一种用于胸锁关节脱位生物重建的新技术的评估：尸体实验及生物力学验证

《European Journal of Trauma and Emergency Surgery》：Assessment of a new technique for biological augmentation in sternoclavicular joint dislocations: a cadaveric feasibility and biomechanical evaluation

　　摘要
目的：在慢性胸锁关节脱位的情况下，生物增强是必要的。然而，在该区域钻孔以放置移植物可能会很困难。本研究的目的是作为早期的概念验证，评估使用局部可获得的锁骨骨膜瓣（CPF）或胸骨骨膜瓣（SPF）来稳定胸锁关节（SCJ）的可行性，并对其进行生物力学测试。

方法：对九个胸锁关节进行了尸体解剖学可行性和生物力学研究（证据等级V）。通过将瓣膜从骨骼上抬起，从三个方向移动CPF，同时保留其在SCJ附近的附着点。在胸骨上钻两个1.6毫米的孔，然后将CPF折叠覆盖在SCJ上，并用不可吸收的钢丝固定。此外，还使用不可吸收的钢丝通过1.6毫米的锁骨钻孔以8字形方式支撑，以固定关节位置。测量了瓣膜的尺寸和胸骨的重叠部分。相反，也在选定的样本中准备了SPF，并以类似的方式固定。使用单轴拉伸试验机对CPF进行生物力学测试，以获得50%应变时的应力（σ(50%)、最大力（Fmax）、最大应力（σmax）、最大力时的应变（ε(Fmax）和失效时的应变（ε at failure）等数值。

结果：在所有样本中，成功实现了CPF的移动和固定。瓣膜的平均长度和宽度为3.5×2.6厘米，胸骨重叠部分为2.0厘米。在四个样本中，还额外移动了胸骨骨膜瓣（SPF），其平均长度和宽度为3.0×2.6厘米，锁骨重叠部分为2.1厘米。两种类型的瓣膜都显示出足够的尺寸，以实现足够的关节重叠。CPF的生物力学测试结果显示，50%应变时的平均应力为0.30±0.12 N/mm2，最大力（Fmax）为18.55±9.0 N，最大应力（σmax）为0.48±0.10 N/mm2，最大力时的应变（ε(Fmax)为1.69±0.82%，失效时的应变（ε at failure）为2.36±1.41%。

结论：这项尸体研究提供了早期概念验证，证明了使用局部可获得的CPF或SPF进行新型SCJ稳定技术的可行性。虽然这种方法可能通过减少与移植物采集相关的供体部位并发症并潜在降低手术复杂性而具有优势，但还需要进一步的生物力学和临床研究来确立其有效性和临床适用性。

证据等级：V

引言：
胸锁关节（SCJ）是一个虽小但至关重要的关节，因为它代表了肩带与躯干之间的唯一骨性连接。SCJ的韧带稳定性由几个关键结构提供，包括前胸锁韧带、后胸锁韧带、肋锁韧带和锁骨间韧带。这些韧带共同作用以维持关节的完整性并允许受控的活动。其中，后囊在限制前后移动方面起着最关键的作用，而前囊则显著有助于限制前向移动。相比之下，肋锁韧带和锁骨间韧带对平移稳定性的影响较小[1, 2]。SCJ脱位较为罕见，约占所有肩部损伤的3%，不到所有关节脱位的1%[3]。SCJ脱位可以根据多种标准进行分类。一种分类方法是根据受伤后经过的时间，区分急性脱位和慢性脱位。另一种分类方法是根据脱位的方向，区分前向脱位和后向脱位。此外，SCJ脱位还可以根据其根本原因进行分类，如创伤性脱位（通常由高能量撞击或接触性运动引起）或非创伤性脱位（可能与韧带松弛或结缔组织疾病有关）。最常见的原因是间接创伤，例如跌倒在肩部，这通常会导致锁骨前向脱位，而后向或胸骨后脱位通常是由于锁骨前部受到直接撞击引起的[4]。此外，除了创伤机制外，过度松弛也可能使个体容易发生非创伤性胸锁关节脱位。前向脱位的发生率明显高于后向脱位，估计比例为20:1[5, 6]。急性前向SCJ脱位在成功复位后通常采用保守治疗，而急性后向脱位则需要紧急复位，因为存在纵隔损伤的风险[7]。在慢性SCJ不稳定或脱位的情况下，经常采用缝合增强和肌腱移植的组合方法来实现关节稳定[8,9,10]。越来越多的作者强调这种策略即使在急性前向和后向脱位情况下也有潜在的好处，表明使用缝合修复和肌腱自体移植或前囊修复进行生物增强可能在早期阶段就有优势[11,12,13,14]。本尸体研究的目的是作为早期概念验证，评估是否可以移动锁骨骨膜瓣（CPF）或胸骨骨膜瓣（SPF）来探索一种新型技术的可行性。我们假设局部CPF和SPF将提供足够的尺寸和基本的抗拉强度，作为SCJ重建的生物增强材料。这种方法可能减小所需的胸骨或锁骨钻孔的直径，利用局部可获得的瓣膜，从而避免采集腘绳肌移植的需要。

