葉福生 洪俊毅 王偉 童培建 葉家寬

肩鎖關(guān)節(jié)脫位是一種常見的損傷，大多是由暴力導致鎖骨與肩胛骨聯(lián)系中斷而產(chǎn)生的肩鎖關(guān)節(jié)脫位。肩鎖關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生率為3.2%，約占肩部損傷脫位的12%。目前此類疾病大多采用手術(shù)治療，如克氏針加張力帶固定、喙鎖拉力螺釘固定、鎖骨的鋼板固定、Weaver-Dune手術(shù)固定治療等［1］，但療效及術(shù)后并發(fā)癥爭議頗大，比如斷針、退釘、松動、疼痛、再脫位、肩關(guān)節(jié)活動受限等［2］。本研究對采取聯(lián)合手術(shù)方式的肩鎖關(guān)節(jié)標本進行生物力學測試，篩選出最接近人體正常生物力學的肩鎖關(guān)節(jié)完全脫位的手術(shù)治療方式，以最大限度改善患者的上肢功能，解除患者痛苦，恢復正常工作與生活。

1 材料與方法

1.1 標本制備與分組 采集成人肩關(guān)節(jié)標本18具，由上海交通大學醫(yī)學院解剖教研室提供。X線攝片顯示無任何損傷或骨折，肩關(guān)節(jié)無病變，完整無損。標本提供者年齡43～72（54±9）歲，身高平均1.68 m，體重平均70 kg。肩關(guān)節(jié)兩端用特殊夾具固定，并依次編號、測量、封裝在塑料袋中，存放于-40 ℃冰箱內(nèi)，實驗時予以逐級解凍。將肩鎖關(guān)節(jié)造成脫位后，采用6種方式模擬臨床手術(shù)予以解剖學固定，聯(lián)合術(shù)式作為A組，鎖骨鉤鋼板內(nèi)固定作為B組，Double Endo-button鋼板重建喙鎖韌帶作為C組，同種異體肌腱重建喙鎖韌帶作為D組，縫合鉚技術(shù)重建喙鎖韌帶作為E組，縫合鉚技術(shù)重建喙鎖韌帶加克氏針固定作為F組。

1.2 聯(lián)合術(shù)式手術(shù)方法 在肩部作一倒U形切口，切開皮膚后，暴露鎖骨遠端，根據(jù)Weaver-Dunn手術(shù)要求，切除鎖骨遠端約0.5～1 cm的骨質(zhì)，利用喙鎖韌帶在鎖骨上的解剖生理附著點，使用3.5 mm動力系統(tǒng)在鎖骨上做前后位的2處骨孔，一枚5.0 mm帶線鉚釘鉚入喙突，骨膜剝離子或其他平頭工具在鎖骨上用力復位肩鎖關(guān)節(jié)的前后和上下移位，一根異體肌腱8字形繞過喙突連同帶線鉚釘線穿越所鉆骨孔，收緊韌帶并編織縫合固定，鉚釘線打節(jié)復位固定肩鎖關(guān)節(jié)，達到初期穩(wěn)定。在鎖骨遠端鉆2個骨孔，由喙肩韌帶分離出兩束韌帶纖維，分別編織后分別繞入所鉆骨孔編織縫合。

1.3 實驗力學模型及實驗方法 實驗力學模型需在結(jié)構(gòu)、載荷、力學性質(zhì)上盡量保持一致，以確保實驗精度和受載均度［1］。根據(jù)標本的生理運動工況和受力狀態(tài)施加生理載荷1,000 N分級加載，在加載過程中標本維持新鮮濕潤狀態(tài)，在試驗前先進行小量程預載，以消除骨的時間效應(yīng)影響、松弛、蠕變，然后進行加載正式實驗，并采集數(shù)據(jù)。試驗反復多次，加載速率控制在1.5 mm/min。所有試驗的肩鎖關(guān)節(jié)標本，應(yīng)變測量均以試驗力學來要求，嚴格貼片過程，保證試驗精度。對于人體喙鎖韌帶、同種異體肌腱、Double Endo-button縫合鉚等軟組織材料試驗采用相匹配的彈性模量相似的應(yīng)變式傳感器行單軸拉伸試驗，加載速率e．=0.04S-1，分級加載，直至拉斷為止，測量載荷-位移曲線。幾種喙鎖韌帶修復方式的組織，在相同力學條件下比較試驗。同樣在新鮮濕潤環(huán)境下反復試驗幾次，去除流變學影響，然后正式試驗，觀察其組織拉伸變形、撕裂和斷裂情況。

