WeberB型踝关节骨折修复下胫腓前韧带的生物力学研究
【摘要】 目的 评价踝关节骨折修复下胫腓前韧带的生物力学稳定性。办法 采集国人新颖足标本一具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断，暴露下胫腓前韧带。载荷完成分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能资料实验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上。并模仿足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动情况，正常足及切除下胫腓前韧带测定踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度数据。结果 标本在正常足及切断下胫腓前韧带的不同功用位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，统计学有显著性差别(P＜0.05)。结论 在对内、外踝称心固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的构造和功用，防止晚期创伤性关节炎的发作。
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【关键词】 下胫腓前韧带 生物力学 踝关节骨折
Biomechanical Study on Reconstructing the Anterior Tibiofibular Ligament for the Weber Type B Lateral Malleoar Fracture
CHENG Yi，WANG Yijin，WU Wei，et al
(Department of Orthopaedics，Kunshan People\'s Hospital，Kunshan 215316，China)
Abstract：Objective To evaluate the biomechanical stability of restoration of anterior lower tibiofibular ligament in ankle fracture.Methods Collect a fresh foot sample of Chinese，cut off transversely of the shank 15 cm above the ankle joint，operate carefully around the ankle joint as per the clinic procedures，to expose the anterior lower tibiofibular ligament，calcaneofibular ligament，anterior and posterior talofibular ligament for the test.The entire structural simulation is based on the fresh foot sample of normal human corpse and in the phased loading，with 20％ of the shank limit load(the bearing capacity of ankle joint at 4.5 BW) as the physiological load，i.e.the phased load of 0，100，200，300，400 and 500N.The loading rate of the universal material tester (WD5) is 1.40 mm/min，and with the quasistatic loading mode.The load is applied on tibiofibular bone of the shank to simulate the 4 physiological movement status of the foot，i.e.neutral position，metastarsal bending position(30°)，posterior bending position(20°) and esternally rotated position.The normal foot and amputation of anterior lower tibiofibular ligament was used to test the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus.Results The sample is placed in the different functional positions of the normal foot and when cutting off anterior lower tibiofibular ligament，it is significantly different in the stress change of ankle joint，displacement and axial rigidity of astragalus