肱骨旋转受限对肩袖应变、负荷及运动学影响的体外研究：揭示肩关节不稳定的生物力学机制

本研究针对肩袖撕裂(RCT)后肱骨旋转受限如何影响肩袖负荷分配及关节稳定性的关键科学问题，德国慕尼黑大学团队通过12例新鲜冷冻尸体肩关节模型，模拟50%和100%宽度的新月形(CS)和反L形(rLS)冈上肌(SSP)撕裂，结合自由/受限肱骨旋转条件，首次系统揭示了旋转约束导致SSP负荷增加187.65±118.42%、最大应变提升205.3%的量化数据，发现小范围撕裂比完全撕裂更易引发力学失衡，为临床肩关节骨关节炎患者的康复策略提供了重要生物力学依据。

　　

肩关节作为人体活动度最大的关节，其稳定性高度依赖肩袖肌群的协同作用。其中冈上肌(SSP)不仅是主要的外展肌，更是维持肱骨头动态稳定的关键结构。随着人口老龄化加剧，肩袖撕裂(RCT)发病率逐年攀升，约50%的60岁以上人群存在不同程度的肩袖损伤。更棘手的是，临床发现约80%的肩关节骨关节炎患者伴随肱骨旋转受限，这种"旋转约束-肩袖损伤"的恶性循环机制尚未阐明。传统观点认为SSP撕裂主要影响外展功能，但其作为旋转稳定器的作用长期被低估。当SSP发生撕裂后，剩余肩袖肌群如何代偿？肱骨旋转受限是否会加速撕裂进展？这些问题的解答对制定精准康复方案至关重要。

德国慕尼黑大学Musculoskeletal University Center Munich的研究团队Ines Santos和Lieselotte Pichler等人在《BioMedical Engineering OnLine》发表的研究，通过创新的体外实验设计，首次量化了不同SSP撕裂形态下旋转约束对肩袖生物力学的影响。研究采用12具新鲜冷冻尸体肩关节，建立包含SSP、肩胛下肌(SCP)和冈下肌(ISP)的完整肌肉-骨骼系统模型，通过数字图像相关技术(DIC)和三维运动捕捉，同步测量了自由旋转(+R)与受限旋转(-R)条件下，完整状态、50%宽度和100%宽度SSP撕裂时的肌腱负荷、应变分布及肱骨头运动学参数。

Humeral head translation
研究发现完整SSP状态下，11/12标本呈现肱骨头后移。50%宽度CS撕裂导致所有标本出现头侧移位，而100%宽度撕裂时，CS组出现前移(5/6)，rLS组则呈现旋转依赖的双向位移：自由旋转时后移(4/5)，受限旋转时前移(3/5)。这种形态特异性位移模式提示，CS撕裂因保留较强的前部肌腱纤维更易前移，而rLS撕裂因前缘缺损在旋转受限时丧失后方稳定。

Range of motion
旋转约束显著降低活动度，仅41.7%标本能达到30°外展。值得注意的是，50%宽度撕裂组仅58.3%标本完成15°外展，反而低于100%宽度组(66.7%)，证实小范围撕裂可能造成更严重的运动障碍。

Maximum SSP loading force
受限旋转使SSP负荷激增，完整状态增加187.65±118.42%(CS组)和141.95±112.50%(rLS组)。反常的是，100%宽度撕裂后负荷增幅(147.13±75.15%)反低于50%宽度组(187.43±163.71%)，提示完全撕裂可能通过改变力臂方向减轻残余肌腱负荷。

Strain distribution
受限旋转使SSP最大应变在50%宽度CS撕裂时达205.3%，rLS组达203.9%。ISP应变始终高于SSP，尤其在 abduction初期，但未引发预期外旋，推测肩胛下肌(SCP)产生代偿性内旋力矩。

这项研究通过精确控制变量，首次揭示三个关键机制：1) 旋转约束通过改变力臂方向，使SSP负荷增加近2倍；2) 小范围撕裂(50%宽度)比完全撕裂产生更显著的生物力学紊乱；3) 撕裂形态决定肱骨头位移方向，rLS撕裂在旋转受限时呈现独特的前移模式。这些发现为临床提供了重要启示：对于伴有旋转受限的肩关节骨关节炎患者，早期干预小范围SSP撕裂可能比等待完全断裂更有利于维持关节稳定；康复训练应注重SCP-ISP肌力平衡，以代偿SSP功能缺失。该研究建立的体外模型为后续肩袖修复材料的力学评估提供了标准化平台。