引用本文： 何樹坤, 徐龍, 趙思淳, 黃富國. 不同術式重建第一腕掌關節穩定性的生物力學研究. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(2): 171-175. doi: 10.7507/1002-1892.201610035 復制
日常生活和工作中拇指占整個手功能的 50%，握、捏、提以及精細動作完成均離不開拇指的參與和配合[1-2]。手指功能的發揮基于其正常解剖關系和內在穩定性的支撐，若解剖關系發生改變或內在穩定性失衡，會造成手指疼痛、活動受限及骨與關節退變等一系列臨床癥狀和體征[3-4]。第 1 腕掌關節，即拇指腕掌關節，是由大多角骨與第1掌骨組成，故又稱為大多角骨關節，是拇指最重要關節，其關節囊厚而松弛，但關節囊周圍有數條韌帶加強，從而保證了該關節的穩定性與靈活性，可以完成屈、伸、收、展及旋轉運動[5-6]。單純第 1 腕掌關節脫位罕見，約占所有手外傷的 1%[7]。其治療原則是切開復位、肌腱轉位和韌帶重建，以增強深部關節囊。目前已有文獻報道使用橈側腕屈肌腱、拇長展肌腱、掌長肌腱或橈側腕長伸肌腱重建修復第 1 腕掌關節脫位[8-15]，但對于修復方式的選擇尚缺少生物力學對比研究。本研究旨在通過模擬不同肌腱轉位術式修復重建韌帶，觀察其對第 1 腕掌關節穩定性的生物力學影響，為臨床選擇重建方式提供理論依據。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗標本制備
新鮮成人尸體上肢標本 12 個，由四川大學生物力學工程實驗室提供。供體均為男性，年齡 28～43 歲，平均 35 歲。左上肢 3 個，右上肢 9 個。所有標本均經正側位 X 線片檢查，排除骨折、骨病、腕部各關節脫位、畸形、退變及關節周圍韌帶損傷。標本近端于肘下 8 cm 處截骨，保留以遠肢體。所有標本均置于 –20℃ 冰箱冷凍，實驗前 12～20 h 取出后于室溫（20～25℃）解凍，并在解凍后 12 h 內完成實驗。所有標本在制作、固定、測試過程中均用生理鹽水保持濕潤。
1.2 實驗分組及方法
實驗分為 5 組，分別為正常組、損傷組、掌側重建組、背側重建組以及掌背側重建組。隨機取 3 個正常標本作為正常組進行生物力學測試后，制備第 1 腕掌關節脫位模型作為損傷組進行測試。剩余 9 個標本隨機分為掌側重建組、背側重建組以及掌背側重建組，每組各 3 個標本，制備第 1 腕掌關節脫位模型后分別進行修復重建。
第 1 腕掌關節脫位模型制備參照文獻[16-17]方法，根據不同重建方式作相應切口，手術刀切斷第 1 腕掌關節前斜韌帶、背橈韌帶及第 1 掌骨間韌帶。見圖 1a、b。
圖1
韌帶修復重建示意圖 a. 第 1 腕掌關節背橈韌帶； b. 第 1 腕掌關節前斜韌帶； c. 掌側韌帶重建（Eaton-Little法）； d. 背側韌帶重建（尹維田法）； e、f. 掌背側韌帶同時重建
Figure1.
