冈上肌撕裂后,根据力偶理论,盂肱关节冠状面和矢状面的力学平衡仍然可以维持。因此,只要保证肩关节的力学平衡,部分肩袖修补也可能恢复关节功能。一些临床报道支持了这种观点,其剩余未修补的肩袖部分面积可达 1cm×3cm,在术后21个月的随访中,病人的肩关节力量和活动度同样能得到令人满意的改善,总体满意度达到了92%[32,33]。对于伴有肩胛上神经损伤的巨大肩袖撕裂,采用肩袖部分修补的方法,同时行肩胛上神经减压,随着神经的恢复,关节功能和力量也获得了改善[34]。

3.4 肌腱转移修补 对于肩袖撕裂巨大,单纯修复困难,部分修复不能获得满意效果的病例,可以考虑采用这种方法治疗[35]。肌腱转移的目的是恢复肩关节的旋转肌力、力偶,重建肩部力学平衡[12]。常用的转移肌腱包括背阔肌、大圆肌、胸大肌、三角肌、肱三头肌及斜方肌。有三个因素决定转移肌腱的效果：a)肌肉或肌腱的长度;b)收缩后能否引发关节旋转;c)以及收缩产生的力学强度如何[35]。

3.5 组织工程修复 组织工程逐渐成为治疗软组织缺损的一个极具潜力的选择。它所要达到的目标是优化细胞间反应,构建细胞外基质支架,促进对组织再生必要的生长因子分泌。用生物材料替代物作为肩袖的功能连接组织,它应当具备几个必要条件：a)有足够的生物力学强度;b)组织相容性好,排异反应小;c)能够诱导组织细胞再生;d)无其他毒副反应。这一领域已成为肩袖损伤后肩袖重建的研究热点。

目前研究的方向主要是利用组织替代物加强或桥接断裂回缩的肌腱。然而,直至现在,美国食品和药物管理局仅批准了生物材料用于加强肌腱修补强度的治疗,尚未批准生物材料作为肌腱替代物,说明这一领域的研究尚处于比较初级的阶段。

其中一种组织替代物是同种异体真皮组织,临床上已有相关报道[21]。非细胞真皮基质 (acellular dermal matrix, ADM)已在医学领域得到广泛应用。 GraftJacket ADM是在美国已经上市的医学产品,原料来自捐赠遗体者的真皮组织,取出其中的细胞成分而保留细胞外基质[36]。由于在制作过程中灭活了细胞成分,它克服了包括宿主排异反应和病毒性疾病传播可能在内的许多缺点,允许移植物长入周围组织。保留了基本结构和生物力学特性,因此有足够强度。此真皮组织相对较薄,可在关节镜下进行手术,避免了对正常组织的破坏。目前尚需解决的问题是：a)确定补片的最佳厚度、形状以及锚钉的排列方式;b)对患者的年龄也有要求,因为局部需要足够量的骨髓浓度,利用其多能干细胞重建组织结构; c)局部添加生长因子是否有利等都是下一步研究的重点。

4 问题与展望

肩关节是一个活动范围很大的关节,冈上肌肌腱为了适应来自各个方向的应力,其胶原纤维走向并不平行,此肌腱有复杂的生物力学特性,关于肌腱的结构与功能联系尚需深入研究[37]。

肩袖损伤手术修复后可能出现再撕裂。有报道显示,开放和微创手术后3～5年的再撕裂率高达30%～50%,关节镜修复后也有较高的再撕裂率[29]。再撕裂后的二次手术处理,效果明显降低,因此,对这部分病例制定合适的手术方案是外科医师需要注意的方向。

Gerber等[38]认为,术前 M RI显示肩袖肌肉脂肪浸润严重的病人,修补术后不会逆转脂肪浸润的病理进程,因此再断裂的机会大大增加。肩袖肌腱长期回缩和废用,其后果是不可逆的,单纯修复效果可能不理想,组织工程将是未来的发展方向。同时,目前临床上尝试利用各种人工或生物学补片覆盖或替代缺损的冈上肌,如果能够克服其生物力学和组织反应等方面的问题,则有望成为将来伤治肩袖损疗的新手段。

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