《Journal of Biomechanics》：Biomechanical analysis of shoulder pseudoparalysis as per the collin classification of massive rotator cuff tears: an ex-vivo study
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临床研究已显示肩袖（rotator cuff，RC）撕裂模式与主动活动范围（active range of motion，aROM）降低之间存在强相关性；然而，尚无生物力学研究针对所有Collin分类类型探讨撕裂模式对肩关节功能的影响。本研究目的为在模拟离体（
临床研究已显示肩袖（rotator cuff，RC）撕裂模式与主动活动范围（active range of motion，aROM）降低之间存在强相关性；然而，尚无生物力学研究针对所有Collin分类类型探讨撕裂模式对肩关节功能的影响。本研究目的为在模拟离体（ex-vivo）肩关节抬高过程中，探讨肩袖撕裂模式对关节运动学（joint kinematics）、肌肉功能（muscle function）和肩峰应变（acromial strains）的影响。离体肩关节模拟器在七具尸体标本（平均年龄56 ± 6岁）中完成四种运动，包括肩胛平面外展（scapular plane abduction，SPA）、前屈（forward flexion，FF）、内旋（internal rotation，IR）和外旋（external rotation，ER）。每种运动均在七种肩关节条件下进行：完整（intact）、冈上肌失活（supraspinatus deactivation，type S），以及依据Collin分类的失活类型A至E。报告每种运动和条件下的关节运动学、肌力和肩峰应变。三条肩袖肌腱失活导致SPA和FF中手臂抬高显著降低（type B、C和E：p≤.012），而整个前部或后部肩袖失活导致IR或ER主动活动范围丧失（p<.001）。所有失活模式均导致前三角肌（anterior deltoid）和外侧三角肌（lateral deltoid）力高于完整肩关节（p≤.049）。A型和D型中IR和ER稳定性得以维持，分别伴有肩胛下肌下部（inferior subscapularis）和小圆肌（teres minor）力显著增高（p<.001）。最后，与完整肩关节相比，肩袖失活导致肩峰（acromion）和肩胛冈（scapular spine）最大主应变（maximum principal strain）增加。
论文主体解读
研究背景：大型肩袖撕裂（massive rotator cuff tear，mRCT）所致肩假性瘫痪（shoulder pseudoparalysis）在临床定义上并不一致。多数观点认为主动抬高超过90°丧失是主要特征，但关于还需哪些附加标准才能完整描述该状态缺乏共识，定义异质性导致诊断差异，并影响治疗有效性判断。Collin等显示RC撕裂模式与主动肩关节功能丧失强相关：累及肱骨头水平赤道以上所有肌腱，或累及冈上肌及整个前部或后部RC的撕裂，会导致功能缺陷；肩胛下肌下部被认为类似小圆肌，在横向力偶（transverse force couple）中具有重要作用，可防止假性瘫痪。这些研究支持假性瘫痪发生于盂肱关节力偶破坏时。肌肉代偿可使部分RC撕裂模式维持功能，但该现象的生物力学机制尚不清楚。已有研究显示大型RC撕裂后三角肌和残余RC活动增加可维持功能和稳定，但尚无生物力学研究调查所有Collin撕裂类型。因此，研究人员开展此项离体研究。
研究人员开展的研究：采用离体肩关节模拟器，在七具尸体肩标本中模拟主动运动，研究Collin分类RC撕裂模式对关节运动学、肌肉功能和肩峰应变的影响。假设为：至少三条肌腱的模拟大型RC撕裂导致主动活动范围降低；RC功能丧失导致三角肌和残余RC力代偿增加；模拟RC撕裂导致肩峰和肩胛冈应变增加。结论为：至少三条RC肌腱联合功能障碍导致抬高活动范围丧失，而横向力偶完全破坏导致控制不稳；RC功能障碍模式影响主动肩关节活动范围、代偿性肌力和肩胛骨应变。其意义在于强调完整或重建横向力偶及上覆RC对肩关节功能和负荷控制的重要性，并提示RC失活可增加肩峰和肩胛冈应变。