Repair and reconstruction methods a. Dorsal radial ligament of the first carpometacarpal joint; b. Anterior oblique ligament of the first carpometacarpal joint; c. Volar ligament reconstruction (Eaton-Little method); d. Dorsal ligament reconstruction (Yin Weitian method); e, f. Volar-dorsal ligaments reconstruction
掌側重建組：采用 Eaton-Little 法重建掌側韌帶[18]。具體步驟：自第 1 掌骨橈側弧形向近、尺側切開，至魚際基底、骨膜下顯露第 1 腕掌關節，骨膜外顯露大多角骨掌面，在大多角骨嵴尺側游離橈側腕屈肌遠端，再在前臂遠端縱行切開顯露該肌腱，縱行劈裂制備 1 條長約 6 cm 的腱束，切斷近端，然后向遠端分離至肌腱附著于第 2 掌骨基底部。將第 1 掌骨與大多角骨整復，用克氏針固定，在大多角骨嵴部將腱束從第 2 掌骨底部引向第 1 掌骨，然后在第 1 腕掌關節深部關節囊附近的正常位置處從掌側向背側鉆孔，經過第 1 掌骨基底部至拇短伸肌腱尺側，將腱束穿過骨隧道引向拇長展肌腱的深面，繞至腕關節掌側并拉緊，在其出口處與骨膜、拇短伸肌腱止點縫合，再將腱束繞經橈側腕屈肌腱止點處，抽緊后折回與第 1 掌骨基底骨膜、韌帶一并縫合。見圖 1c。
背側重建組：采用尹維田法重建背側韌帶[18]。具體步驟：從第 1 腕掌關節背側縱行切開，切口長 4 cm，逐層分離顯露關節囊及韌帶。將切口向尺側牽拉，顯露橈側腕長伸肌腱，從該肌腱中間縱行切開，取一半腱束，切斷近端腱束，向遠端分離至止點處；用同樣方法切取拇長展肌腱一半腱束至止點處。然后，用克氏針固定第 1 腕掌關節，在第 1 掌骨基底部鉆孔，將橈側腕長伸肌腱腱束穿入，與拇長肌腱腱束交叉于拇指腕掌關節背橈側，游離端固定于關節囊及其周圍軟組織，牢固縫合。見圖 1d。
掌背側重建組：同時采用上述兩種方法重建第 1 腕掌關節。見圖 1e、f。
1.3 生物力學測試
將各組腕關節標本縱向垂直放置，前臂固定于自制鋼制模具內，并通過夾具將直徑 2.0 mm 和 3.0 mm 各 1 枚克氏針植入尺、橈骨（距離腕關節 10 cm），再通過夾具兩側螺栓加強前臂固定，在拇指近節指骨處（距離第 1 指間關節 1 cm）植入 1 枚直徑 1.5 mm 克氏針，并將克氏針兩端固定于上方測試桿。然后查看固定后的標本側方，明確前臂、腕關節及拇指在同一垂直線上后開始測量。所有標本克氏針植入位置保持一致。
采用 INSTRON 8874 液壓伺服生物力學測試系統（Instron 公司，美國）進行第 1 腕掌關節縱向拉伸試驗，應力方向沿縱軸向上。常溫、常壓下，10 kN 傳感器，加載速度 0.05 mm/s，緩慢加載載荷至標本拉伸 5 cm 時停止加載。記錄標本載荷-位移曲線，計算標本彈性模量（即載荷-位移曲線斜率）。見圖 2。
圖2
標本固定與生物力學測試示意圖 a. 生物力學測試系統； b、c. 標本固定； d. 縱向拉伸試驗
Figure2.
Specimen fixation and biomechanical test a. Biomechanical test system; b, c. Specimens fixation; d. Longitudinal tensile test
1.4 統計學方法
采用 SPSS18.0 統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
生物力學測試過程中，損傷組和掌側韌帶重建組各 1 例標本出現韌帶斷裂以及遠端 1.5 mm 克氏針滑松，但是標本仍牢固固定于生物力學測試機上，未出現標本滑脫，其測量結果納入研究。各組載荷-位移曲線見圖 3。隨位移增加，各組加載載荷均增大，且正常組載荷增加幅度最大，掌背側重建組、背側重建組增加幅度小于正常組，但大于掌側重建組和損傷組。正常組、損傷組、掌側重建組、背側重建組、掌背側重建組彈性模量分別為（11.61±0.20）、（5.39±0.12）、（6.33±0.10）、（7.12±0.08）、（8.30±0.10）MPa，各組間比較差異均有統計學意義（P<0.05）。
圖3
各組載荷-位移曲線圖 a. 正常組； b. 損傷組； c. 掌側重建組； d. 背側重建組； e. 掌背側重建組
Figure3.
