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內側髕脛韌帶、髕半月板韌帶解剖學、組織學、 放射學參數(shù)及生物力學研究

 磐石7mkbxa2gp1 2019-03-25

髕股關節(jié)不穩(wěn)是年輕患者中最主要的膝關節(jié)損傷疾病之一。大多數(shù)患者都存在髕內側軟組織結構的薄弱或損傷。髕內側軟組織結構的重建是恢復髕股關節(jié)穩(wěn)定重要的手術方式之一。既往對于內側髕股韌帶的解剖學,生物力學的研究較為深入,但對于髕股關節(jié)起到二級穩(wěn)定結構的髕脛韌帶和髕半月板韌帶的研究相對較少。來自于巴西圣保羅大學的矯形和創(chuàng)傷臨床醫(yī)院的醫(yī)生及醫(yī)學院校的學生,對于內側髕脛韌帶和髕半月板韌帶的內側髕脛韌帶、髕半月板韌帶解剖學、組織學、放射學參數(shù)及生物力學進行完整描述。

以下是這篇文章的全文:

摘要

目的: 描述尸體膝關節(jié)中的內側髕股韌帶( MPFL)、內側髕脛韌帶( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML)的解剖(大體和組織學)、放射學參數(shù),生物力學特征。 因為 MPTL 和 MPML 不如 MPFL 知名,前者是本研究的重點。

方法:解剖 9 具尸體的內側髕股韌帶( MPFL)、內側髕脛韌帶( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML),進行組織學評估,根據(jù)解剖確定韌帶的長度、寬度、比鄰關系。在韌帶植入點進行金屬物標記,拍攝膝關節(jié)正側位像,明確韌帶植入點與基線之間的距離,進行韌帶拉伸試驗。

結果:所有的樣本都顯示出致密的韌帶組織特征。MPTL 植入點:脛骨近端(關節(jié)線遠端 13.7 mm)和髕骨遠端(距離髕骨下極近端 3.6 毫米)。 MPTL的長度為 36.4 mm,寬度為 7.1 mm。 MPML 插入內側半月板,插入髕骨遠端(在髕骨下極近端的 5.7 mm)。通過影像學膝關節(jié)正側位像, 明確 MPTL 的脛骨植入點位于關節(jié)線遠端 9.4 mm 處,內側髁間嵴的內側。從側面看, MPTL和 MPML 的在髕骨植入入點分別為:髕骨下極近端的 4.8 和 6.6 mm。 MPTL比 MPFL 剛性更大( 17.0 N/mm vs 8.0 N/mm, p=0.024)。最大拉伸強度變形較小( 8.6 mm vs 19.3 mm, p=0.005)。

結論: MPTL 植入脛骨近端和髕骨遠端。 MPML 植入內側半月板和髕骨遠端。它們具有各自的解剖學特征和放射學參數(shù)。常規(guī)移植物應足以重建 MPTL。 床相關性:研究有助于了解 MPTL 的解剖學、影像學和生物力學知識,改善重建的效果。

引言

在年輕患者當中,髕骨脫位是最常見的膝關節(jié)損傷之一。內側髕股韌帶( MPFL)、內側髕脛韌( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML)維持髕股關節(jié)的穩(wěn)定性。內側髕股韌帶( MPFL)是一級穩(wěn)定結構,內側髕脛韌帶( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML)是二級穩(wěn)定結構。Philippot et al.發(fā)現(xiàn)內側髕脛韌帶( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML)作為統(tǒng)一的結構,在對抗髕骨外側脫位中, 在膝關節(jié)伸直到屈曲 90°:從 26%增加到 46%。 另外, 在屈曲 90°時,內側髕脛韌帶( MPTL)和內側髕半月板韌帶( MPML)可以起到 72%的作用防止髕骨傾斜, 90%的作用防止髕骨旋轉。髕骨不穩(wěn)的手術治療通常包括: MPFL 重建,力線調整和髕股對合關系的改。單一的 MPFL 重建(沒有解剖學異常的病歷)可以提供良好的臨床和功能效果。然而系統(tǒng)回顧發(fā)現(xiàn),12%的病歷存在主觀和客觀的不穩(wěn)。另外許多臨床研究顯示單一的 MPTL 可以獲得良好的臨床效果。一些研究顯示聯(lián)合 MPTL 和 MPFL 重建可以減少病發(fā)率。但是沒有研究進行單一和聯(lián)合的比較研究。聯(lián)合 MPFL 和 MPTL 的重建進一步提供了髕骨的穩(wěn)定性,相對于單一的 MPFL重建改善了臨床效果,減少了對于輕微骨性風險因素需要截骨的手術,減少了手術的風險性。優(yōu)化手術效果并闡明髕股關節(jié)復雜的解剖關系,最近的研究已評估多年來被忽略的 MPTL 和 MPML。為了進行解剖重建,韌帶的植入點需要確定。影像學參數(shù)的分析增加了植入位置的準確性,減少重建技術上的失誤。韌帶的拉伸性能可以確定需要重建移植物的選擇。之前的研究很少報道 MPTL 的解剖細節(jié),僅根據(jù)解剖知識推薦了重建技術。本項研究的目的描述尸體解剖(大體和組織學),植入點的影像學參數(shù),和髕骨內側限制性韌帶( MPFL, MPTL, 和 MPML)的生物力學特征。 MPTL 和MPML 不像 MPFL 知名,本項研究主要聚焦于 MPTL 和 MPML。我們假設, MPTL 和 MPML 是韌帶組織,解剖學和影像學標記確定植入點,確定 MPTL 和 MPML 不同于 MPFL 的生物力學特性。