关键技术方法概括：七具尸体肩标本，平均56 ± 6岁，无骨关节炎或RC撕裂放射学证据。使用离体八肌肉驱动肩关节模拟器，模拟前三角肌、外侧三角肌、后三角肌、肩胛下肌下部、肩胛下肌上部、冈上肌、冈下肌和小圆肌。校准阶段建立标本特异性肌腱位移-盂肱旋转关系，按肌肉力矩臂分配开环肌腱位移，并用迭代学习算法补偿软组织顺应性。模拟SPA、FF、IR和ER；每种运动测试完整、type S及type A至E。测量光学标记关节运动学、载荷单元肌力和三轴应变花所测肩峰及肩胛冈最大主应变。统计采用线性混合效应模型和Tukey比较。
研究结果：
3.1 运动追踪性能：完整肩关节中，七具标本所有盂肱旋转和运动的设定点与达到角度之间均方根误差小于1.4度。
3.2 运动学：SPA和FF中，type B、C和E达到的抬高小于完整和type S（p≤.012）；type C达到的主动抬高小于type A（p=.005）。IR和ER峰值时，type B抬高大于type C（p=.045），type E抬高大于完整及type S、C、D（p≤.015）。所有运动中，type B更偏前和更外旋（p<.001），type E更偏后和更内旋（p<.001）。
3.3 肌力：
3.3.1 Type S——冈上肌失活：SPA峰值时，前三角肌、外侧三角肌和冈下肌力高于完整（p≤.019）；FF峰值无差异；ER峰值时冈下肌力高于完整（p=.010），IR峰值无差异。
3.3.2 Type A——冈上肌和肩胛下肌上部失活：SPA、FF和ER峰值时前三角肌和外侧三角肌力高于完整（p≤.004），IR峰值无差异。后三角肌在SPA和FF峰值低于完整（p=.007）。肩胛下肌下部在SPA、FF和IR峰值高于其他所有条件（p≤.029），在ER峰值高于type C、D、E（p≤.002）。
3.3.3 Type B——冈上肌、肩胛下肌上部和肩胛下肌下部失活：所有运动中前三角肌和外侧三角肌力高于完整（p≤.002）。后三角肌在SPA和FF峰值低于完整和type S（p≤.001）。残余RC力较低：冈下肌在FF、IR和ER峰值低于完整及type S、A（p≤.001），在SPA峰值低于type S、A（p<.001）；小圆肌在IR峰值低于完整及type S、C、D（p≤.002），在ER峰值低于type C、D（p<.001）。
3.3.4 Type C——冈上肌、肩胛下肌上部和冈下肌失活：所有运动中外侧和前三角肌力高于完整（p<.001）。后三角肌在SPA和FF峰值低于完整和type S（p≤.003）。肩胛下肌下部在SPA和FF峰值低于完整及type S、A（p≤.006）；小圆肌在ER峰值高于完整及type S、A、B（p≤.001），在IR峰值高于type B（p=.002）。
3.3.5 Type D——冈上肌和冈下肌失活：所有运动中前三角肌和外侧三角肌力高于完整（p≤.049）。后三角肌在SPA和FF峰值低于完整（p=.001）。肩胛下肌下部在SPA和FF峰值低于完整及type S、A（p<.001），在IR峰值低于完整和type S（p≤.001）。小圆肌在SPA和FF峰值高于其他所有条件（p<.001），在ER峰值除type C外高于其他条件（p<.001），在IR峰值高于type B（p<.001）。
3.3.6 Type E——冈上肌、冈下肌和小圆肌失活：SPA、FF和ER峰值时前三角肌和外侧三角肌力高于完整（p<.001），IR峰值仅外侧三角肌高于完整（p<.001）。后部RC失活导致残余RC力较低：肩胛下肌下部在SPA和FF峰值低于完整、type S、A（p<.001），在IR峰值低于其他所有条件（p≤.005）；肩胛下肌上部在所有运动中低于完整、type S、D（p<.001）。
3.4 肩峰和肩胛冈应变：
3.4.1 Levy区域：FF峰值时，Levy 1、2和3A最大主应变均高于Levy 3B（p=.009、.020和.018）。SPA峰值时，Levy 2和3A最大主应变高于Levy 1和3B（p<.001）。IR和ER峰值时，Levy 2和3A应变高于Levy 1和3B（p<.001），但二者之间无差异（p=.330）；Levy 1也高于Levy 3B（p=.012）。
