朱伟民 朱俊俊 杨远 崔家鸣 孙一嘉 黄勇 王满宜 王大平 杨雷** 熊建义**

（1.深圳市第二人民医院深圳大学第一附属医院运动医学科，广东深圳 518025；2.上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444）

膝关节内侧结构损伤是膝关节损伤中较为常见的损伤，常见损伤原因包括外翻暴力以及旋转暴力[1]。有报道，24%的前交叉韧带（anterior cruciate lig⁃ament，ACL）损伤会合并内侧副韧带（medial collater⁃al ligament，MCL）损伤，78%的MCL 损伤会合并ACL以及后斜韧带损伤[2]。研究表明，MCL 浅层、后斜韧带（posterior oblique ligament，POL）（统称为MCL复合体）和ACL共同维持膝关节外翻的稳定性[3]。MCL是维持膝关节外翻稳定性的最主要的结构[4,5]。既往研究表明，MCL 发生断裂时，膝关节内侧开口增宽3～5 mm；如果MCL 和POL 均发生断裂，内侧关节间隙将由5 mm 扩大至10 mm 甚至以上。目前，临床上对于MCL损伤的治疗仍存在争议：Ⅰ、Ⅱ级MCL损伤常采用保守治疗，可以达到较好的临床效果；但对于Ⅲ级MCL 损伤，推荐手术治疗[6,7]。MCL 复合体损伤可以通过MRI 验证，但我们无法获得膝关节功能障碍的确切证据[8]。

本研究旨在使用C 型臂X 线机和机器人生物力学测试系统，通过测量膝关节内侧关节间隙和外翻角来评估MCL复合体对膝关节发生ACL损伤后稳定性的影响。本研究的假设是，外翻应力位X线检查是评估MCL复合体损伤程度的有效方法。

1 方法

1.1 标本准备

本研究使用8个新鲜冰冻膝关节尸体标本[平均年龄（29.2±3.5）岁]。排除标准：韧带松弛；严重的关节炎；膝关节手术史。所有标本均存放于-20℃冰箱内，并于实验前一晚解冻。保留股骨和胫骨关节线上下15 cm，其余均去除，骨水泥进行固定。所有的手术操作由同一名外科医生完成（图1）。

图1 将标本固定好后使用机器人生物力学测试系统进行实验

本研究经深圳市第二人民医院医学伦理委员会批准。

1.2 测试方法

每具膝关节标本均经历以下3种状态：①ACL及MCL 复合体完整；②ACL 缺失，MCL 复合体完整；③ACL及MCL复合体均缺失（图2）。将MCL复合体切断以模拟MCL Ⅲ级损伤。采用精度为±0.02 mm、±0.2 N和±0.1 Nm 的机器人系统，对膝关节施加7 N 的外翻负荷[9,10]，在膝关节屈曲0°、15°和30°时，利用C 型臂在不透射线的直尺辅助下，测量其膝关节内侧间隙（图3）。外翻角则使用机器人系统进行测量并用Image J 软件进行记录分析。外翻角被定义为：股骨的机械轴（股骨头的中心与股骨内外侧髁中点的连线）与胫骨近端解剖轴（髓腔的中心轴）之间的夹角。两位实验员独立地测量所有的标本，每个观察者测量3次，结果取平均值。

图2 制备的3种状态下的膝关节标本大体及镜下图

图3 使用不透射线直尺对膝关节内侧关节间隙进行测量

1.3 统计学方法

所有数据处理采用SPSS 22.0（SPSS Inc.Chicago,USA）进行统计分析，测量结果以均数±标准差表示。分析采用非参数Wilcoson 检验。在膝关节不同屈曲角度（0°、15°和30°）进行数据分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本实验的生物力学结果见表1和表2。类相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）为0.86。