The load-displacement curve of each group a. Normal group; b. Injury group; c. Palmar carpometacarpal ligaments reconstruction group; d. Dorsal carpometacarpal ligaments reconstruction group; e. Palmar and dorsal carpometacarpal ligaments reconstruction group
3 討論
3.1 第 1 腕掌關節解剖及生物力學特點
第 1 腕掌關節大多角骨位于活動的舟骨與拇指掌骨之間，橈側缺少骨性支持，其關節囊厚而松弛，要維持其穩定性，必須依靠周圍復雜的韌帶系統，包括關節囊、掌背側韌帶等[19-21]。關節囊周圍韌帶主要包括淺前斜韌帶、深前斜韌帶、尺側副韌帶、掌側第 1 掌骨間韌帶、背側第 1 掌骨間韌帶、背橈韌帶、后斜韌帶等 16 條韌帶[18,22]，維持其穩定性的韌帶主要為前斜韌帶、掌骨間韌帶、背橈韌帶、后斜韌帶[20,23]。Eaton 等[11]認為淺前斜韌帶發揮著重要作用；Van Brenk 等[20]研究發現背橈韌帶對預防第 1 腕掌關節橈背側半脫位至關重要，應在術中進行修復；田青業等[24]也發現前斜韌帶的彈性模量和抗張強度均小于背橈韌帶。其他學者也同樣發現防止第 1 腕掌關節橈背側脫位的主要韌帶是背橈韌帶[17,25-27]。
3.2 第 1 腕掌關節脫位分類及治療方法
第 1 腕掌關節脫位常分為第 1 腕掌關節骨折與脫位（Bennett 骨折）、第 1 掌骨基底粉碎性骨折（Rolando 骨折）與第 1 腕掌關節復發性脫位，此外也有第 1 腕掌關節脫位合并大多角骨骨折報道[28]。而單純第 1 腕掌關節脫位罕見，主要由創傷造成[7]，也存在先天性脫位[29]。第 1 腕掌關節復發性脫位多由于修復固定不牢固引起，常伴有前斜韌帶、背橈韌帶、第 1 掌骨間韌帶損傷和斷裂[16-17]。其臨床癥狀多為局部疼痛和腫脹，需要攝正側位和斜位 X 線片明確診斷，必要時還需加拍應力位 X 線片[30]。第 1 腕掌關節不穩會導致拇指功能喪失，進而導致手大部分功能喪失，因此一旦確診必須手術重建第 1 腕掌關節，以恢復手功能。
3.3 第 1 腕掌關節重建方式的選擇
目前用于重建第 1 腕掌關節的肌腱選擇較多，包括橈側腕屈肌腱[8-9,11-13]、掌長肌腱[10]、橈側腕長伸肌腱[14]、拇長展肌腱[15]。公認的經典重建方式有掌側韌帶重建（Eaton-Littler法）、背側韌帶重建（尹維田法）及掌背側韌帶重建[18]。也有學者采用游離肌腱進行重建[7]。
本研究選擇新鮮成人上肢標本制備第 1 腕掌關節脫位模型，采用不同術式修復重建后進行生物力學測試，結果顯示掌側韌帶重建、背側韌帶重建和掌背側韌帶重建第 1 腕掌關節后，其穩定性均有提高，且掌背側韌帶重建后關節穩定性更好，同時也表明背橈韌帶在維持關節穩定性方面發揮重要作用。但以上重建術式后關節穩定性均未達正常腕關節水平，彈性模量與正常組比較差異仍有統計學意義。