方法

本研究獲得審查委員會的批準, 10 具尸體膝蓋( 55-75 歲,平均 67.4 歲, 5名女性 4 名男性)獲得了巴西圣保羅圣保羅臨床醫(yī)院死亡核查。在研究之前,所有標本保存在-20℃,。標本在室溫下解凍。標本在室溫下解凍 12 小時,進行解剖學研究。在冰箱內 5℃進行保存,轉天進行生物力學研究。以前的外傷、手術、腫瘤、傳染病,或退行性疾?。òü顷P節(jié)炎)引起的膝關節(jié)解剖改變被排除。影像學和解剖學檢查同時進行。所有膝關節(jié)通過解剖明確 MPFL、 MPTL 和 MPML,并按照順序進行解剖學,影像學,生物力學和組織學研究。切開暴露:按照 Warren and Marshall 描述的 3 層結構進行解剖,髕骨內側的縱行切開進入到內側組織。韌帶組織的確認通過觀察和觸摸(關節(jié)內外的觸摸)。解剖沿著股內側肌遠端至 MPFL 上緣。 MPFL 和 MPML 的觀察確認在MPFL 下緣和髕腱內側緣之間。

解剖學研究(大體和組織學):在 MPFL、 MPTL、 MPML 植入點做標記。韌帶張力的測量通過手動向近端和外側推拉髕骨。看到韌帶變直。距離的測量:數(shù)字卡尺( Mitutoyo, Aurora, IL),帶有分辨率為 0.01 mm,重復性為 0.01mm,以及精度為 0.02 mm。對于角度測量,使用普通測角儀。

測量的方法:髕骨的長度:髕骨上下極; MPFL:股骨植入點的長度和寬度,髕骨植入點的寬度,股骨植入點的位置(定性,相對于股骨內髁和內收肌結節(jié)的位置),到髕骨側植入點的距離。 MPTL韌帶的長度和寬度(韌帶中間部位的寬度), 距離關節(jié)線的距離(脛骨植入點和關節(jié)面前緣之間的距離), 髕腱距離(髕腱內側緣和脛骨植入點之間的距離),和髕腱之間的角度(膝關節(jié)屈曲90°,橫斷位上 MPFL 和髕腱之間的角度),髕骨距離和深度(分為前、中、后各占三分之一)圖 1。 MPML韌帶長度、寬度,半月板植入點(分為進入前角、體部、后角和三者之間),關節(jié)距離,髕腱距離,髕腱角,髕骨距離。