1.4 觀察指標 （1）比較分析優(yōu)化六種手術(shù)方式，測量各組的生物力學性能與參數(shù)。（2）測量肩鎖關(guān)節(jié)骨上的應(yīng)變、位移、應(yīng)力、強度、剛度等數(shù)據(jù)，先對偶然誤差進行處理，以得到比較滿意的價值和置位區(qū)間。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件。計量資料符合正態(tài)分布以（±s）表示，組間比較采用t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 正常新鮮肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的力學性能 主要包括鎖骨的彎曲力學強度（σb）和剛度（EI），扭轉(zhuǎn)力學的強度和（τb）和剛度（GIP）以及鎖骨的壓縮強度（σc）和剛度（EA）。見表1。

表1 正常新鮮肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的力學性能（±s）

表1 正常新鮮肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的力學性能（±s）

σb（MPa） EI（N.CM/deg）τb（MPa）GIP（N.CM/deg）σc（MPa）EA（N/mm）11.24±1.22 98.16±9.24 9.01±0.82 194.25±17.21 6.04±0.58 40.82±3.76

2.2 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的σb和EI 同種肩鎖關(guān)節(jié)脫位采用不同術(shù)式內(nèi)固定后，進行彎曲力學實驗應(yīng)力分析，結(jié)果表明聯(lián)合術(shù)式組的σb最高，優(yōu)于其它各組，彎曲力學性能十分優(yōu)越，它與正常原始肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的σb相當接近，或與縫合錨+克氏針固定十分相近，兩者均相差7%，統(tǒng)計學上無顯著性差異（t=1.889，P＞0.05）；聯(lián)合術(shù)式組的σb與采用Double Endo-button雙重鋼板固定或縫合錨再加克氏針固定內(nèi)固定的σb也十分接近，僅相差7%～9%，差異無統(tǒng)計學意義（t=1.976，P＞0.05），說明Double Endo-button雙重鋼板內(nèi)固定或縫合錨再加克氏針固定也是一種不錯的內(nèi)固定方式；聯(lián)合術(shù)式組的σb與其它內(nèi)固定術(shù)式如同種異體肌腱、單純縫合錨固定產(chǎn)生的σb比較，差異有統(tǒng)計學意義（t=2.032，P＜0.05）；還發(fā)現(xiàn)鎖骨鉤鋼板的σb最差，相較具有明顯差異（t=2.311，P＜0.05）。EI是指鎖骨骨折固定后抵抗彎曲變形能力的大小，根據(jù)測量得到的結(jié)果（見表2），表明EI的變化規(guī)律與σb十分類似，說明聯(lián)合術(shù)式組的EI優(yōu)于其它各組，具有比較好的彎曲力學特性。

表2 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的σb和EI（±s）

表2 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的σb和EI（±s）

項目 A組 B組 C組 D組 E組 F組σb（MPa） 10.61±1.25 7.19±0.58 9.55±0.76 8.93±0.77 8.16±0.73 9.83±0.72 EI（N.CM/deg）94.18±8.4 67.15±5.7885.99±7.31 81.88±6.95 72.02±6.1284.52±6.41

2.3 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的τb和GIP肩鎖關(guān)節(jié)脫位后，采用6種不同術(shù)式內(nèi)固定后進行扭轉(zhuǎn)力學試驗，結(jié)果見表3。聯(lián)合術(shù)式組的τb最高，均優(yōu)于其它不同術(shù)式的試驗結(jié)果，說明聯(lián)合術(shù)式在抗扭轉(zhuǎn)力學性能方面比較優(yōu)越，更接近正常人體生物力學，兩者僅相差5%，統(tǒng)計學上無明顯差異（t=1.867，P＞0.05）；聯(lián)合術(shù)式組的τb與縫合錨固定+克氏針固定，或者采用Double Endobutton鋼板固定的剪切強度，兩者相接近，相差僅9%，統(tǒng)計學上無明顯差異（t=1.934，P＞0.05）；同種異體肌腱重建喙鎖韌帶或者單用縫合錨固定時，剪切強度相對較低，與聯(lián)合術(shù)式組的τb相差甚遠（16%～24%），兩者差異有統(tǒng)計學意義（t=2.022，P＜0.05）；采用鎖骨鉤鋼板固定，由于鉤鋼板固定不牢，發(fā)生松動或滑動，剪切強度極低，兩者相差26%，差異有統(tǒng)計學意義（t=2.134，P＜0.05）。肩鎖關(guān)節(jié)中鎖骨的抗扭剛度是指導鎖骨抵抗轉(zhuǎn)變形的能力大小，稱為鎖骨的抗扭GIP。各類術(shù)式鎖骨的抗扭剛度的變化規(guī)律與抗剪強度的變化規(guī)律基本相似，聯(lián)合術(shù)式和雙鋼板內(nèi)固定在抗扭剛度中占有比較大的優(yōu)勢。