此外，本研究存在以下不足：① 尸體標本有限，部分標本進行了多組測試，對檢測結果有一定影響。② 標本固定方法存在一定缺陷，在測試過程中出現韌帶斷裂以及遠端固定克氏針滑松，雖未出現標本滑脫，但仍會影響研究結果。③ 本研究采用的生物力學測試方法只能間接反映第 1 腕掌關節的穩定性，同時尸體標本研究不能完全排除優勢手和個體差異等。因此本研究結論尚待進一步研究明確。
日常生活和工作中拇指占整個手功能的 50%，握、捏、提以及精細動作完成均離不開拇指的參與和配合[1-2]。手指功能的發揮基于其正常解剖關系和內在穩定性的支撐，若解剖關系發生改變或內在穩定性失衡，會造成手指疼痛、活動受限及骨與關節退變等一系列臨床癥狀和體征[3-4]。第 1 腕掌關節，即拇指腕掌關節，是由大多角骨與第1掌骨組成，故又稱為大多角骨關節，是拇指最重要關節，其關節囊厚而松弛，但關節囊周圍有數條韌帶加強，從而保證了該關節的穩定性與靈活性，可以完成屈、伸、收、展及旋轉運動[5-6]。單純第 1 腕掌關節脫位罕見，約占所有手外傷的 1%[7]。其治療原則是切開復位、肌腱轉位和韌帶重建，以增強深部關節囊。目前已有文獻報道使用橈側腕屈肌腱、拇長展肌腱、掌長肌腱或橈側腕長伸肌腱重建修復第 1 腕掌關節脫位[8-15]，但對于修復方式的選擇尚缺少生物力學對比研究。本研究旨在通過模擬不同肌腱轉位術式修復重建韌帶，觀察其對第 1 腕掌關節穩定性的生物力學影響，為臨床選擇重建方式提供理論依據。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗標本制備
新鮮成人尸體上肢標本 12 個，由四川大學生物力學工程實驗室提供。供體均為男性，年齡 28～43 歲，平均 35 歲。左上肢 3 個，右上肢 9 個。所有標本均經正側位 X 線片檢查，排除骨折、骨病、腕部各關節脫位、畸形、退變及關節周圍韌帶損傷。標本近端于肘下 8 cm 處截骨，保留以遠肢體。所有標本均置于 –20℃ 冰箱冷凍，實驗前 12～20 h 取出后于室溫（20～25℃）解凍，并在解凍后 12 h 內完成實驗。所有標本在制作、固定、測試過程中均用生理鹽水保持濕潤。
1.2 實驗分組及方法
實驗分為 5 組，分別為正常組、損傷組、掌側重建組、背側重建組以及掌背側重建組。隨機取 3 個正常標本作為正常組進行生物力學測試后，制備第 1 腕掌關節脫位模型作為損傷組進行測試。剩余 9 個標本隨機分為掌側重建組、背側重建組以及掌背側重建組，每組各 3 個標本，制備第 1 腕掌關節脫位模型后分別進行修復重建。
第 1 腕掌關節脫位模型制備參照文獻[16-17]方法，根據不同重建方式作相應切口，手術刀切斷第 1 腕掌關節前斜韌帶、背橈韌帶及第 1 掌骨間韌帶。見圖 1a、b。
圖1
韌帶修復重建示意圖 a. 第 1 腕掌關節背橈韌帶； b. 第 1 腕掌關節前斜韌帶； c. 掌側韌帶重建（Eaton-Little法）； d. 背側韌帶重建（尹維田法）； e、f. 掌背側韌帶同時重建
Figure1.