對于 MPFL,髕骨部位的測量從近端至遠端; MPTL 和 MPML 的測量從遠端至近端,有利于臨床數(shù)據(jù)的應用。所有膝關節(jié)由同一檢查者進行測量。生物力學評估后進行組織學檢查。組織學檢查的部位位于韌帶中間部位。載玻片用 5 毫米組織切片制成。并用 H&E 染色。我們進行了描述性組織學檢查。通過光學顯微鏡進行分析。顯微照片應用蔡司( oberkochen,德國) AXIOSKOP2Plus 設備。影像學參數(shù): 2MM 的金屬標記物放置于 MPFL、 MPTL、 MPML 髕骨植入中心位置; MPTL 放置于脛骨植入中心位置。植入的中心位置之前通過解剖學研究標記。影像學拍照包括:正位像(伸直位),純側位像(屈曲 30°), 純正位像脛骨近端和腓骨頭重疊 50%,純側位像股骨內外髁重疊。 設備(飛利浦 Duo-診斷,阿姆斯特丹,荷蘭)使用熒光透視,直到獲得真正的正位和側位像,然后再進行了 X 光拍照。影像分析應用數(shù)字影像分析軟件( Horos; www.horosproject.org)允許精度為 1/100 毫米。所有的測試由兩名檢查者獨立完成( B.B.H. and R.G.G.), B.B.H. and R.G.G.是膝關節(jié)外科專家進行觀察者之間可靠性評估。兩周后重復進行觀察者內部相關性的評估。MPFL、 MPTL、 MPML 髕骨的植入點根據(jù)三條參考線進行測量。髕骨后側皮質線(線 1):關節(jié)面的最近端和最遠端骨質邊緣,線 2:垂直于線 1 近端的交叉線,線 3:垂直于線 1 遠端的交叉線。測量: MPFL 金屬標記點至線 2 的最短距離; MPTL、 MPML 金屬標記點至線 3 的最短距離;髕骨的長度,線 2 至線 3 的距離,線 1 的植入點的比率。 MPFL、 MPTL、MPML 髕骨的植入點和髕韌帶之間的比率。 MPTL 植入的深度,髕骨被分成三份:前、中、后各三分之一。在正位和側位像測量 MPTL 脛骨的植入點。側位像基線:內側平臺線(線 4):最近端前側和后側之間的切線。線 4 和脛骨標記點之間的距離(關節(jié)距離)測量。正位像:三條基線,脛骨平臺線(線 5):最近端內外側的切線,線 6:脛骨內側緣垂直于(線 5)的交叉線,線 7:脛骨內側髁間嵴垂直于(線 5)的交叉線(圖 3)。脛骨標記點和線 5 和線 6 之間的距離。脛骨標記點和內側脛骨髁間嵴之間的關系(脛骨標記點和線 7 之間的距離)。距離內側> 1MM:陽性,距離外側< 1MM:陰性。

MPFL 和 MPTL 進行拉伸測試,拉伸測試( KRATOS K5002 mechanicaltesting (Kratos Dynamometros, Sao Paulo, Brazil))負荷傳感器: 981N( 100KGf)速度: 20 mm/min。機器測試的力和變形實時儲存在電腦上,捕獲軟件速率: 30 樣本/S, MPTL 首先進行測試,股骨內髁去除測試 MPFL。MPFL 測試,脛骨被通過螺釘進行夾持固定。髕骨側機器的移動部分用長方的夾子固定(相同的方法用在 MPFL 測試)。股骨是固定在機器底座上,使其重量不會干擾測試。管夾用虎鉗固定在機器底座上(圖 4a)允許 MPTL 與試驗機的驅動軸在同一力線。髕骨和股骨內側髁,應用矩形夾具(表面帶槽以增加附著力)。通過固定夾上的2 個螺釘加壓固定。調整位置,使韌帶軸與由試驗機產生牽引力的軸向一致;一個夾具(其中在髕骨)附著在機器的移動部分(載荷傳感器的部分),以及另一部分夾具是用臺鉗固定在機座上的。另一個夾具是用臺鉗固定在機座上(圖4b)。 每次拉伸測試的參數(shù):最大剛性、變形和最大拉伸強度( MTS)和完全破裂所需要的力量。

統(tǒng)計學分析

所有變量的平均值、標準差、 95%置信區(qū)間,以及所有的最小值和最大值均進行計算。影像學分析:組內相關系數(shù)( ICC)評估組間和組內相關性分析。ICC > 0.8 評估為優(yōu)。生物力學分析:每個膝關節(jié)的 MPFL 和 MPTL 應用 ttest 和 P 檢驗進行比較。

結果

最初為 10 個樣本,由于一個樣本有嚴重骨關節(jié)炎,所以最后為 9 個標本。確定 MPFL、 MPTL 和 MPML 在膝蓋上的位置。其中一個膝蓋的照片顯示在(圖 5)。確定了 MPFL 和 MPTL 在第 2 層。兩個韌帶在髕骨側融合為一層。MPML 在第 3 層,與髕下脂肪混合。髕骨的平均長度為 45.2±5.1MM。解剖學分析顯示: MPFL 在膝關節(jié)內側第二層。韌帶位于內收肌結節(jié)和股骨內側髁之間。在髕骨側 3 個膝關節(jié)的 MPFL 延伸到股四頭肌腱。有一個膝關節(jié)MPFL 植入的延伸非常廣泛,中心點不在髕骨。那個髕骨側距離認為是 0。

