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肩袖损伤修复后不同强度应力刺激效果的实验研究

王鹏程  
【摘要】: 研究背景和目的: 肩关节是肌肉骨骼系统常见的发病部位之一,据统计,英国的发病率为16%,仅次于脊柱(23%)和膝关节(19%);美国的发病率也居第3位,而前两位分别是膝关节(14.9%)和脊柱(8.2%),而肩袖损伤在肩关节病变中占的比例大约在17%-41%。肩袖的各种类型损伤是临床最常见的肌肉骨骼系统软组织损伤之一,肩袖全层撕裂是造成肩关节疼痛和功能障碍的主要原因之一,常常严重影响患者的生活和工作。肌腱的生物修复是很缓慢的。猴的实验证实,修补术后2个月肌腿强度恢复55%,1年后方可恢复至80%。因此,从长远角度来说,用生物学的方式调节肌键的自身修复要比单纯手术缝合肌键具有更为现实的意义;肌腱损伤修复的难点在于肌腱-骨交界面的重建,目前对其修复过程尚缺乏深入研究,因而促进其修复的方法非常有限,临床上很早就已发现适量的术后锻炼可以促进肌肉、韧带和肌腱等软组织损伤的修复。然而,遗憾的是依据目前的修复和康复治疗原则,其效果往往低于预期而且可能导致再发损伤和继发性不稳定。 从临床解剖学的角度,冈上肌与冈下肌、肩胛下肌和小圆肌的肌腱纤维在肱骨头前、上、后方形成袖套样结构,即肩袖,又称肌腱袖。肌腱是组成肩袖结构的最重要部分,在肩袖损伤中,冈上肌腱的损伤最为多见,损伤部位往往集中在近肱骨大结节止点约1cm处。临床上对于肩袖损伤的治疗方法很多,其修复的难点在于肌腱-骨界面的重建,已有资料证实适当的术后应力刺激可促进其重建,但作用机制尚不明确。 目前学者们对肩袖损伤机制大致可以分为两种观点,既内源性损伤机制和外源性损伤机制。内源性损伤机是指因肌腱过度负重、内源性退变或其它损伤所致的肌腱损受。外源性损伤机制是指肌腱由于周围组织压迫,尤其是喙肩弓的压迫而引起的肌腱损伤。 在影像学上,通过肩关节双重对比造影,可以了解肩袖的厚度,撕裂的大小、位置和关节软骨退变的情况,对于肩袖全层损伤的诊断准确率达90%,而磁共振及高频高分辨率B超的出现,对于肩袖及其损伤的形态学研究起了极大的推动作用。当肩袖损伤时,因为肌腱内有液体存在,在磁共振T2-加权图像上表现为信号增高。肩袖完全撕裂时不仅表现为肌腱信号的增强,还有外形的异常以及连续性的中断,肩袖部分撕裂表现为肌腱信号强度局限性增加但连续性仍存在。超声对于肩袖损伤的检查,其潜力在于它能够提供比其他常规技术更多的肩袖病变的解剖细节,国内学者进行的研究得出同样类似的结论。另外还有多项独立研究报道证明超声波和磁共振在诊断肩袖撕裂中有较高的准确性。 从物理模式来说,肌腱-骨界面是一个力学薄弱点。当力学作用在相对柔软、可伸缩的组织和相对坚硬、不可伸缩的组织之间传导时,由于两者力学特性的差异较大,在交界面会形成应力的集中而容易引发断裂。正常生理情况下,肌腱止点处的特殊结构可以使这一区域的组织具有较好的抗张力强度。腱-骨界面的四层结构之间无明确界限,而且四层组织的力学特性逐渐过渡,使应力可以从肌腱逐渐传递到骨或从骨逐渐传递到肌腱,从而避免了应力在某一点上的集中,防止了肌腱在止点处的断裂。修复肌腱的重点在于重建肌腱止点,这对于恢复肩关节功能,防止再撕裂极为重要。肩袖损伤肌腱止点重建的目标应该是恢复腱-骨界面的正常复合结构。一些动物和人体的组织学研究发现,尽管外科技术的进步和器械的发展对重建腱-骨界面复合结构有了较大的促进作用,但无论在修复的近期还是晚期,肌腱和骨之间仍不能形成成熟的连接复合体,要么是肌腱与骨之间缺乏正常的过渡连接层,要么是肌腱末端纤维粗细不均,排列紊乱,其抗张力强度与正常组织相比仍有较大差距。由于肌腱-骨界面结构的复杂性,当前的手术重建技术并不能保证肌腱与骨牢固愈合,不能完全避免再撕脱的发生。因此,需要进一步寻找新的治疗方法。 在生物力学研究方面,临床上早已发现适量的术后锻炼可以促进肌肉、韧带和肌腱等软组织损伤的修复。许多以前的研究已经评估了增加或减少应力负荷对正常肌腱和韧带及愈合过程中的肌腱和韧带的作用效果。然而,依据目前的修复和康复治疗原则,其效果往往低于预期而且可能导致再发损伤和继发性不稳定。