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腓骨部分切除是临床上较常见的手术方法,多用于腓骨肿瘤、慢性骨髓炎和严重腓骨骨折等治疗,尤其是腓骨骨折一直是临床关注的热点。腓骨部分切除后对供区功能会产生多种影响,如:10％-40％患者有踝部疼痛、肌力下降、供侧踝关节功能受限。在儿童腓骨切除患者中,甚至会产生踝关节的外翻畸形。既往的研究报道中指出,对于任何原因造成的腓骨短缩,有可能会使胫距关节接触特性发生变化或踝关节失稳等。由于基础研究与临床随访的实验方法和目的不同,对腓骨短缩后胫距关节接触面积及关节接触区的生物力学变化机制不是很明确。临床文献报道中也提出,腓骨短缩后易造成踝关节功能障。
出于上述因素的考虑,首先通过有效的生物力学实验方法,研究腓骨在踝关节稳定性中的作用是具有一定的临床意义。其次,在临床研究或基础实验,关于腓骨截除中腓骨远端的保留长度尚未统一的标准。是否腓骨远端保留越长,就越能保持下胫腓韧带联合的正常结构,从而可以维持踝穴的稳定性,以减少踝关节不稳的发生。传统临床观点认为:保留腓骨远端5cm以上即可维持踝穴的稳定。也有研究者认为:保留腓骨远端长度达7.5cm以上才能减少踝关节并发症的发生。
因此,本研究拟在新鲜标本上模拟不同程度腓骨切除术,对腓骨切除后的踝关节接触面积(尤其是胫距关节)及内、外踝相对位移进行生物力学测量。腓骨不同程度短缩后,对踝关节造成显著影响的情况下,实施胫腓骨联合固定术。对比固定术后与腓骨切除时胫距关节接触特性及内外踝相对移位的变化情况。从实验生物力学的角度,了解不同程度的腓骨短缩对踝关节稳定性的影响,探讨其中的生物力学机制。研究在腓骨切除的适当情况下,采用一定的解剖固定方法是否对改善腓骨短缩后踝关节的不稳定性有所帮助,并进一步为临床上有效切除和利用腓骨提供有力的实验依据。
本研究选取6具新鲜成年人下肢,制备成小腿-足标本,腓骨切除长度以上腓骨头至外踝上方6cm处止,将预切除的腓骨等分为近段1/3段、中段1/3段和远段1/3,并依据腓骨切除程度的实验先后分为:正常状态(N)、切除近段1/3腓骨(A)、切除中段1/3腓骨(B1)、Bl固定术后(B2)、切除远段1/3腓骨(C1)、C1固定术后(C2)。通过材料试验机轴向附加生理载荷(700N),同时选用电子压力传感器记录不同实验状态下胫距关节接触面积、峰值压力等测量数据。所有数据使用SPSS13.0进行统计学分析,采用定量数据重复测量的方差分析。
标本于加载前,先在内外踝骨性突出部位各钉植多个具有显著标示的标志块,再将标本置于合理的扫描范围内进行轴向加载实验,在加载过程中使用三维激光扫描系统进行表面扫描处理。该系统采用逐行扫描方式,通过偏转扫描激光头,线状激光束平行扫描标本表面,以一定扫描范围和间距(精度0.2mm)先记录标本表面标志点的初始空间位置,再于实验加载至700N时记录标本表面标志点的静止空间位置,将两次测量的标志点空间数据形成点云文件保存,使用专业分析软件处理己保存的点云文件,并测算出内、外踝的相对位移值。