Repair and reconstruction methods a. Dorsal radial ligament of the first carpometacarpal joint; b. Anterior oblique ligament of the first carpometacarpal joint; c. Volar ligament reconstruction (Eaton-Little method); d. Dorsal ligament reconstruction (Yin Weitian method); e, f. Volar-dorsal ligaments reconstruction
掌側重建組：采用 Eaton-Little 法重建掌側韌帶[18]。具體步驟：自第 1 掌骨橈側弧形向近、尺側切開，至魚際基底、骨膜下顯露第 1 腕掌關節，骨膜外顯露大多角骨掌面，在大多角骨嵴尺側游離橈側腕屈肌遠端，再在前臂遠端縱行切開顯露該肌腱，縱行劈裂制備 1 條長約 6 cm 的腱束，切斷近端，然后向遠端分離至肌腱附著于第 2 掌骨基底部。將第 1 掌骨與大多角骨整復，用克氏針固定，在大多角骨嵴部將腱束從第 2 掌骨底部引向第 1 掌骨，然后在第 1 腕掌關節深部關節囊附近的正常位置處從掌側向背側鉆孔，經過第 1 掌骨基底部至拇短伸肌腱尺側，將腱束穿過骨隧道引向拇長展肌腱的深面，繞至腕關節掌側并拉緊，在其出口處與骨膜、拇短伸肌腱止點縫合，再將腱束繞經橈側腕屈肌腱止點處，抽緊后折回與第 1 掌骨基底骨膜、韌帶一并縫合。見圖 1c。
背側重建組：采用尹維田法重建背側韌帶[18]。具體步驟：從第 1 腕掌關節背側縱行切開，切口長 4 cm，逐層分離顯露關節囊及韌帶。將切口向尺側牽拉，顯露橈側腕長伸肌腱，從該肌腱中間縱行切開，取一半腱束，切斷近端腱束，向遠端分離至止點處；用同樣方法切取拇長展肌腱一半腱束至止點處。然后，用克氏針固定第 1 腕掌關節，在第 1 掌骨基底部鉆孔，將橈側腕長伸肌腱腱束穿入，與拇長肌腱腱束交叉于拇指腕掌關節背橈側，游離端固定于關節囊及其周圍軟組織，牢固縫合。見圖 1d。
掌背側重建組：同時采用上述兩種方法重建第 1 腕掌關節。見圖 1e、f。
1.3 生物力學測試
將各組腕關節標本縱向垂直放置，前臂固定于自制鋼制模具內，并通過夾具將直徑 2.0 mm 和 3.0 mm 各 1 枚克氏針植入尺、橈骨（距離腕關節 10 cm），再通過夾具兩側螺栓加強前臂固定，在拇指近節指骨處（距離第 1 指間關節 1 cm）植入 1 枚直徑 1.5 mm 克氏針，并將克氏針兩端固定于上方測試桿。然后查看固定后的標本側方，明確前臂、腕關節及拇指在同一垂直線上后開始測量。所有標本克氏針植入位置保持一致。
采用 INSTRON 8874 液壓伺服生物力學測試系統（Instron 公司，美國）進行第 1 腕掌關節縱向拉伸試驗，應力方向沿縱軸向上。常溫、常壓下，10 kN 傳感器，加載速度 0.05 mm/s，緩慢加載載荷至標本拉伸 5 cm 時停止加載。記錄標本載荷-位移曲線，計算標本彈性模量（即載荷-位移曲線斜率）。見圖 2。
圖2
標本固定與生物力學測試示意圖 a. 生物力學測試系統； b、c. 標本固定； d. 縱向拉伸試驗
Figure2.
Specimen fixation and biomechanical test a. Biomechanical test system; b, c. Specimens fixation; d. Longitudinal tensile test
1.4 統計學方法
采用 SPSS18.0 統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
生物力學測試過程中，損傷組和掌側韌帶重建組各 1 例標本出現韌帶斷裂以及遠端 1.5 mm 克氏針滑松，但是標本仍牢固固定于生物力學測試機上，未出現標本滑脫，其測量結果納入研究。各組載荷-位移曲線見圖 3。隨位移增加，各組加載載荷均增大，且正常組載荷增加幅度最大，掌背側重建組、背側重建組增加幅度小于正常組，但大于掌側重建組和損傷組。正常組、損傷組、掌側重建組、背側重建組、掌背側重建組彈性模量分別為（11.61±0.20）、（5.39±0.12）、（6.33±0.10）、（7.12±0.08）、（8.30±0.10）MPa，各組間比較差異均有統計學意義（P<0.05）。
圖3
各組載荷-位移曲線圖 a. 正常組； b. 損傷組； c. 掌側重建組； d. 背側重建組； e. 掌背側重建組
Figure3.