5 個膝關節(jié) MPFL 和 MPTL 在髕骨側形成統(tǒng)一的植入點。三個膝關節(jié) MPML的植入點在 MPTL 的近端。其中一個標本 MPTL 的植入點在 MPML 的近端。除外 1 例膝關節(jié),其余的標本的 MPTL 和 MPML 的植入點均位于髕骨的遠端三分之一。所有的植入點均位于髕骨遠端的一半。在 5 個膝關節(jié)標本,兩個韌帶中的一個的植入點位于髕骨的最遠端。因此髕骨的距離認為是 0。

MPTL 在髕骨側植入的深度: 1 /3:在前三分之一, 1 /3:在中三分之一, 1 /3:在后三分之一。MPML 半月板插入位置: 7 例位于前角, 2 例位于前角和體部之間。有兩例標本植入點延伸至脛骨,距離關節(jié)線的距離:分別為 6.0 和 4.9 mm。分析結果顯示在(表 1)。

所有的觀察者內和觀察者之間的 ICC> 0.95。影像學分析顯示, MPFL 的插入髕骨近端的一半。有 7 個標本插入髕骨近端三分之一。除外 1 例 MPML,其余標本的 MPTL 和 MPML 在髕骨側的插入點均位于所有髕骨遠端三分之一處,韌帶植入的深度, 5 個膝關節(jié)標本, MPTL 插入到髕骨中三分之一。 MPFL,MPTL, MPML 在髕骨側的分析見(表 2)。

MPTL 在脛骨側影像學的植入分析見(表 3),脛骨內側髁間嵴的內側作為參照, 5 例在這個參照點, 3 例在內側髁間嵴外側, 1 例在平臺中間。植入點在參照點直徑的 5MM 范圍內。所有的韌帶在測試中均斷裂。與 MPFL 相比,MPTL 的剛性更強( P=.024),最大拉伸力量(P < 0.005)下的變形更小。MPTL 和 MPFL 在對抗(P = .520)最大拉伸力量(P = .073)和導致斷裂的力量(P=.265)上沒有差別。在剛性和對抗斷裂的力量上具有中等相關性傾向,但沒有統(tǒng)計學意義。 MPFL 和 MPTL 的生物力學分析顯示在(表 4)。

討論

此項研究我們最重要的發(fā)現(xiàn)是:確認 MPTL 和 MPML 為韌帶組織MPTL 解剖研究證實:距離關節(jié)線 13.7MM,距離髕骨下極 3.6MM, 影像學研究: 位像: MPTL 距離關節(jié)線 9.4MM,位于內側髁間嵴的內側??梢宰鳛橹亟〞r的解剖位點。 另外,我們進一步證實 MPTL 具有不同的生物學特性( MPTL 相比MPFL 剛性更強),可以作為選擇移植物時的考慮。盡管 MPTL 和 MPML 是二級限制結構,但在維持髕股關節(jié)的穩(wěn)定性上具有重要的作用,特別是在最后的伸直的階段,可以對抗股四頭肌向外側的牽拉力,在過度屈曲時,二者緊張在限制了髕骨向外側移位上起到了重要作用。另外, MPTL 和 MPML 是維持髕骨正常軌跡的基礎。維持髕骨正常的傾斜和旋轉。1922 年 Galeazzi 首次描述了 MPTL 重建, Kaplan 在 1957 年初次報道了該韌帶的存在。 1988 年首先報道了 MPTL 的植入位點。我們的研究發(fā)現(xiàn)了 MPTL和 MPML 的解剖學和影像學參數(shù)和生物力學特征。本研究可以改善 MPTL 重建的臨床效果。MPTL 的解剖學研究顯示:該韌帶位于第二層,和之前的研究相同。 MPTL 髕骨植入點位于髕骨下極近端 3.6MM,植入的深度變異很大,分布在前側,中間和后側。在我們的研究中,使用了植入的中心點作為所有測量的參考。以前的研究未能指定特定的植入點作為測量的參考,由于應用和不同的方法,可能會出現(xiàn)一些變化。我們對于 MPTL 和 MPML 研究在 Kaleka et al 之前的報道的范圍內。另外對于 MPTL 的研究結果相似于 Panagiotopouloset al.。 MPML 的研究相似與Philippot et al 。但是我們對于 MPTL 的研究不同于 Philippot et al 的報道。他們報道: MPTL 位于第三層,長度 54,6MM,寬度: 21.8MM,盡管存在人種的變異和方法的不同,但和 Philippot et al 存在很大不同。 我們認為他們可能和我們評估的不是同一個組織。 我們和 Panagiotopouloset al 的研究(長度 20-25MM)存在一些差異,可能是解剖的變異和方法的不同。經組織學和解剖學研究確認:所有的樣本均與韌帶組織相符合。我們的研究發(fā)現(xiàn): MPFL 在髕骨的植入點位于髕骨上極 9.4mm 的位置,在髕骨長度 20%的比率。因此該韌帶的植入點比 Barnett et al 的報道( 30%)更靠近近端。 MPTL 的植入點下髕骨下極近端的 4.8mm 處,在髕骨長度的比率為 10%,因此 MPTL 在髕骨內側的植入點非??拷h端。 另外我們發(fā)現(xiàn) MPTL 在脛骨的植入點在關節(jié)線遠端: 9.4mm(正位像), 13.5mm(側位像)。 對于內外側的定位點, 我們的研究發(fā)現(xiàn)脛骨內側髁間嵴可以作為參考點,大約脛骨平臺寬度三分之一的位置。比較之前的生物力學研究,我們重要的發(fā)現(xiàn):當韌帶和肌腱增加負荷,其剛度和能量儲存隨之增加。在斷裂之前有更多的能量和伸展。對比之前的研究發(fā)現(xiàn)有更大的剛性和變形能力。 Criscenti et al 發(fā)現(xiàn)韌帶的剛性和能量。在他們中解釋了髕骨的方向和韌帶纖維,為我們的研究提供了研究方向:韌帶的剛性,最大負荷,最大能量。文獻關于 MPFL 的生物力學研究結果(表 5)。