方法：
在我们的尸体解剖学可行性和生物力学研究中，使用了5具尸体（共9个SCJ，其中2例为女性，3例为男性），平均年龄为79±3.4岁。不知道这些尸体捐赠者有其他既往疾病。检查时，没有发现涉及SCJ的先前手术证据。这些尸体捐赠者来自波鸿鲁尔大学的捐赠者计划。已获得当地伦理委员会的伦理批准（2024-591-f-S）。

手术技术：
我们采用直接方法处理SCJ，使用稍大的切口以确保最佳观察胸骨柄和内侧锁骨。如图1所示，切断了胸锁关节。从三个方向移动CPF，保留靠近SCJ的一侧完整。在准备过程中，注意不要分离胸锁乳突肌的胸骨起源部分或肋锁韧带。CPF的准备工作如图2所示。由于CPF在三个方向上被抬起并保持与内侧锁骨的连接，因此可以避免使用腘绳肌移植所需的较大锁骨钻孔，从而可以将CPF折叠覆盖在SCJ上的胸骨上，如图3所示。为了评估CPF，测量了其长度、宽度和胸骨的重叠部分。胸骨重叠部分定义为CPF折叠覆盖SCJ后位于胸骨柄上的部分。使用2.0 FiberWire（Fa. Arthrex，美国佛罗里达州那不勒斯）加固CPF的自由端。使用1.6毫米的钻头在胸骨上钻两个孔。在钻孔过程中，将圆形Hohmann牵开器放置在胸骨的相应部分后面，以保护胸骨后的结构。值得注意的是，1.6毫米的钻孔比通常用于腘绳肌移植的4毫米隧道要小。也可以使用Imam等人描述的单层钻孔方法，以最小化对胸骨后结构损伤的潜在并发症风险[15]。将FiberWire的相应末端通过胸骨钻孔，使用穿梭装置将CPF定位在胸骨柄上，然后在CPF上方缝合，如图4和5所示。之后，按照常规方法，将FiberWire以8字形方式通过1.6毫米的锁骨钻孔。图6展示了CPF手术技术的示意图。

图1：SCJ的前视图（蓝色箭头）。内侧可见胸骨（绿色S），外侧可见锁骨（绿色C）。人工切断韧带以模拟损伤并便于手术重建。
图2：SCJ的前视图（蓝色箭头），以及从锁骨准备CPF的过程。胸骨（绿色S）位于中央。CPF准备切口的轮廓由粉红色虚线表示。
图3：从锁骨准备CPF后的前视图。CPF已折叠覆盖在SCJ上的胸骨（绿色S）上。
图4：SCJ的前视图。在此步骤中，通过胸骨（绿色S）钻两个2毫米的孔（蓝色箭头）。使用穿梭装置将用于后续CPF固定的缝合线穿过孔洞。外侧可见锁骨（绿色C）。
图5：最终结果的前视图。CPF已从锁骨（绿色C）折叠覆盖在胸骨（绿色S）上，并用缝合线固定（红色箭头）。
图6：SCJ的示意图。左侧：从锁骨的蓝色标记区域移动锁骨骨膜瓣（CPF），同时保留其在红色基部的连接。然后将黄色瓣膜折叠覆盖在SCJ上，并通过两个绿色钻孔用缝合线固定在胸骨上。右侧：使用额外的锁骨钻孔（粉色）和FiberWire（浅蓝色）以8字形方式结合CPF进行稳定。

在SPF的情况下，从胸骨的三个方向分离瓣膜，保留其靠近SCJ的连接点。然后将其折叠覆盖在SCJ上，并通过1.6毫米的锁骨钻孔用FiberWire固定。随后再次将钢丝穿过胸骨，形成8字形支撑。图7展示了SPF外科技术的示意图。该图像的替代文本可能是通过人工智能生成的。全尺寸图像显示了SCJ的示意图：胸骨骨膜瓣（SPF）从胸骨的蓝色标记区域分离出来，同时仍固定在红色基底上。然后将黄色瓣片折叠覆盖在SCJ上，并通过穿过两个粉红色钻孔的缝线固定在锁骨上。额外的胸骨钻孔（绿色）用于使用FiberWire（浅蓝色）将SPF与8字形结构连接起来。