The load-displacement curve of each group a. Normal group; b. Injury group; c. Palmar carpometacarpal ligaments reconstruction group; d. Dorsal carpometacarpal ligaments reconstruction group; e. Palmar and dorsal carpometacarpal ligaments reconstruction group
3 討論
3.1 第 1 腕掌關節解剖及生物力學特點
第 1 腕掌關節大多角骨位于活動的舟骨與拇指掌骨之間，橈側缺少骨性支持，其關節囊厚而松弛，要維持其穩定性，必須依靠周圍復雜的韌帶系統，包括關節囊、掌背側韌帶等[19-21]。關節囊周圍韌帶主要包括淺前斜韌帶、深前斜韌帶、尺側副韌帶、掌側第 1 掌骨間韌帶、背側第 1 掌骨間韌帶、背橈韌帶、后斜韌帶等 16 條韌帶[18,22]，維持其穩定性的韌帶主要為前斜韌帶、掌骨間韌帶、背橈韌帶、后斜韌帶[20,23]。Eaton 等[11]認為淺前斜韌帶發揮著重要作用；Van Brenk 等[20]研究發現背橈韌帶對預防第 1 腕掌關節橈背側半脫位至關重要，應在術中進行修復；田青業等[24]也發現前斜韌帶的彈性模量和抗張強度均小于背橈韌帶。其他學者也同樣發現防止第 1 腕掌關節橈背側脫位的主要韌帶是背橈韌帶[17,25-27]。
3.2 第 1 腕掌關節脫位分類及治療方法
第 1 腕掌關節脫位常分為第 1 腕掌關節骨折與脫位（Bennett 骨折）、第 1 掌骨基底粉碎性骨折（Rolando 骨折）與第 1 腕掌關節復發性脫位，此外也有第 1 腕掌關節脫位合并大多角骨骨折報道[28]。而單純第 1 腕掌關節脫位罕見，主要由創傷造成[7]，也存在先天性脫位[29]。第 1 腕掌關節復發性脫位多由于修復固定不牢固引起，常伴有前斜韌帶、背橈韌帶、第 1 掌骨間韌帶損傷和斷裂[16-17]。其臨床癥狀多為局部疼痛和腫脹，需要攝正側位和斜位 X 線片明確診斷，必要時還需加拍應力位 X 線片[30]。第 1 腕掌關節不穩會導致拇指功能喪失，進而導致手大部分功能喪失，因此一旦確診必須手術重建第 1 腕掌關節，以恢復手功能。
3.3 第 1 腕掌關節重建方式的選擇
目前用于重建第 1 腕掌關節的肌腱選擇較多，包括橈側腕屈肌腱[8-9,11-13]、掌長肌腱[10]、橈側腕長伸肌腱[14]、拇長展肌腱[15]。公認的經典重建方式有掌側韌帶重建（Eaton-Littler法）、背側韌帶重建（尹維田法）及掌背側韌帶重建[18]。也有學者采用游離肌腱進行重建[7]。
本研究選擇新鮮成人上肢標本制備第 1 腕掌關節脫位模型，采用不同術式修復重建后進行生物力學測試，結果顯示掌側韌帶重建、背側韌帶重建和掌背側韌帶重建第 1 腕掌關節后，其穩定性均有提高，且掌背側韌帶重建后關節穩定性更好，同時也表明背橈韌帶在維持關節穩定性方面發揮重要作用。但以上重建術式后關節穩定性均未達正常腕關節水平，彈性模量與正常組比較差異仍有統計學意義。
此外，本研究存在以下不足：① 尸體標本有限，部分標本進行了多組測試，對檢測結果有一定影響。② 標本固定方法存在一定缺陷，在測試過程中出現韌帶斷裂以及遠端固定克氏針滑松，雖未出現標本滑脫，但仍會影響研究結果。③ 本研究采用的生物力學測試方法只能間接反映第 1 腕掌關節的穩定性，同時尸體標本研究不能完全排除優勢手和個體差異等。因此本研究結論尚待進一步研究明確。