表1 外翻负荷下膝关节各屈曲角度下内侧关节间隙（，mm）

表1 外翻负荷下膝关节各屈曲角度下内侧关节间隙（，mm）

表2 外翻负荷下膝关节各屈曲角度下外翻角（，°）

表2 外翻负荷下膝关节各屈曲角度下外翻角（，°）

2.1 内侧关节间隙

在切断MCL 复合体及ACL 后，无论在何屈膝角度下（0°、15°、30°），内侧关节间隙均显著增加，状态1（ACL及MCL复合体完整）与状态3（ACL及MCL复合体均缺失）相比，内侧关节间隙存在显著差异（P＜0.05，图4）。在屈膝15°、30°时，状态2（ACL 缺失及MCL 复合体完整）与状态3（ACL 及MCL 复合体均缺失）相比，内侧关节间隙之间也存在显著差异（P＜0.05）。在ACL 及MCL 复合体均缺失的情况下，内侧关节间隙随屈膝角度增大而显著增加（P＜0.05），在屈膝30°时，内侧关节间隙最大。无论在何屈膝角度下（0°、15°、30°），状态1（ACL 及MCL 复合体完整）与状态2（ACL缺失及MCL复合体完整）相比，内侧关节间隙均无显著统计学差异（P＞0.05）。

图4 关节内侧间隙张开位移（7N），用不透射线直尺测量

2.2 外翻角

在切断MCL复合体及ACL后，无论在何屈膝角度下（0°、15°、30°），外翻角均明显增加（图5），状态3（ACL及MCL复合体均缺失）与其他两种状态（ACL及MCL复合体完整；ACL缺失及MCL复合体完整）相比，外翻角均存在显著差异（P＜0.05）。在状态3（ACL及MCL复合体均缺失）下，外翻角随屈膝角度增大而显著增加（P＜0.05），在屈膝30°时，外翻角最大。无论在何屈膝角度下（0°、15°、30°），状态1（ACL及MCL复合体完整）与状态2（ACL缺失及MCL复合体完整）相比，外翻角均无显著统计学差异（P＞0.05）。

图5 关节外翻角（7N），由机器人系统测量

3 讨论

3.1 MCL损伤尚无标准化治疗手段

MCL 是维持膝关节内侧稳定的复杂且重要的结构。MCL 损伤也是膝关节损伤中最常见的一种，占膝关节损伤的40%[11]，因此MCL损伤的诊断和治疗具有重要意义。本研究最重要的发现是在屈膝15°和30°位时，通过X 线透视测量的内侧关节间隙和通过机器人系统测量的外翻角可以帮助评估ACL合并Ⅲ级MCL损伤。

目前尚无标准的MCL损伤的临床治疗方法。有研究报道，对于Ⅰ、Ⅱ级损伤的患者，通过佩戴4～6周的支具进行保守治疗，可以获得较好的临床效果[12,13]。但有学者认为保守治疗只能改善膝关节肿胀、疼痛等症状，对于伤后发生关节松弛、创伤性骨关节炎等却无法避免[14]。单纯的Ⅲ级MCL 损伤较为少见，78%以上的Ⅲ级MCL 损伤与其他韧带损伤同时发生，其中95%以上伴随ACL损伤[2]。在急性或亚急性期，虽然可以通过手术重建MCL，但手术是有创的，可能会伴随其他结构损伤或功能丧失，如关节纤维化、粘连、愈合时间延长等。ACL联合MCL重建的手术方法具有重要的意义[15]。研究表明，在ACL重建后的患者中，伴随Ⅱ级以上MCL 损伤的患者更可能发生术后膝关节失稳[16]。Dong 等认为，单纯的Ⅲ级MCL 损伤或合并其他韧带损伤如ACL，如果发现膝关节功能障碍、内侧不稳等，应尽早行MCL 重建手术[17,18]。因此，尽早确定MCL的损伤程度并准确评估膝关节的稳定性，对临床治疗方法的选择具有重要意义。