**生物力学测试**
使用单轴拉伸试验机（TH2730，Grip-Engineering，纽伦堡，德国，软件THSSD）对CPF进行了生物力学测试，以获得50%应变时的应力（σ(50%)、最大力（Fmax）、最大应力（σmax）、最大力时的应变（ε(Fmax)）以及失效时的应变（ε at failure）等参数。在生物力学测试中，骨膜瓣在其朝向SCJ的一侧被分离，即原始固定的基底处。瓣片没有修剪，但在定义的10毫米测量长度内尺寸相当；它们的横截面积是通过光学方法单独测量的。所有样本都使用带有橡胶涂层钢夹具（类型T240g+BV2，Grip-Engineering Thümler GmbH，纽伦堡，德国）进行夹紧，以防止滑动。这些夹具适用于高达5kN的拉力，最大夹紧力为10kN。所有真正的载荷-失效测试都是在2N的预载力和每分钟60毫米的拉伸速度下进行的。最大行程距离限制为80毫米，最大拉伸力不超过60N，因此远高于断裂时的伸长量。

**统计分析**
仅应用了描述性统计方法。连续变量以平均值、标准差和范围的形式报告。来自同一尸体的双侧关节被视为单独的测量结果。

**结果**
在所有九个检查的胸锁关节中，成功实现了准备好的锁骨瓣片的移动。外科医生的临床评估表明，这些瓣片稳定且抗撕裂，突显了它们在手术应用中的潜在适用性。准备好的锁骨瓣片的平均长度为3.5±0.7厘米（范围：2.0–4.0厘米），宽度为2.6±0.6厘米（范围：1.2–3.0厘米），胸骨重叠部分为2.0±0.5厘米（范围：1.3–3.0厘米）。在准备和固定锁骨瓣片之后，还对四个样本尝试从胸骨柄处分离胸骨骨膜瓣片，这也成功实现了，胸骨瓣片的平均长度为3.0±0.05厘米（范围：2.9–3.0厘米），宽度为2.6±0.5厘米（范围：2.0–3.0厘米），在锁骨上的重叠部分为2.1±0.1厘米（范围：2.0–2.2厘米）。

**CPF的生物力学测试**
结果显示，50%应变时的平均应力（σ(50%)为0.30±0.12 N/mm2，最大力（Fmax）为18.55±9.0 N，最大应力（σmax）为0.48±0.10 N/mm2，最大力时的应变（ε(Fmax)为1.69±0.82%，失效时的应变（ε at failure）为2.36±1.41%。图8显示了一个代表性的应力-应变曲线。最大拉伸应力可以在曲线的最高点读取；超过这一点后，样本开始出现颈缩现象。曲线的终点代表断裂时的伸长量，反映了样本在失效前能承受的最大应变。失效定义为应力-应变曲线的自发终止或首次降至最大弹性范围以下。