腓骨在不同程度切除后,踝关节的解剖形态无明显变化。经BOSE材料实验机轴向动态加载至以50N/S的速度加载至700N,并维持50秒,通过K-Scan工具平台记录加载过程中的数据变化。利用I-Scan分析软件工具进行接触面积和压应力二维、三维测算,再由统计分析。在腓骨不同程度切除状态下,胫距关节接触面积和关节内平均应力、峰值应力均发生不同程度的改变。试验中测得胫距关节接触面积在腓骨依次切除后较腓骨完整时有显著性变化(P<0.01),且呈减小趋势,关节内的峰值压力较腓骨完整时也有显著性变化(P<0.01),且变化值随腓骨切除长度的增加呈上升趋势。腓骨远段1/3截除后,胫距关节接触面积与峰值压力较腓骨完整时有统计学意义(P<0.01)；但腓骨不同程度切除之间比较,胫距关节内平均压力无统计学差异(P>0.05)。6具标本依次在切除腓骨中段1/3(B1)及远段1/3(C1)后,于下胫腓骨问行植骨融合及螺钉固定术,术后测得胫距关节接触面积分别较术前有显著性差异(P<0.05),但与腓骨完整时比较无统计学差异。
切除腓骨近段1/3,试验机加载至700N时,已开始对内外踝位移有影响。整个加载过程中踝关节始终处于中立位状态。腓骨不同程度切除状态下测得内、外踝前后位移值与腓骨完整时相比均有极显著性差异(P<0.01),且随着腓骨切除长度的增加对踝关节的影响越来越严重。不同程度腓骨切除状态下内、外踝位移值在上下、内外方向上同腓骨完整时比较,只有在腓骨中段1/3、远段1/3切除时具有极显著性差异(P<0.01)。腓骨近段1/3切除同腓骨完整时比较,内外踝的位移值只在前后方向上有极显著性差异(P<0.01)。经胫腓骨联合固定术,测得内、外踝位移值在三个方向上较各自腓骨切除状态下均有统计学差异(P<0.05)。当切除腓骨远段1/3后再行固定术时,与腓骨完整时比较无统计学差异(P>0.05),且数值接近正常水平。
通过上述对比实验发现,腓骨由近端向远端切除的过程中,胫距关节内的接触面积呈缩减趋势,同时外踝的位移也随之增加,下胫腓周围韧带结构松弛,加大了远端腓骨残端的胫腓联合的活动范围,促使外踝在加载时产生移位加剧的现象。
实施腓骨切除术时,应尽量保留腓骨远段1/3以上的长度。若由于临床植骨移植需要,切取的腓骨长度超出近端1/3时,应进一步考虑恢复胫距关节的良好接触面,避免峰值压力过大对胫距关节的破坏,使术后胫距关节接触特性恢复正常水平,本研究通过依次对腓骨切除后的胫腓联合进行解剖固定,再进行重复加载实验后,测得实验结果发现,固定术后各组较腓骨残端未固定前胫距关节接触面积及峰值压力有显著变化,且胫距关节的接触面积逐渐接近腓骨完整时的水平。
腓骨缺损后的植骨融合及螺钉固定术能有效的改善踝关节的部分接触特性,不仅可以恢复已丢失的关节接触面,而且对维持腓骨在胫腓联合结构中的力学传导提供了一定支持。因此,采用植骨融合及螺钉固定对胫腓联合远端实施的解剖复位是可行且有意义的骨科固定方式。建议在临床应用中,可根据腓骨缺损的程度,采取适当的手术固定方法对缺损段胫腓骨间进行必要的固定操作,以减少对踝关节的不良影响。
腓骨具有一定的运动功能,尤其是腓骨远端(外踝)可随踝关节的运动而发生位置变化,当踝关节结构产生不稳定性变化时,外踝的运动范围更会发生显著变化。腓骨切除长度超过中段1/3时(外踝上残留腓骨的长度6cm),踝关节处于中立位,外踝的运动在前后、上下、内外方向上均有显著性变化,这可能与胫腓骨间膜及周围软组织对腓骨的运动起很大的影响作用有关。随着腓骨切除长度的增加,胫腓骨间膜及周围软组织与腓骨间的相互作用越来越小,易导致腓骨的异常运动越来越明显。因此,腓骨大段切除后,必须对腓骨做妥善处理,才能有效预防并发症的发生。
由此推断,腓骨缺损后的植骨融合及螺钉固定术不仅能有效的改善踝关节的部分接触特性,恢复腓骨缺损下胫距关节丢失的接触面积,而且对修复外踝在踝关节稳定性变化中的支持作用起到一定的积极影响。通过植骨融合及螺钉固定术后能有效的改善腓骨截除术后部分胫距关节的接触特性和内外踝之间的位置关系,从而对腓骨切除后的踝关节稳定性有积极作用。