表3 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的τb和GIP（±s）

表3 肩鎖骨不同術(shù)式內(nèi)固定的τb和GIP（±s）

項目 A組 B組 C組 D組 E組 F組τb（MPa） 8.55±0.76 6.31±0.40 7.36±0.44 7.17±0.48 6.48±0.42 7.76±0.44 GIP（N.M/deg）186.09±14.54136.36±14.30 185.11±13.24 158.22±14.23 149.25±12.76 172.40±10.78

2.4 肩鎖骨的σc與EA 肩鎖關(guān)節(jié)脫位，采用6種不同術(shù)式內(nèi)固定后進行軸向壓縮實驗，測量鎖骨壓縮時的最大σc和EA，結(jié)果見表4。聯(lián)合術(shù)式組的軸向σc最大，剛度最高，固定最牢固；聯(lián)合術(shù)式與Double Endobutton雙重鋼板固定和縫合錨+克氏針固定的σc和EA也基本接近，差異無統(tǒng)計學意義（t=2.078，P＞0.05），兩者軸向穩(wěn)定性比較好，強度比較大；采用同種異體肌腱重建喙鎖韌帶和單用縫合錨固定的鎖骨的抗壓強度和剛度同聯(lián)合術(shù)式相比較，軸向σc和EA相差甚遠，兩者存在顯著性差異（t=2.086，P＜0.05）；鎖骨鉤鋼板在鎖骨壓縮實驗中，由于鉤釘接觸較差，產(chǎn)生滑動現(xiàn)象，其σc和EA相差＞26%，兩者呈顯著性差異（t=2.778，P＜0.05）。上述肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的σb和EI、τb和GIP、σc和EA的試驗結(jié)果都有一個共同的特點，聯(lián)合術(shù)式的強度和剛度均比其它術(shù)式占有優(yōu)勢，不但穩(wěn)定性好、強度高，而且與正常原始標本的力學性質(zhì)相接近；其次優(yōu)于Double Endo-button雙重鋼板固定和縫合錨+克氏針固定；再次優(yōu)于同種異體肌腱重建與單純縫合錨固定；鎖骨鉤鋼板固定力學性能顯示最差。

表4 肩鎖骨壓縮試驗σc和EA（±s）

表4 肩鎖骨壓縮試驗σc和EA（±s）

項目 A組 B組 C組 D組 E組 F組σc（MPa）5.61±0.43 3.95±0.26 5.01±0.36 4.84±0.31 4.59±0.31 5.73±0.36 EA（N/mm）37.76±3.2328.21±2.4034.98±3.0432.86±2.7630.12±2.6038.20±2.68

