朱偉民 朱俊俊 楊遠(yuǎn) 崔家鳴 孫一嘉 黃勇 王滿宜 王大平 楊雷** 熊建義**

（1.深圳市第二人民醫(yī)院深圳大學(xué)第一附屬醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科，廣東深圳 518025；2.上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200444）

膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)損傷是膝關(guān)節(jié)損傷中較為常見的損傷，常見損傷原因包括外翻暴力以及旋轉(zhuǎn)暴力[1]。有報(bào)道，24%的前交叉韌帶（anterior cruciate lig?ament，ACL）損傷會(huì)合并內(nèi)側(cè)副韌帶（medial collater?al ligament，MCL）損傷，78%的MCL 損傷會(huì)合并ACL以及后斜韌帶損傷[2]。研究表明，MCL 淺層、后斜韌帶（posterior oblique ligament，POL）（統(tǒng)稱為MCL復(fù)合體）和ACL共同維持膝關(guān)節(jié)外翻的穩(wěn)定性[3]。MCL是維持膝關(guān)節(jié)外翻穩(wěn)定性的最主要的結(jié)構(gòu)[4,5]。既往研究表明，MCL 發(fā)生斷裂時(shí)，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)開口增寬3～5 mm；如果MCL 和POL 均發(fā)生斷裂，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙將由5 mm 擴(kuò)大至10 mm 甚至以上。目前，臨床上對于MCL損傷的治療仍存在爭議：Ⅰ、Ⅱ級(jí)MCL損傷常采用保守治療，可以達(dá)到較好的臨床效果；但對于Ⅲ級(jí)MCL 損傷，推薦手術(shù)治療[6,7]。MCL 復(fù)合體損傷可以通過MRI 驗(yàn)證，但我們無法獲得膝關(guān)節(jié)功能障礙的確切證據(jù)[8]。

本研究旨在使用C 型臂X 線機(jī)和機(jī)器人生物力學(xué)測試系統(tǒng)，通過測量膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和外翻角來評估MCL復(fù)合體對膝關(guān)節(jié)發(fā)生ACL損傷后穩(wěn)定性的影響。本研究的假設(shè)是，外翻應(yīng)力位X線檢查是評估MCL復(fù)合體損傷程度的有效方法。

1 方法

1.1 標(biāo)本準(zhǔn)備

本研究使用8個(gè)新鮮冰凍膝關(guān)節(jié)尸體標(biāo)本[平均年齡（29.2±3.5）歲]。排除標(biāo)準(zhǔn)：韌帶松弛；嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎；膝關(guān)節(jié)手術(shù)史。所有標(biāo)本均存放于-20℃冰箱內(nèi)，并于實(shí)驗(yàn)前一晚解凍。保留股骨和脛骨關(guān)節(jié)線上下15 cm，其余均去除，骨水泥進(jìn)行固定。所有的手術(shù)操作由同一名外科醫(yī)生完成（圖1）。

圖1 將標(biāo)本固定好后使用機(jī)器人生物力學(xué)測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

本研究經(jīng)深圳市第二人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 測試方法

每具膝關(guān)節(jié)標(biāo)本均經(jīng)歷以下3種狀態(tài)：①ACL及MCL 復(fù)合體完整；②ACL 缺失，MCL 復(fù)合體完整；③ACL及MCL復(fù)合體均缺失（圖2）。將MCL復(fù)合體切斷以模擬MCL Ⅲ級(jí)損傷。采用精度為±0.02 mm、±0.2 N和±0.1 Nm 的機(jī)器人系統(tǒng)，對膝關(guān)節(jié)施加7 N 的外翻負(fù)荷[9,10]，在膝關(guān)節(jié)屈曲0°、15°和30°時(shí)，利用C 型臂在不透射線的直尺輔助下，測量其膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙（圖3）。外翻角則使用機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行測量并用Image J 軟件進(jìn)行記錄分析。外翻角被定義為：股骨的機(jī)械軸（股骨頭的中心與股骨內(nèi)外側(cè)髁中點(diǎn)的連線）與脛骨近端解剖軸（髓腔的中心軸）之間的夾角。兩位實(shí)驗(yàn)員獨(dú)立地測量所有的標(biāo)本，每個(gè)觀察者測量3次，結(jié)果取平均值。

圖2 制備的3種狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本大體及鏡下圖

圖3 使用不透射線直尺對膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙進(jìn)行測量

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所有數(shù)據(jù)處理采用SPSS 22.0（SPSS Inc.Chicago,USA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測量結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。分析采用非參數(shù)Wilcoson 檢驗(yàn)。在膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度（0°、15°和30°）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)的生物力學(xué)結(jié)果見表1和表2。類相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）為0.86。

表1 外翻負(fù)荷下膝關(guān)節(jié)各屈曲角度下內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙（，mm）

