Weber?B型踝关节骨折修复下胫腓前韧带的生物力学研究(一)
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作者：程毅，王乙进2，钱呈兴1，吴伟，郭锐，洪海文
【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。方法 采集国人新鲜足标本一具，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。载荷实现分级加载，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。万能材料试验机(WD?5)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。并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，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能位上，踝关节的应力变化、距骨的移位变化及轴向刚度，统计学有显著性差异(P＜0.05)。结论 在对内、外踝满意固定后，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结构和功能，避免晚期创伤性关节炎的发生。
【关键词】 下胫腓前韧带 生物力学 踝关节骨折
Abstract：Objective To eva luate 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 (WD?5) 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 ourrence 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〕。目前认为，三角韧带、下胫腓全部韧带及部分骨间膜同时损伤时可出现下胫腓分离、距骨向外脱位。然而，临床上占多数的Weber?B(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忽视的。
我院自1999年以来，对该类骨折在内、外踝的坚强固定基础上，常规探查修复下胫腓前韧带，取得了良好效果。在此基础上进行针对下胫腓前韧带的生物力学研究。本研究对下胫腓前韧带在完整和损伤踝关节标本上进行生物力学实验〔2〕，观察下胫腓前韧带的损伤，对踝关节稳定性的影响，为临床提供可靠的科学依据。
1 材料与方法
1.1 标本来源及制作 采集国人新鲜足标本1具，截取踝关节以上15 cm下肢小腿横行截断。大体测量标本尺寸(见表1)。并进行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。按照临床方法在踝关节周围小心行手术，暴露下胫腓前韧带、跟腓韧带、距腓前韧带和后韧带备用。同时制作足踝运动夹具，固定足底，能达到足的三维运动允许进行伸、屈、旋转和外翻活动。
标本制作完成后立即进行生物力学实验，实验结束或转换另一实验需维持新鲜状态，用双层塑料袋在－30℃冰柜内保存。在下一实验前，需24 h解冻后进行其他实验，注意冷冻保持足始终维持中立位状态。表1 新鲜国人下肢尸体标本的一般资料
1.2 实验力学模型的建立 所有实验标本在结构模拟、载荷、高度、材料力学性质、加载方式上均保持一致，以提供精度〔3〕。全部结构模拟均以正常人尸体新鲜足标本为标准，载荷实现分级加载，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。万能材料试验机(WD?5)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，并模拟足运动中立位、跖屈位(30°)、背屈位(20°)、旋后外旋位等四种生理运动状况，正常足及切除下胫腓前韧带观察踝关节失稳情况。
标本实验前，应对标本的踝关节结构中距骨、胫骨远端、腓骨远端进行材料力学性质测量〔3〕，测量结果如表2所示。在测试时用等渗盐水纱布湿敷，以免标本干燥。踝关节的位置模拟步态站立相的中期(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、外踝和胫腓骨远端后方A、B、C、D四处粘贴电阻应变片，用以测量踝关节内外踝负重应变变化规律，并在踝关节胫骨、腓骨、距骨设测量位移标记点a、b、c。所有这些应变测试和位移测试应进行应变温度补偿、防潮处理，以保证每具标本具有良好的传导性和高灵敏度。表2 踝关节距骨、胫腓骨的材料力学性质测量结果
1.3 生物力学测试 一切准备就绪后，将应变片接入YJK?14数字式电阻应变仪，实验前应予载50N以消除骨的时间效应，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，按不同生理运动情况循环加载，依次切断踝关节相关韧带，测量踝关节的应变、移位变化和稳定性〔4〕。
1.4 数据处理 将所有数据通过统计学方法计算各参数均值及标准差，用统计分析软件SPSS 11.0方差分析进行评价，确定P＜0.05为有显著性差异。
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能位上，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异(P＜0.05)。详细情况见表3～6。