2.5 幾類人工喙鎖韌帶修復的力學性質(zhì) 肩鎖關(guān)節(jié)中喙鎖韌帶的斷裂，導致肩鎖關(guān)節(jié)聯(lián)系中斷而產(chǎn)生肩鎖關(guān)節(jié)的脫位，因此各種修復喙鎖韌帶方法應(yīng)運而生，用同種異體肌腱重建或用人工韌帶替代，以維持肩關(guān)節(jié)的力學功能平衡。正是如上所述人體喙鎖韌帶是屬于人體的軟組織，它顯示復雜的流變學特性，在單軸拉伸試驗中就可發(fā)現(xiàn)它的非線性力學行為，各類韌帶纖維排列、幾何結(jié)構(gòu)尺寸直接影響它的力學性質(zhì)。單軸拉伸試驗的曲線頂點為韌帶的抗拉強度，曲線的斜率為韌帶的剛度。各類韌帶單軸拉伸試驗曲線及其它的力學性質(zhì)，將新鮮正常人體喙鎖韌帶（A）與Double Endo-button（B）、同種異體肌腱（C）、縫合錨高強線（D）在相同力學環(huán)境、相同速率下（=0.04S-1）的單軸拉伸時試驗，各自的力學性質(zhì)見表5。單軸拉伸試驗曲線結(jié)果顯示，Double Endo-button拉伸強度最高，最大載荷達到（1,494±140）N，其次是新鮮喙鎖韌帶和同種異體肌腱承載能力也較大，而縫合錨替代人工韌帶由于縫合錨螺釘松動拔出而導致失效，相對較低，相應(yīng)的極限應(yīng)變、位移和斷裂能耗的變化規(guī)律也基本相似。值得注意的是韌帶試驗曲線中的力學性質(zhì)與骨的固定方式方法極為密切相關(guān)，必須真實模擬實際生理受載工況相一致。為了避免各類韌帶的結(jié)構(gòu)尺寸大小的不同以及固定方式上的差異，為此將各類韌帶的試驗結(jié)果進行歸一化、模型化，即用數(shù)學擬合法給出韌帶的本構(gòu)方程，從本構(gòu)方程中得到韌帶歸一化的力學性質(zhì)，見表6。σb為韌帶的拉伸強度，在試驗中正常新鮮喙鎖韌帶的拉伸強度為（21.48±1.96）MPa，而Double Endo-button雙重鋼板縫線的拉伸強度最高（23.64±2.66）MPa，比正常新鮮喙鎖韌帶高9%，但差異無統(tǒng)計學意義（t=1.778，P＞0.05）；同種異體肌腱組拉伸強度比較，差異無統(tǒng)計學意義（t=1.913，P＞0.05），而縫合錨進行拉伸時拉伸強度為（18.86±1.46）MPa，與正常喙鎖韌帶比較相差12%，差異有統(tǒng)計學意義（t=2.024，P＜0.05）。E為韌帶的彈性模量，與正常標本比較分別相差5%、10%、14%，差異性與拉伸強度相類似，考慮到韌帶拉伸的非線性，以線性拉伸剛度（EF）來表達，各類韌帶的拉伸剛度分別相差9%、7%、13%，同樣與韌帶拉伸強度變化規(guī)律性相似。δ為韌帶相對伸長延伸率的大小，新鮮喙鎖韌帶和同種異體肌腱的延伸率比較大、彈性比較好，而Double Endo-button縫線與縫合錨縫線的延伸率比較差，依次兩兩比較分別相差22%、16%、21%，差異有統(tǒng)計學意義（t=2.678，P＜0.05），各組之間彈性互不相同。從軟組織角度來考慮，具有較好的彈性能夠充分發(fā)揮組織之間的力學功能，結(jié)構(gòu)之間協(xié)調(diào)比較好。

表5 各類人工韌帶單軸拉伸試驗曲線的力學性質(zhì)（±s）

表5 各類人工韌帶單軸拉伸試驗曲線的力學性質(zhì)（±s）

力學性質(zhì) A組 B組 C組 D組最大載荷P（N） 1,372±120 1,494±140 1,368±138 1,204±124極限應(yīng)變（με） 117±12 121±14 118±12 106±12最大位移（mm） 5.80±0.46 7.08±0.32 7.24±0.30 7.10±0.34斷裂能耗（J） 2.91±0.20 3.12±0.31 3.78±0.22 2.58±0.22

表6 韌帶本構(gòu)方程的力學性質(zhì)（±s）

表6 韌帶本構(gòu)方程的力學性質(zhì)（±s）

項目 A組 B組 C組 D組σb（MPa） 21.48±1.96 23.64±2.66 19.35±1.68 18.86±1.46 E（MPa） 748.72±70.22 788.69±72.36 668.16±62.42 647.36±58.26 EF （N/mm） 414.36±38.42 464.42±42.34 386.76±34.36 362.48±32.34 δ（%） 10.14±0.98 7.86±0.78 11.78±1.12 7.97±0.76