表1 外翻負(fù)荷下膝關(guān)節(jié)各屈曲角度下內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙（，mm）

表2 外翻負(fù)荷下膝關(guān)節(jié)各屈曲角度下外翻角（，°）

表2 外翻負(fù)荷下膝關(guān)節(jié)各屈曲角度下外翻角（，°）

2.1 內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙

在切斷MCL 復(fù)合體及ACL 后，無論在何屈膝角度下（0°、15°、30°），內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙均顯著增加，狀態(tài)1（ACL及MCL復(fù)合體完整）與狀態(tài)3（ACL及MCL復(fù)合體均缺失）相比，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙存在顯著差異（P＜0.05，圖4）。在屈膝15°、30°時(shí)，狀態(tài)2（ACL 缺失及MCL 復(fù)合體完整）與狀態(tài)3（ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失）相比，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙之間也存在顯著差異（P＜0.05）。在ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失的情況下，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙隨屈膝角度增大而顯著增加（P＜0.05），在屈膝30°時(shí)，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙最大。無論在何屈膝角度下（0°、15°、30°），狀態(tài)1（ACL 及MCL 復(fù)合體完整）與狀態(tài)2（ACL缺失及MCL復(fù)合體完整）相比，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

圖4 關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙張開位移（7N），用不透射線直尺測量

2.2 外翻角

在切斷MCL復(fù)合體及ACL后，無論在何屈膝角度下（0°、15°、30°），外翻角均明顯增加（圖5），狀態(tài)3（ACL及MCL復(fù)合體均缺失）與其他兩種狀態(tài)（ACL及MCL復(fù)合體完整；ACL缺失及MCL復(fù)合體完整）相比，外翻角均存在顯著差異（P＜0.05）。在狀態(tài)3（ACL及MCL復(fù)合體均缺失）下，外翻角隨屈膝角度增大而顯著增加（P＜0.05），在屈膝30°時(shí)，外翻角最大。無論在何屈膝角度下（0°、15°、30°），狀態(tài)1（ACL及MCL復(fù)合體完整）與狀態(tài)2（ACL缺失及MCL復(fù)合體完整）相比，外翻角均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

圖5 關(guān)節(jié)外翻角（7N），由機(jī)器人系統(tǒng)測量

3 討論

3.1 MCL損傷尚無標(biāo)準(zhǔn)化治療手段

MCL 是維持膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定的復(fù)雜且重要的結(jié)構(gòu)。MCL 損傷也是膝關(guān)節(jié)損傷中最常見的一種，占膝關(guān)節(jié)損傷的40%[11]，因此MCL損傷的診斷和治療具有重要意義。本研究最重要的發(fā)現(xiàn)是在屈膝15°和30°位時(shí)，通過X 線透視測量的內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和通過機(jī)器人系統(tǒng)測量的外翻角可以幫助評估ACL合并Ⅲ級(jí)MCL損傷。

目前尚無標(biāo)準(zhǔn)的MCL損傷的臨床治療方法。有研究報(bào)道，對于Ⅰ、Ⅱ級(jí)損傷的患者，通過佩戴4～6周的支具進(jìn)行保守治療，可以獲得較好的臨床效果[12,13]。但有學(xué)者認(rèn)為保守治療只能改善膝關(guān)節(jié)腫脹、疼痛等癥狀，對于傷后發(fā)生關(guān)節(jié)松弛、創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎等卻無法避免[14]。單純的Ⅲ級(jí)MCL 損傷較為少見，78%以上的Ⅲ級(jí)MCL 損傷與其他韌帶損傷同時(shí)發(fā)生，其中95%以上伴隨ACL損傷[2]。在急性或亞急性期，雖然可以通過手術(shù)重建MCL，但手術(shù)是有創(chuàng)的，可能會(huì)伴隨其他結(jié)構(gòu)損傷或功能喪失，如關(guān)節(jié)纖維化、粘連、愈合時(shí)間延長等。ACL聯(lián)合MCL重建的手術(shù)方法具有重要的意義[15]。研究表明，在ACL重建后的患者中，伴隨Ⅱ級(jí)以上MCL 損傷的患者更可能發(fā)生術(shù)后膝關(guān)節(jié)失穩(wěn)[16]。Dong 等認(rèn)為，單純的Ⅲ級(jí)MCL 損傷或合并其他韌帶損傷如ACL，如果發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)功能障礙、內(nèi)側(cè)不穩(wěn)等，應(yīng)盡早行MCL 重建手術(shù)[17,18]。因此，盡早確定MCL的損傷程度并準(zhǔn)確評估膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，對臨床治療方法的選擇具有重要意義。