3.4.2 肩袖失活：总体上RC失活导致SPA和FF峰值最大主应变高于完整，但仅type B至E显著；各RC失活模式在SPA或FF峰值之间无差异（p≥.760）。IR和ER峰值时，type A、C、D和E在所有Levy区域应变高于完整（p≤.001）；type S和B与完整无差异（p≥.053）。IR和ER峰值时，type C应变大于type B（p=.015），type D应变大于type S和B（p=.013和.007）。
讨论总结：本研究确认了三个假设。RC失活影响关节运动，三条RC肌腱受累的模式导致主动活动范围降低。Type B、C和E在SPA和FF中均出现抬高缺陷；涉及整个前部肩袖的type B或整个后部肩袖的type E导致所有运动中的控制不稳定，包括轴向旋转和抬高平面控制完全丧失。Collin等的临床研究显示三条RC肌腱功能障碍导致假性瘫痪率较高，整个后部肩袖功能障碍导致外旋丧失，整个肩胛下肌撕裂与内旋丧失相关，本研究结果与之相似。
RC失活改变了所有失活模式中的三角肌和RC力。孤立冈上肌失活type S在SPA峰值时前三角肌、外侧三角肌和冈下肌力增加；冈上肌既是抬高肌也是肩胛平面内轻度外旋肌，为补偿其功能障碍，三角肌这一主要抬高肌及冈下肌这一外旋和抬高肌的力增加。两肌腱失活type A和D中，与孤立冈上肌失活相比，三角肌力进一步增加，残余横向力偶力增高且关节运动追踪维持。Type A的肩胛下肌下部和type D的小圆肌力高于其他所有条件，与既往关于Collin type A、C、D的生物力学研究一致。横向力偶完整时，通过残余RC募集增加维持控制稳定。既往研究显示联合冈上肌和冈下肌撕裂type D在肩外展时三角肌和小圆肌力增加。这种对残余横向力偶的需求增加可能具有临床意义：横向力偶完整且小圆肌肥厚患者非手术管理可获合理成功；但RC下部负荷增加也可能增加撕裂进展风险。
横向力偶破坏时type B和E旋转稳定性丧失，残余RC力下降，支持完整横向力偶对关节功能关键。即使完全修复不可能，也可考虑部分RC修复以恢复横向力偶；但将type B或E转为type A或D时，应考虑修复处负荷，因为高负荷可能增加修复失败风险，这可能部分解释部分修复短期效果良好而长期再撕裂率较高。Oh等生物力学研究显示RC撕裂进展导致等效三角肌力下外展角降低，Dyrna等和Berthold等显示撕裂进展导致外展角降低和三角肌负荷增加；本研究显示更严重撕裂类型在SPA和FF中较低抬高角度时三角肌力即达200 N力限。由于冈上肌、冈下肌和肩胛下肌上部在上方肱骨止点参与肱骨抬高，当其失活时前三角肌和外侧三角肌常达力限，导致最大抬高缺陷。Type C横向力偶完整，控制稳定维持，但缺少上方RC贡献时，抬高需要更多三角肌力。
尽管临床证据尚不足以建立大型RC撕裂治疗算法，本研究显示完整RC力偶具有生物力学优势。结果提示，当完全前部或后部RC破坏时，应重建横向力偶；上方RC撕裂应修复以恢复功能并防止周围肌腱单元过载。对于年龄较大、活动较少或不适合手术者，保守管理应优先强化肩胛周围和盂肱肌肉，尤其强调三角肌。临床上，肩峰和肩胛冈骨折最常发生于Levy 2和3区；既往生物力学研究显示这些区域应变和应力最高，本研究也显示Levy 2和3A应变高于其他两个区域。总体上完整条件应变最低。肩峰和肩胛冈骨折常与反向全肩关节置换（reverse total shoulder arthroplasty，RSA）相关，本研究表明RC失活增加肩胛骨应变，支持RC撕裂可能参与肩峰骨折。RC撕裂也可能导致肩袖撕裂关节病患者的RSA术后肩峰骨折发生率高于骨关节炎患者，但本研究未调查此问题，需进一步研究。
研究局限性包括：RC失活是RC撕裂的替代方式；由于所需切腱顺序，无法通过切腱在每个标本中模拟所有Collin RC撕裂模式；条件顺序未随机化以降低组织失败风险，组织随时间退化可能影响后期条件的运动缺陷、肌力模式和应变分布；200 N力限基于装置限制，未按标本大小、肌肉横截面积或完整肌力调整；臂质量未精确匹配原生手臂，可能影响绝对指标值；控制器使用肌腱位移-关节旋转关系产生运动，未考虑肌肉横截面积、力-长度行为或代谢成本等其他生理因素；未模拟背阔肌、大圆肌和胸大肌等外在肌，若纳入这些肌肉，可能改善type B和E的控制稳定性。
研究结论翻译：本研究首次评估所有Collin分类类型肩袖功能障碍的生物力学效应，并显示RC功能障碍模式影响主动肩关节活动范围以及代偿性肌力和肩胛骨应变。至少三条RC肌腱联合功能障碍导致抬高活动范围丧失，而横向力偶完全破坏导致控制不稳。