我們的研究顯示: MPFL 和 MPTL 斷裂平均的變形長度為: 19.3 和 8.6mm。因此髕骨大約需要移動 50mm,才會形成脫位, 韌帶在植入點的斷裂或撕脫骨折是發(fā)生脫位的必要條件。 由于 MPTL 斷裂產生更少的變形,可以發(fā)生該韌帶議采用剛性更大一些的移植物。局限性樣本量較少解剖學僅有一名專家操作。韌帶組織切取進行組織學分析,會殘留一些臨近組織。影像學參數(shù)獲取會存在差異,導致偏倚。MPTL 和 MPML 具有統(tǒng)一植入點,選擇中間的位置進行生物力學評估,導致髕骨脫位的牽拉力量( 20 mm/min) ,比實際速度要慢,在活體需要更大的拉力和能量才會導致韌帶斷裂。研究中牽拉力沿著韌帶的方向可能和實際導致韌帶斷裂的牽拉力方向不同,低估韌帶自身的回彈力量。結論MPTL 和 MPML 植入點位于脛骨近端和髕骨下極。 MPML 植入點位于內側半月板和髕骨遠端。兩者呈現(xiàn)了獨特的影像學參數(shù)?;诮馄蕦W和影像學測量,常規(guī)移植物可以作為 MPTL 韌帶重建的要求。綜上所述,通過對于尸體研究認為:恢復髕股關節(jié)的穩(wěn)定,不但需要內側MPFL 的重建,也需要 MPTL 的重建恢復髕骨正常的穩(wěn)定性和生物力學。文章對“髕股內側韌帶,內側髕脛韌帶和內側髕半月板韌帶: 解剖、組織學、放射學生物力學進行了研究, 分析最重要的內側軟組織限制結構(防止髕骨外側脫位)這個有爭議的結構的特點。通過解剖 10 具尸體的膝關節(jié)準確的解剖分析,宏觀解剖和微觀組織學分析,提供放射學參數(shù)和生物力學特征。本研究認為 MPTL 的剛性強于 MPFL。認同了之前 Zaffagnini et al 關于MPFL 的研究工作。指出了 MPTL 在生物力學上的重要性, MPTL 不僅是二級限制性結構, MPTL 和 MPML 在維持髕股關節(jié)的穩(wěn)定性上起到重要的作用。特別是在伸直的最后階段對抗股四頭肌向外側牽拉力量;在高度屈曲時,張力增加,增加了髕骨向外側脫位的限制作用。髕股關節(jié)的手術過程和患者滿意度,是臨床醫(yī)生和患者都要達到的最終目的。本項高等級的研究帶給了我們專家級的指導建議,使得醫(yī)生和患者能更好的達到治療的最終目標。

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