3.2 膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性評價(jià)方法尚不完善

MCL 可分為兩層：淺層和深層。淺層的功能主要限制膝關(guān)節(jié)外翻和外旋；深層是膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)囊的增厚部分，與內(nèi)側(cè)半月板緊密相連，分為板-股韌帶和板-脛韌帶。MRI對于軟組織的成像具有高對比度、高分辨率、無創(chuàng)、多段成像的特點(diǎn)，是診斷MCL及其后內(nèi)側(cè)解剖結(jié)構(gòu)損傷最直觀、最常用的方法[19,20]。在MRI成像中，MCL急性撕裂的直接征象為韌帶連續(xù)性中斷、回縮、彌漫性高信號(hào)影，但對于MCL慢性損傷，由于血腫消退、瘢痕形成，MRI成像上可能與正常韌帶相似，所以容易漏診。同時(shí)，由于檢查位置的限制，常規(guī)MRI 成像無法獲得膝關(guān)節(jié)后內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)損傷的信息，如外翻角增大、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙增大等情況。某些體格檢查，如膝關(guān)節(jié)外翻試驗(yàn)，可以提供一些關(guān)于膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的信息，但檢查結(jié)果比較主觀，且會(huì)受到檢查者的經(jīng)驗(yàn)和患者配合程度等因素的影響。因此，我們需要一種更客觀、可量化的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性的評價(jià)方法。

3.3 ACL損傷對膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性影響有限

本研究采用機(jī)器人系統(tǒng)和X線透視方法，在給予膝關(guān)節(jié)外翻負(fù)荷下，測量膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和膝關(guān)節(jié)外翻角。采用圖像處理軟件（Image J）對膝關(guān)節(jié)外翻角進(jìn)行記錄分析。結(jié)果表明，在膝關(guān)節(jié)屈曲0°、15°、30°時(shí)，ACL 和MCL 復(fù)合體均缺失會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙和外翻角變大，提示ACL 與MCL 復(fù)合體共同維持了膝關(guān)節(jié)外翻穩(wěn)定性，這與既往的報(bào)道結(jié)果一致[3]。ACL 缺失及MCL 復(fù)合體完整的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙為3～5 mm，而ACL及MCL復(fù)合體均缺失的情況下，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙將增加至5～10 mm，這與Iizawa 等的研究結(jié)果相似[21]。在膝關(guān)節(jié)屈曲0°、15°、30°時(shí)，ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和外翻角明顯大于完整的膝關(guān)節(jié)，在膝關(guān)節(jié)屈曲15°、30°時(shí)，ACL及MCL均缺失的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本的內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和外翻角明顯大于ACL缺失及MCL復(fù)合體完整的膝關(guān)節(jié)，表明ACL斷裂的患者中，MCL復(fù)合體對于保持膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用。在ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的增大，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和外翻角逐漸增大，提示關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)不穩(wěn)定性增加。在膝關(guān)節(jié)達(dá)到完全伸直狀態(tài)時(shí)，ACL 缺失及MCL 復(fù)合體完整的膝關(guān)節(jié)與ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失的膝關(guān)節(jié)比較，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙和外翻角差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能意味著膝關(guān)節(jié)在較低屈曲角度下，MCL 對維持膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性的作用較小。在屈膝0°、15°、30°時(shí)，ACL 及MCL 復(fù)合體完整的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本與ACL 缺失及MCL復(fù)合體完整的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本在內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙及外翻角方面均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，證明ACL 缺失對膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性影響較小。

本研究發(fā)現(xiàn)，在ACL 及MCL 復(fù)合體均缺失的膝關(guān)節(jié)標(biāo)本中，隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的增大，膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性逐漸降低，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙及外翻角逐漸增大。在膝關(guān)節(jié)屈曲30°時(shí)，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙及外翻角最大。因此，我們認(rèn)為，膝關(guān)節(jié)屈曲30°是檢查膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性以及判斷MCL損傷的最佳角度。

3.4 局限性

本研究存在一定的局限性。首先是樣本量較小，雖然我們發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)及屈膝角度之間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但在后續(xù)的研究中增加樣本量可能會(huì)提供更有力的證據(jù)。二是本研究為標(biāo)本實(shí)驗(yàn)研究，力學(xué)試驗(yàn)不是在承重條件下進(jìn)行的，人體的生物力學(xué)條件不能完全模擬，結(jié)果還需要通過臨床觀察來證實(shí)。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究證實(shí)了MCL 在不同屈曲角度下維持膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)穩(wěn)定性的作用。在ACL損傷伴隨MCL 復(fù)合體損傷的患者中，通過屈膝30°應(yīng)力位X線檢查可更好的判斷損傷情況，為治療方案的選擇提供客觀、有力的依據(jù)。

致謝：本實(shí)驗(yàn)在匹茲堡大學(xué)骨科實(shí)驗(yàn)室完成。衷心感謝美國匹茲堡大學(xué)Brandon Marshall、Monica Linde、Patrick Smolinski、Freddie Fu 等對該實(shí)驗(yàn)的悉心指導(dǎo)和無私幫助。