**讨论**
已经描述了多种治疗SCJ脱位的技术。在急性创伤性脱位的情况下，可以在成功复位后尝试保守治疗。然而，特别是腹侧脱位的再脱位率仍然相对较高[16, 17]。尽管如此，许多患者仍能获得令人满意的、几乎无痛的肩部功能。对于持续的症状——无论是由于急性创伤还是由于过度松弛导致的慢性不稳定——都建议进行手术稳定。对于前后脱位，已经报道了多种手术方法，包括使用缝合锚、钢板系统和移植增强[18,19,20]。近年来，使用腘绳肌移植的8字形重建已成为SCJ稳定的首选技术。Lacheta和Hinz等人[9, 10]展示了良好的中期和长期结果，包括5年和10年的随访结果。这些研究表明，使用腘绳肌肌腱自体移植进行胸锁SCJ重建显著改善了肩部功能，减少了疼痛，患者满意度高，并且在5年中期随访时结构存活率为90%[10]。即使在至少10年的随访中，这些积极的结果仍然保持，功能良好，疼痛水平低，重返运动的比例为100%，尽管有36%的患者出现了主观不稳定的复发[9]。尽管结果令人鼓舞，但使用腘绳肌移植也有一些缺点。需要两个锁骨钻孔和两个胸骨钻孔来将移植材料拉过SCJ，形成图8所示的配置。这些钻孔的直径通常至少为4毫米[10, 21, 22]。Qui等人的研究表明，锁骨胸骨端的冠状平面平均厚度为20.8±6.0毫米，这意味着大约38%的胸骨-锁骨厚度被钻孔穿透，具体取决于患者[23]。Petri等人2016年的研究评估了21名SCJ不稳定患者使用腘绳肌肌腱自体移植进行SCJ重建后的临床结果，显示出功能和服务评分的显著改善，患者满意度高，且无术中或术后并发症。尽管在三名患者中取得了良好的临床结果，但由于锁骨骨量不足，需要将标准8字形技术改为使用单个钻孔和环形重建[24]。这一发现表明，锁骨骨量不足并不罕见，但使用本文介绍的技术可以克服这一限制，因为只需要较小的锁骨钻孔来放置钢丝。在我们的尸体研究中，瓣片仅在三个侧面被抬起，并且靠近SCJ处保持固定。此外，胸骨和锁骨的钻孔可以显著减小到1.6毫米，这可能有助于降低骨折的风险。此外，可以在胸骨上创建两个皮质内的钻孔，从而减少对胸骨后结构损伤的风险[15]。Tytherleigh-Strong等人研究了一种针对初次急性前SCJ脱位的外科方法，涉及直接修复前囊并使用内部支撑钢丝进行加固。虽然没有进行额外的生物增强，但该技术旨在通过加强原有的前囊来恢复急性期的稳定性。报告的结果非常好，没有复发不稳定性，28个月的中期随访时QuickDASH平均得分为2.3[12]。与他们的技术类似，我们也会在急性期修复囊膜，然后使用FiberWire和瓣片进行额外的合成增强；在囊膜撕裂和瘢痕形成的慢性病例中，瓣片同样提供了局部可用的生物增强选项。我们技术的另一个优点是，与肌腱移植相比，骨膜瓣片具有高度的血管化，因此提供了更好的愈合潜力。此外，使用骨膜瓣片进行稳定比传统的8字形腘绳肌移植更为隐蔽。生物力学测试表明，CPF本身可以承受拉伸力；然而，如手术技术所述，主要稳定性由FiberWire固定提供，而局部可用的瓣片可能有助于愈合。

**我们的CPF技术的局限性**
我们的CPF技术的一个局限性可能是锁骨或胸骨上没有足够的骨膜组织。在某些特别是后侧脱位的罕见病例中，作者在手术中观察到骨膜可能与关节囊一起被剪切掉。在这种情况下，SPF可能是一个替代方案。我们技术的另一个优点是不需要从膝盖获取腘绳肌移植。这避免了潜在的并发症，如移植失败导致的肌腱过早断裂或由于隐静脉神经膝下分支损伤引起的感觉缺陷。早在2006年，Almazán等人就证明了8.3%的病例中会出现与腘绳肌移植相关的并发症。此外，多项研究报告称，由于隐静脉神经膝下分支损伤，高达88%的病例会出现感觉缺陷[25,26,27]。通过使用CPF或SPF的移动和固定，我们的手术技术可以避免这些潜在的并发症。虽然自体移植在生物整合和临床结果方面可能具有优势，但它们与上述并发症相关；因此，需要进一步研究局部可用的骨膜瓣片等替代方法作为潜在的生物增强选项[28]。在解释这些结果时，应考虑几个局限性。首先，样本量较小，这是尸体可行性研究的固有特点，限制了结果的普遍性。其次，尸体捐赠者的平均年龄相对较高，这代表了一个限制，因为SCJ损伤的患者通常较年轻；然而，这也表明即使骨膜存在与年龄相关的变化（包括厚度减少、细胞减少和再生能力降低），瓣片仍然可以在老年人中移动[29, 30]。此外，生物力学测试仅针对CPF进行了，仅限于采集的瓣片组织本身的结构特性。完整的重建结构（包括瓣片与8字形FiberWire增强的组合）没有进行结构级别的生物力学测试。因此，目前还不能得出关于最终重建整体机械稳定性的结论。最后，这项研究仅代表了一个纯尸体解剖可行性研究。尽管尸体实验允许标准化地评估解剖结构和组织处理，但它们无法再现生物愈合、重塑或临床结果。未来需要临床研究来验证这种技术在急性及慢性SCJ脱位中的有效性。

**结论**
这项尸体研究提供了一个早期概念验证，证明了使用局部可用的CPF或SPF进行新型SCJ稳定的可行性。虽然这种方法可能通过减少与移植相关的供体部位并发症和潜在降低手术复杂性而具有优势，但仍需要进一步的生物力学和临床研究来确定其有效性和临床适用性。