and in 2 status(normal foot and cutting off anterior lower tibiofibular ligament)(P＜0.05).Conclusion Upon the satisfactory fixation of the interior and exterior ankle，restoration of anterior lower tibiofibular ligament can better restore the biological flexibility of the ankle joint，maximally recover its original structure and function and avoid the occurrence of late traumatic arthritis.
Key words：anterior lower tibiofibular ligament；biomechanics；ankle fracture
踝关节骨折、脱位是创伤骨科常见的一种损伤［1］。目前以为，三角韧带、下胫腓全部韧带及局部骨间膜同时损伤时可呈现下胫腓别离、距骨向外脱位。但是，临床上占多数的WeberB(旋后外旋)型踝关节骨折，在距骨的强力外旋下，首先产生的是下胫腓前韧带损伤，随后产生外踝的螺旋骨折。由此看来下胫腓前韧带对踝关节的稳定作用是不容无视的。
我院自1999年以来，对该类骨折在内、外踝的刚强固定根底上，常规探查修复下胫腓前韧带，获得了良好效果。在此根底上停止针对下胫腓前韧带的生物力学研讨。本研讨对下胫腓前韧带在完好和损伤踝关节标本上停止生物力学实验［2］，察看下胫腓前韧带的损伤，对踝关节稳定性的影响，为临床提供牢靠的科学根据。
1 资料与办法
1.1 标原本源及制造 采集国人新颖足标本1具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断。大致丈量标本尺寸(见表1)。并停止X线正侧位摄片，确认无疾病，无踝关节损伤、先天性畸形、骨折、严重退行性变等病理性变化，在小腿上部切除肌肉暴露胫腓骨并用骨水泥固定做上端夹具。依照临床办法在踝关节四周当心行手术，暴露下胫腓前韧带、跟腓韧带、距腓前韧带和后韧带备用。同时制造足踝运动夹具，固定足底，能到达足的三维运动允许停止伸、屈、旋转和外翻活动。
标本制造完成后立刻停止生物力学实验，实验完毕或转换另一实验需维持新颖状态，用双层塑料袋在－30℃冰柜内保管。在下一实验前，需24 h冻结后停止其他实验，留意冷冻坚持足一直维持中立位状态。表1 新颖国人下肢尸体标本的普通材料
1.2 实验力学模型的树立 一切实验标本在构造模仿、载荷、高度、资料力学性质、加载方式上均坚持分歧，以提供精度［3］。全部构造模仿均以正常人尸体新颖足标本为规范，载荷完成分级加载，选用小腿极限载荷(踝关节负重力为4.5 BW)20％作为生理载荷，即以0、100、200、300、400、500 N为分级载荷。万能资料实验机(WD5)的加载速率为1.40 mm/min，以准静态方式加载，载荷施加于下肢胫腓骨上，并模仿足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动情况，正常足及切除下胫腓前韧带察看踝关节失稳状况。
标本实验前，应对标本的踝关节构造中距骨、胫骨远端、腓骨远端停止资料力学性质丈量［3］，丈量结果如表2所示。在测试时用等渗盐水纱布湿敷，以免标本枯燥。踝关节的位置模仿步态站立相的中期(约为步态周期的28％)，此时为单肢负重中期，踝关节处于中立位(90°)，负重约为一倍体重左右(设60 kg)，加载每次持续5 s。
实验前在内踝、胫腓骨远端前方、外踝和胫腓骨远端前方A、B、C、D四处粘贴电阻应变片，用以丈量踝关节内外踝负重应变变化规律，并在踝关节胫骨、腓骨、距骨设丈量位移标志点a、b、c。一切这些应变测试和位移测试应停止应变温度补偿、防潮处置，以保证每具标本具有良好的传导性和高灵活度。表2 踝关节距骨、胫腓骨的资料力学性质丈量结果
1.3 生物力学测试 一切准备就绪后，将应变片接入YJK14数字式电阻应变仪，实验前应予载50N以消弭骨的时间效应，即骨的松弛、蠕变等粘弹性影响。实验时依次加载100 N等级，控制好机器速率1.40 mm/min，按不同生理运动状况循环加载，依次切断踝关节相关韧带，丈量踝关节的应变、移位变化和稳定性［4］。
1.4 数据处置 将一切数据经过统计学办法计算各参数均值及规范差，用统计剖析软件SPSS 11.0方差剖析停止评价，肯定P＜0.05为有显著性差别。
2 结 果
标本在正常足及切断下胫腓前韧带两种状态下的不同功用位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，均有统计学的显著性差别(P＜0.05)。细致状况见表3～6。
3 讨 论
3.1 实验结果剖析
3.1.1 踝关节在不同功用位下的应力变化 正常足在中立位时内、外踝上的应变分别为(21±1.30) uε和(189±12.28) uε，胫腓前、后关节上应变分别为(142±9.23) uε和(78±5.09) uε。当足处于背屈20°状态下，内、外踝上应变比中立位分别增加29％和34％，在胫腓前、后关节上分别增加5％和38％。当足处于跖屈30°状态，内踝应变比正常中立位增加78％，外踝应变未增加，而在胫腓前、后处，特别在后部应变表3 正常踝关节不同生理运动位置时应变值状况表4 下胫腓前韧带损伤状况下踝关节不同生理运动位置时应变值状况表5 踝关节下胫腓前韧带损伤时不同功用位的距骨移位变化状况 表6 踝关节在不同功用位下胫腓前韧带损伤时的轴向刚度状况增加78％，有明显变化。当足处于旋后外旋状态时，内踝应变增加74％，外踝应变反而减小，在胫腓结合前、后处应变增加明显，到达72％。这阐明此状态踝关节受力增大，应变增加明显，容易招致失稳。