3 討論

肩鎖關(guān)節(jié)脫位是臨床常見病、多發(fā)病，由于肩鎖關(guān)節(jié)損傷后發(fā)生不同程度的移位，造成肩關(guān)節(jié)疼痛、功能障礙。筆者前期的臨床回顧性研究，通過比較聯(lián)合術(shù)式與鎖骨鉤鋼板治療肩鎖關(guān)節(jié)完全脫位的療效發(fā)現(xiàn)，鎖骨鉤鋼板的設(shè)計者利用肩鎖關(guān)節(jié)局部的解剖特點和生物力學特性，固定牢固又可保留肩鎖關(guān)節(jié)的部分微動，既減少了內(nèi)固定所帶來的剪切力，又降低了鋼板螺釘斷裂的風險，但是臨床使用中卻因為肩峰下固有空間有限，再加上鋼板在肩峰下關(guān)節(jié)囊外不斷摩擦產(chǎn)生的炎性物質(zhì)刺激，使患肩產(chǎn)生異物感及疼痛，從而限制肩關(guān)節(jié)活動。但聯(lián)合術(shù)式利用生物學、解剖學方面的重建，再次穩(wěn)定了肩鎖關(guān)節(jié)，臨床上具有明顯的早期優(yōu)勢［4］。

在力學研究中發(fā)現(xiàn)，鎖骨的σb和EI較其它力學功能更重要，承受彎曲力矩亦較大，而壓縮功能狀態(tài)較小。在新鮮喙鎖韌帶顯示流變學特性，非線性力學行為十分明顯。韌帶纖維排列、幾何結(jié)構(gòu)尺寸直接影響其力學性質(zhì)，韌帶在單軸拉伸的力學狀態(tài)，受載荷的增加而增加，直到撕裂、破壞。實驗結(jié)果顯示，喙鎖韌帶在最大載荷下斷裂大多為撕裂狀態(tài)，且與骨接觸部位的根部斷裂占多數(shù)，而拉伸變形為典型的非線性曲線，同其他軟組織結(jié)構(gòu)力學性質(zhì)十分相似。聯(lián)合術(shù)式中切除鎖骨遠端1 cm的意義來源于Weaver-Dunn手術(shù)，此手術(shù)解決了鎖骨鉤鋼板的弊端，即引起鎖骨遠端疼痛、功能活動障礙。而Weaver-Dunn手術(shù)重建了喙鎖韌帶，但也有學者認為Weaver-Dunn手術(shù)破壞了三角肌和斜方肌的附著點，使肩關(guān)節(jié)的外展肌力減弱，故有學者發(fā)明了聯(lián)合腱部分轉(zhuǎn)位重建喙鎖韌帶，再用鋼絲固定初期穩(wěn)定肩鎖關(guān)節(jié)脫位，然而在肩關(guān)節(jié)活動中鋼絲容易造成喙突切割，從而造成手術(shù)失敗，所以就有了Endobutton技術(shù)重建喙鎖韌帶［5-7］，但Endobutton技術(shù)并不能達到肌腱的骨腱愈合，隨著時間的推移，遠期會造成手術(shù)失敗。

筆者提出假說，改良后的聯(lián)合術(shù)式在生物力學性能優(yōu)于目前主流的幾種術(shù)式。本研究一系列的生物力學數(shù)據(jù)證明，聯(lián)合術(shù)式的彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮試驗強度和剛度均接近正常肩鎖關(guān)節(jié)鎖骨的強度和剛度，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；聯(lián)合術(shù)式優(yōu)于Double Endo-button雙重鋼板固定或縫合鉚+克氏針內(nèi)固定，但兩者差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；與同種異體肌腱、單純縫合鉚重建喙鎖韌帶和鎖骨鉤鋼板固定相比，具有明顯優(yōu)勢，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。聯(lián)合術(shù)式具有優(yōu)越的生物力學性能，符合人體正常生理功能要求，主要是得益于使用喙肩韌帶轉(zhuǎn)位固定鎖骨遠端防止鎖骨遠端向后移位，并使用同種異體肌腱解剖重建修復喙鎖韌帶，采用帶線錨釘加強固定維持即刻穩(wěn)定性，不僅強度高，而且延展性和彈性均較好，接近于正常喙鎖韌帶對肩鎖關(guān)節(jié)的力學性能，同時切除了鎖骨遠端則可以避免后期肩鎖關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，提高了治愈率與康復率。