3.2 膝关节内侧稳定性评价方法尚不完善

MCL 可分为两层：浅层和深层。浅层的功能主要限制膝关节外翻和外旋；深层是膝关节内侧关节囊的增厚部分，与内侧半月板紧密相连，分为板-股韧带和板-胫韧带。MRI对于软组织的成像具有高对比度、高分辨率、无创、多段成像的特点，是诊断MCL及其后内侧解剖结构损伤最直观、最常用的方法[19,20]。在MRI成像中，MCL急性撕裂的直接征象为韧带连续性中断、回缩、弥漫性高信号影，但对于MCL慢性损伤，由于血肿消退、瘢痕形成，MRI成像上可能与正常韧带相似，所以容易漏诊。同时，由于检查位置的限制，常规MRI 成像无法获得膝关节后内侧结构损伤的信息，如外翻角增大、内侧关节间隙增大等情况。某些体格检查，如膝关节外翻试验，可以提供一些关于膝关节稳定性的信息，但检查结果比较主观，且会受到检查者的经验和患者配合程度等因素的影响。因此，我们需要一种更客观、可量化的膝关节内侧稳定性的评价方法。

3.3 ACL损伤对膝关节内侧稳定性影响有限

本研究采用机器人系统和X线透视方法，在给予膝关节外翻负荷下，测量膝关节内侧关节间隙和膝关节外翻角。采用图像处理软件（Image J）对膝关节外翻角进行记录分析。结果表明，在膝关节屈曲0°、15°、30°时，ACL 和MCL 复合体均缺失会导致膝关节内侧间隙和外翻角变大，提示ACL 与MCL 复合体共同维持了膝关节外翻稳定性，这与既往的报道结果一致[3]。ACL 缺失及MCL 复合体完整的膝关节内侧关节间隙为3～5 mm，而ACL及MCL复合体均缺失的情况下，膝关节内侧关节间隙将增加至5～10 mm，这与Iizawa 等的研究结果相似[21]。在膝关节屈曲0°、15°、30°时，ACL 及MCL 复合体均缺失的膝关节标本内侧关节间隙和外翻角明显大于完整的膝关节，在膝关节屈曲15°、30°时，ACL及MCL均缺失的膝关节标本的内侧关节间隙和外翻角明显大于ACL缺失及MCL复合体完整的膝关节，表明ACL断裂的患者中，MCL复合体对于保持膝关节的稳定性发挥着重要作用。在ACL 及MCL 复合体均缺失的膝关节标本，随着膝关节屈曲角度的增大，内侧关节间隙和外翻角逐渐增大，提示关节内侧不稳定性增加。在膝关节达到完全伸直状态时，ACL 缺失及MCL 复合体完整的膝关节与ACL 及MCL 复合体均缺失的膝关节比较，内侧关节间隙和外翻角差异均无统计学意义，这可能意味着膝关节在较低屈曲角度下，MCL 对维持膝关节内侧稳定性的作用较小。在屈膝0°、15°、30°时，ACL 及MCL 复合体完整的膝关节标本与ACL 缺失及MCL复合体完整的膝关节标本在内侧关节间隙及外翻角方面均无显著统计学差异，证明ACL 缺失对膝关节内侧稳定性影响较小。

本研究发现，在ACL 及MCL 复合体均缺失的膝关节标本中，随着膝关节屈曲角度的增大，膝关节稳定性逐渐降低，内侧关节间隙及外翻角逐渐增大。在膝关节屈曲30°时，膝关节内侧关节间隙及外翻角最大。因此，我们认为，膝关节屈曲30°是检查膝关节内侧稳定性以及判断MCL损伤的最佳角度。

3.4 局限性

本研究存在一定的局限性。首先是样本量较小，虽然我们发现不同状态及屈膝角度之间具有统计学差异，但在后续的研究中增加样本量可能会提供更有力的证据。二是本研究为标本实验研究，力学试验不是在承重条件下进行的，人体的生物力学条件不能完全模拟，结果还需要通过临床观察来证实。

4 结论

综上所述，本研究证实了MCL 在不同屈曲角度下维持膝关节内侧稳定性的作用。在ACL损伤伴随MCL 复合体损伤的患者中，通过屈膝30°应力位X线检查可更好的判断损伤情况，为治疗方案的选择提供客观、有力的依据。

致谢：本实验在匹兹堡大学骨科实验室完成。衷心感谢美国匹兹堡大学Brandon Marshall、Monica Linde、Patrick Smolinski、Freddie Fu 等对该实验的悉心指导和无私帮助。