[摘要] 目的 探讨上胫腓关节的生物力学特征。 方法 收集10具成人尸体膝部标本，采用生物力学方法及压敏片技术测试不同体位下上胫腓关节的压力及上胫腓关节的受力面积。 结果 上胫腓关节的平均压力均显著小于内、外侧股胫关节的平均压力（P<0.05）；在压力为700N、1400N、2800N时，居于中立位的上胫腓关节的受力面积显著小于其他体位（P<0.05）；居于中立位的上胫腓关节的平均压力显著大于居于跖屈位、内翻位，但显著小于背伸位、外翻位（P<0.05）。P1组倾斜度>20°，P2组的倾斜度<20°；在700N压力下，P1组的受力面积均显著小于P2组（P<0.05），但P1组的平均压力显著大于P2组（P<0.05），且不受体位的改变影响。 结论 跖屈位、内翻位时上胫腓关节承受压力大，上胫腓关节压力随踝关节体位的改变而改变，在处理上胫腓关节脱位时，需尽量避免行上胫腓关节融合术；倾斜型的上胫腓关节较水平型承受压力大，较易发生损伤。
[关键词] 上胫腓关节；股胫关节；生物力学；压敏片
[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2016）06-0004-05
Biomechanics study on proximal tibiofibular joint
LU Jianzuo LIN Yangyang YANG Jie DONG Xiaomin PAN Jun
Department of Orthopaedics， the People's Hospital of Wenzhou City in Zhejiang Province， Wenzhou 325000， China
[Abstract] Objective To evaluate the biomechanics of upper tibiofibular joint. Methods Chose 10 knee specimens of adult cadavers as research object. The average pressure and stressed area of upper tibiofibular joint were detected by biomechanical method and pressure sensitive piece technology. Results The average pressure bear by superior tibiofibular joint was significantly less than medial/lateral tibiofemoral joint（P<0.05）. Under different pressure （700N， 1400N， 2800N）， the stress area within superior tibiofibular joint in the neutral position was significantly less than it within superior tibiofibular joint in plantar flexion， back stretch， varus and valgus position （P<0.05）； the average pressure bear by superior tibiofibular joint in the neutral position was significantly less than it bear by superior tibiofibular joint in plantar flexion， back stretch， varus and valgus position（P<0.05）. P1 group was greater than 20°， P2 group was less than 20°. Under pressure of 700N， stress area for P1 group was significantly less than P2 group（P<0.05）， but the average pressure bear by P1 group was greater than the P2 group（P<0.05）， and the effect was independent of body position. Conclusion Because the superior tibiofibular joint bear more pressure under plantar flexion and varus position， and the pressure varies with the change of the ankle position. It is avoided that arthrodesis is used to deal with dislocation superior tibiofibular joint. Tilting superior tibiofibular joint is more prone to be injured in compared to horizontal type because of bearing more pressure.
[Key words] Superior tibiofibular joint； Tibiofemoral joint； Biomechanics； Pressure sensitive film
上胫腓关节是位于胫骨外侧髁和腓骨头之间的滑膜关节。上胫腓关节的首要功能之一是分散施加于踝关节之上的扭转应力，其正常运动（尤其是旋转运动）对踝关节的正常运动是十分必要的。目前对腓骨及骨间膜、外踝功能已做了大量的解剖、生物力学等方面的研究，然而上胫腓关节却往往受到忽视[1，2]。本研究采用压敏片技术[2]研究上胫腓关节的生物力学，探讨上胫腓关节的受力分析，为临床处理膝关节脱位提供依据[3]。 1 材料与方法