因此,明确机械环境在肌腱附着点损伤愈合中的作用,将极大提高临床医生进行正确术后康复治疗的能力。 实验分三个部分进行观察研究: (一)急性肩袖损伤早期修复过程不同强度应力刺激的生物力学反应。目的探讨不同强度应力刺激在急性肩袖损伤后修复过程中的生物力学表现。方法将冈上肌腱于大结节止点处横断后原位缝合(隧道法),建立兔冈上肌腱损伤模型。术后石膏绷带制动1周后,进行CPM功能锻炼,大强度训练组活动范围为-60°-60°,小强度训练组活动范围为-15°-15°,术后第2周,隔天训练,10min/次;第3周开始每天训练,10min/次;第4周15min/次。对照组自由活动。于术后2、3、4周取材(每个时间点4只,双侧肩关节取材),分别比较冈上肌腱-骨界面的刚度和最大抗拉强度的变化。结果对照组冈上肌腱的刚度为(20.28±2.22)N/mm,最大抗拉强度为(112.17±6.18)N。大强度冈上肌腱训练组刚度为(18.31±1.99)N/mm,最大抗拉强度为(99.74±2.10)N,断裂点均在肌腱缝合处;小强度训练组冈上肌腱刚度为(22.35±1.97)N/mm,最大抗拉强度为(122.61±10.04)N,断裂点均在肌腱缝合处。在各观察时间点,小强度训练组的最大抗拉强度和刚度均明显强对照组和大强度训练组(P0.05)。结论小强度应力刺激在急性肩袖损伤早期修复中效果较佳,而大强度应力刺激在急性肩袖损伤早期修复中起损伤作用。 (二)急性肩袖损伤早期修复过程不同强度应力刺激的磁共振表现。目的探讨急性肩袖损伤早期修复过程不同强度应力刺激的磁共振表现及差异性。方法实验动物的选取,手术处理及术后功能锻炼同第一部分。于术后2、3、4周随机选取(每个时间点4只,双侧肩关节取材),进行磁共振检查。结果正常的冈上肌腱在磁共振上显示为边缘平滑,在T2WI上呈带状均一低信号,由内侧向外侧逐渐变细,止于大结节。当冈上肌腱损伤,则出现肌腱外形欠光滑、肌腱-肌腹连接处回缩、肌肉萎缩并伴有信号强度增加。自由活动组可见见肌腱内高信号影逐渐减低,肌腱外形始终可见不光滑影,关节腔内高信号影逐渐减低,CPM组肌腱信号内可见局限性信号增高影逐渐减少,肌腱外形稍有不光滑影,关节腔内信号增高影逐渐减低,其中相对而言小强度训练组肌腱信号最为均匀,外形光滑,未见明显关节腔内高信号影。结论术后CPM机进行被动关节屈伸功能锻炼,肩袖损伤部位愈合速度明显优于自由活动组,以小强度功能锻炼效果最为明显。磁共振技术对显示肩袖损伤术后愈合过程有很强的敏感性及准确性,对指导术后功能恢复和估计远期效果都有着重要的指导意义。 (三)急性肩袖损伤早期修复过程不同强度应力刺激的X线及超声表现。目的探讨急性肩袖损伤早期修复过程不同强度应力刺激的X线及超声表现及其差异性。方法实验动物的选取,手术处理及术后功能锻炼同第一部分。于术后2、3、4周随机选取(每个时间点4只,双侧肩关节取材),分别进行X线及超声检查。结果肩袖损伤X线表现为:(1)肩锁关节退变、肩锁关节骨刺;(2)肩峰下骨刺、肩峰下钙化、肩峰凹形、钩型肩峰;(3)盂肱关节退变;(4)肱骨大结节间沟过大、肱骨大结节不规则、囊性变、钙化;(5)标准前后位片上肩峰与肱骨头间距小于7 mm.结果发现,与自由活动组相比,单一肩袖冈上肌撕裂者平均少出两个X线阳性发现,而两CPM机运动组间未有明显差别;正常情况下肩袖超声检查影像表现:在三角肌和肱骨头之间的一块带状组织,在肩峰下被骨组织强回声遮挡,在肱骨大结节处消失,形如“鸟嘴”。生理状态下,肩袖内部回声均匀,且强于三角肌的回声;超声结果显示自由活动的对照组超声多表现为肩袖肌源性均匀的回声中间出现完全穿透全层的低回声区,而CPM机运动的2组肩袖肌源性均匀的回声中间低回声区都未穿透全层,但大强度组与小强度组在超声表现上未见明显差异。结论术后给予CPM机进行被动关节屈伸功能锻炼后,肩袖损伤部位愈合速度明显优于自由活动组,X线和超声都能发现术后锻炼损伤修复的情况,但是其敏感性和准确性相比MRI较低。


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