手术切断下胫腓前韧带后，足在不同功用位上的应力变化比正常足在功用位上的应变起了明显的变化。此时在中立位，内外踝的应变增加不明显，而在胫腓前后结合处应变比正常时分别增加了38％和69％(P＜0.05)，增加很明显。当足处于背屈20°状态下，内外踝上应变增加同样不明显，相反有所降落，而在胫腓结合前后处分别增加48％和69％(P＜0.05)，应变增加非常明显。当足处于跖屈30°状态，同样内外踝上应变变化不明显，而在胫腓结合前后处应变分别增加50％和29％(P＜0.05)，增加明显。当足在内翻外旋位时，这时对外踝应变影响明显，应变增加74％(P＜0.05)，而内踝影响不明显(仅10％)，在胫腓结合处前后应变反而减小26％和18％(P＜0.05)，但均有所影响。此时踝关节处于半失稳状态。
3.1.2 踝关节在不同功用位下胫腓前韧带损伤距骨的移位变化 在正常足负重时，即踝关节500 N作用下，足处于中立位时，踝关节距骨的移位，即距骨的纵向垂直移位和程度方向移位分别为(1.86±0.12) mm和(0.26±0.02) mm；当足处于背屈20°时，其移位分别比中立位大5％和7％；当足处于跖屈30°时，其移位分别比中立位大6％和76％。但当足在旋后外旋位时，其距骨移位分别到达(2.07±0.17) mm和(1.30±0.11) mm，比中立位分别高10％和80％，距骨来回晃动在程度方向比拟大。
当下胫腓前韧带损伤之后，使距骨与胫骨接触不再非常亲密，间隙增大，增大了距骨产生程度挪动和垂直挪动惹起的转动。在损伤状态下，足处于中立位时，其距骨的位移分别为(2.04±0.16) mm和(0.29±0.02) mm，比足踝韧带完好无损状态下的中立位位移增大9％和10％(P＜0.05)，背屈20°时比正常足背屈20°时的位移分别增大8％和18％(P＜0.05)，跖屈30°时比正常足的位移分别增加8％和26％(P＜0.05)，在旋后外旋情况下，比正常足的位移分别增加11％和20％(P＜0.05)，位移明显增大足踝关节开端处于不稳定状态，以实验中察看到距骨运动范围明显增大。
3.1.3 踝关节的轴向刚度 正常足踝关节的轴向刚度在中立位时为(268.81±17.50) N/mm，背屈20°时为(284.09±19.90) N/mm，跖屈30°时为(252.53±19.22) N/mm，旋后外旋位时为(241.55±19.40) N/mm，此时的轴向刚度完整能满足人体各种功用运动所需的刚度请求，足踝关节是相当稳定、巩固。
但当下胫腓前韧带切除之后，踝关节的轴向刚度有了变化，明显呈现降落趋向。这表示它抵御变形才能衰减，即便在中立位时轴向刚度也降落了9％，其他不同功用位降落了8％～11％，与正常相比有一定的差别(P＜0.05)。
3.2 WeberB踝关节骨折现有术式及优缺陷 在20世纪60年代，学者们以为构成踝穴的内踝极端重要，因而在治疗时，把重点放在内踝上。20世纪70年代起，人们逐步察觉到外踝是治疗关节损伤的关键。随着对踝关节骨折的深化研讨，腓骨的重要性也愈加明显［5］。踝关节的稳定，需求构造完好的踝穴，而踝穴又依赖下胫腓结合坚持其完好性。此外证明腓骨骨折后的短缩和外侧移位是发作骨关节炎最常见的缘由。目前优先整复腓骨骨折的移位，然后再整复内踝和下胫腓韧带结合，已成为手术的常规程序［6］。荣国威等［7］经过尸体标本分别察看下胫腓韧带、骨间膜、腓骨、内踝和三角韧带等损伤与下胫腓结合别离的关系，结果标明构成下胫腓别离必需具备三个条件，即内踝或三角韧带损伤、下胫腓韧带损伤、腓骨与骨间膜在同一程度的损伤。将内踝与腓骨内固定以后，即便施加外翻、外旋应力，也不会呈现下胫腓别离。因而，假如内侧损伤是内踝骨折所致，可将内踝与腓骨行内固定治疗，而不需求停止下胫腓结合固定。
目前普遍承受的观念是，下胫腓结合别离不应当行刚强固定，以往曾盛行的下胫腓关节交融或者用拉力螺钉固定下胫腓结合都是不可取的。由于这将限制腓骨相关于胫主干的位移和旋转，从而影响踝穴对距骨的顺应性调理［8］。WeberB型踝关节骨折即LangeHansen分型的旋后－外旋型，距骨的外旋使外踝遭到向后向外的应力，使下胫腓前方的韧带受力最大。下胫腓前方的别离是下胫腓结合的局部断裂，就像展开一本书一样［9］。外踝的解剖复位固定，必然使下胫腓结合复位，经距骨受伤时的惯性外旋仍然作用于下胫腓前韧带，势必形成距骨的轻度外移及踝关节不稳定。由于距骨外移1 mm能减少20％～40％胫距关节负重面的作用，移位5 mm能减少80％的作用，关节负重时会疼痛，长时间招致创伤性关节炎［10，11］。
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3.3 WeberB踝关节骨折修复下胫腓前韧带的临床意义 经过临床理论及生物力学研讨，作者以为在对内、外踝称心固定后，下胫腓前韧带的修复能更好恢复踝关节的生物弹性，最大限度恢复其原来的构造和功用，防止晚期创伤性关节炎的发作。
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