1.1 一般材料
本组研究中所有10具成人尸体下肢标本均由温州医学院解剖教研室提供，且经福尔马林溶液浸泡，其中男7具，女3具；年龄30～52岁，平均（41.2±4.7）岁；体重50～72 kg，平均（60.4±5.3）kg。标本处理方法：①截断股骨：在膝关节上约10 cm处将股骨横行截断，去除脂肪、皮肤以及肌肉组织，只保留骨骼、韧带及关节囊韧带与关节囊；②体位控制：采用自制股骨近端夹具将所有标本的膝关节保持伸直位，同时采用自制底座将踝关节调节为不同体位；③对所有标本进行肉眼观察及X线片检查以排除肿瘤、严重骨质疏松及畸形等病理异常。
1.2 实验仪器与设备
ELF3520型生物力学试验机（BOSE公司），双片型低压和超低压压敏片（Fuji公司，批号：1747298622， 1748117235，日本），数据处理系统：FPD-305密度仪和FPD-306压力转换器（Fuji公司，日本）及AutoCAD2000软件；股骨近端夹具与足部底座为自制。
1.3 实验方法
1.3.1 标本的放置与体位的维持 标本的矢状面、额状面的体位与旋转角度均采用股骨远端夹具进行固定（封三图1）。①冠状位：足部由自制足部底座固定，标本保持原有下肢轴线[4]。可以进行调整踝关节为不同体位，同时应避免小腿的旋转运动。②矢状位：标本与工作平台垂直，并保持伸直体位，避免膝关节过伸、屈曲或前后倾斜；当膝关节伸直0°时，可以开启“锁扣机制”，保证膝关节在受压时的稳定性。
1.3.2 压敏片的选取与放置 ①选取标准：本组研究中，压敏片采用双片型压敏片，此种压敏片由A片与C片两部分膜面相接组成，其中A片涂有微囊成色材料，C片涂有显色材料，当压敏片受到压力时，A片表面的微囊成色材料受压破裂，会释放出相应的成色材料，成色材料与C片上的显色材料反应.产生相应的色彩，颜色的浓度就代表相应的压力值。通过对之前部分学者对膝关节接触应力的研究进行回顾性分析，并经过预实验反复研究，笔者发现在上胫腓关节采用超低压型压敏片（压力范围0.5～2.5 MPa）的效果最为理想[5]（封三图2），股胫关节面内外侧采用普通型压敏片（压力范围2.5～10 MPa）效果较为理想（封三图3）。②放置方法：实验前，根据关节面形状对压敏片进行修剪，使其与关节面形状相吻合；在修剪时注意在压敏片的一侧边缘保留部分突出，以方便置入与取出；放置压敏片时要注意不要过度挤压，避免皱折与脱位的发生，影响其结果的准确性；实验室温度20℃～35℃，相对湿度35%～80%。
1.4 检测指标与方法
1.4.1 上胫腓关节与内外侧股胫关节的平均压力 在踝关节中立位，膝伸直0°的体位下，将压敏片由膝关节内外侧间隙插入胫骨关节面内外侧，施加压力，取出变色的压敏片，读取数值并记录，并对股胫关节和上胫腓关节的平均压力进行测定。
1.4.2 不同踝关节体位下上胫腓关节的平均压力 跖屈位时，分别在20°，背伸位20°，内翻位20°，外翻位20°时施加压力，取出变色的压敏片，并在上胫腓关节进行平均压力测试。测试中，由力学试验机对上胫腓关节进行压轴向加压，压力负荷设置为700N、1400N与2800N，加压速率2.50 mm/min，最大载荷保持5 s；每次测量后让标本休息5 min，消除蠕变的影响；然后变换体位，重新更换压敏片，每个体位重复实验3次，取3次实验结果的平均值作为该体位关节面的平均压力值。
1.4.3 受力面积测定 应力测量采用FPD-305密度仪和FPD-306压力转换器，压力负荷设置为700N、1400N与2800N，压敏片着色区域的密度值采用FPD-305密度仪读取，通过FPD-306中的微处理器转换成压力值，受力面积的测量用扫描仪读入计算机，用Auto-CAD2000软件测量出受力面积。
1.4.4 上胫腓关节倾斜度测定 依次记录平均压力及受力面积后，取下标本，对上胫腓关节解剖，将分离的整段完整腓骨置于铁架台上，用2个夹子分别夹住腓骨的上1/3和下1/3，稍作调整，使腓骨的长轴与铁架台上的铁杆平行，此时用量角器测量上胫腓关节面与水平面的夹角为倾斜度。
1.5 统计学处理
采用SPSS16.0统计学软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差，两两比较采用t检验，计数资料用例数/百分数（n/%）表示，比较采用χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 上胫腓关节与股胫关节平均压力比较
在700N条件下，上胫腓关节的平均压力[（0.62±0.08）MPa]显著低于内侧股胫关节的[（2.21±0.12）MPa]（t=4.021，P=0.023）；在1400N条件下，上胫腓关节的平均压力[（1.14±0.06）MPa]显著低于内侧股胫关节的[（4.29±0.14）MPa]（t=5.898，P=0.011）；在2800N条件下，上胫腓关节的平均压力[（2.22±0.11）MPa]显著低于内侧股胫关节的[（8.34±0.20）MPa]（t=6.028，P=0.005）。
在700N条件下，上胫腓关节的平均压力[（0.62±0.08）MPa]显著低于外侧股胫关节的[（1.90±0.17）MPa]（t=4.024，P=0.026）；在1400N条件下，上胫腓关节的平均压力[（1.14±0.06）MPa]显著低于外侧股胫关节的[（3.78±0.16）MPa]（t=5.674，P=0.013）；在2 800N条件下，上胫腓关节的平均压力[（2.22±0.11）MPa]显著低于外侧股胫关节的[（7.89±0.23）MPa]（t=5.995，P=0.008），且外侧股胫关节的平均压力均低于内侧股胫关节（P<0.05）。见表1。
上胫腓关节的生物力学研究
- 投稿石欣
- 更新时间2016-04-02
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