兔膝关节解剖特点在建立前交叉韧带重建模型中的应用

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  摘要: 目的: 研究兔膝关节的前交叉韧带形态特点及股骨端、胫骨端骨质特点,为建立兔膝关节前交叉韧带重建的动物模型提供解剖学基础。方法: 采用成年新西兰大白兔(15只,30膝),①对兔(后肢)膝关节的屈伸活动度进行检查和记录;②对兔膝关节的前交叉韧带走行、外观进行描述,对交叉韧带长度及胫骨端足印区面积进行测量,对胫骨干骺端松质骨范围进行测量,对半腱肌肌腱及髌韧带长度进行测量。结果 :兔膝关节具有和人类膝关节近似的活动度,前交叉韧带的形态、走行与人类相似,但仍有明显区别于人膝关节的解剖结构。兔前交叉韧带的长度9.86±0.16mm(±s),胫骨止点足印区面积5.69±0.51mm2,半腱肌肌腱长度31.53±3.29mm,胫骨关节面以远松质骨范围10.76±1.84mm。结论: 兔膝关节具有与人类膝关节近似的活动范围,适合作为膝关节动物模型;半腱肌长度能满足最多2股自体肌腱重建;前交叉韧带胫骨止点范围较小,不适合行双束重建模型的建立;手术需注意胫骨端进针点位置,避免置于干骺端之外。
  关键词: 兔 膝关节 前交叉韧带重建 解剖动物模型
  Abstract:Objective: To study the morphological characteristics of anterior cruciate ligament and bone characteristics of the femur and the tibia end in rabbit knee joint,in order to provide the anatomical basis of animal model in rabbits knee anterior cruciate ligament reconstruction.Methods: To use the adult New Zealand white rabbit(15 rabitts,30 knees),①To inspect and record the flexion and extension range of motion of rabbit’s knee activity (Posterior legs);②To describe the appearance and courses over the anterior cruciate ligaments of rabbit’s knee joint, to measure the length of the cruciate ligament and the area of tibial footprint area, to measure the scope of cancellous bone of tibial stem epiphyseal end, and to measure the length of semitendinosus and the patellar ligament.Result: The range of motion of rabbit's knee joints are similar to human's, and while the appearance and courses over the anterior cruciate ligaments of rabbit's are also similar to human's, there are still some anatomical structures that are clearly different from human's knee joint. The length of rabbit anterior cruciate ligament is 9.86±0.16mm(±s), the area of tibial footprint area is 5.69±0.51mm2,the length of semitendinosus is 31.53±3.29mm, the scope of cancellous bone of tibial stem epiphyseal endis 10.76±1.84mm. Conclusion: The range of motion of rabbit's knee joints are similar to human's, thus it is suitable to use as animal model for knee joint;The length of semitendinosus?can meet up to 2 bundles of autologous tendon reconstruction;As the range of Anterior cruciate ligament on tibial end is small, it is not suitable to establish the model of double bundle reconstruction;During operation, we should pay attention to the entry point of the needle to avoid posit the needle outside the metaphysis.
  Keywords: Rabbit, Knee joint, Reconstruction of anterior cruciate ligament, Anatomical animal model
  实验模型的建立基于实验对象具备实验目的的解剖学基础。人的膝关节是人体最大最复杂的关节。许多基础研究需要通过动物的膝关节进行,最多见的实验用动物仍多以羊、犬及兔为主1,并且在膝关节的动物模型中常常需要对兔的膝关节进行各项解剖指标观察、测量、对比2,但并未对正常的兔膝关节解剖及活动度及特殊查体的说明。作为膝关节的的实验模型,需满足上述解剖结构。国内有研究3、4、5采用兔、犬作为膝关节相关实验研究,但并未就实验用兔、犬的正常解剖做分析和解释。本研究通过对兔膝关节的解剖进行观察、测量、分析,对兔膝关节做为实验模型提供依据和参考。   1材料与方法
  1.1材料成年新西兰大白兔(15只,30膝),雌雄随机,体重1.8-2.6kg由四川大学华西临床医学院动物实验室提供。实验前兔均观察2周未见异常,实验对动物的处理方法符合中华人民共和国科学技术部颁发的《关于善待实验动物的指导下意见》6,精密度为0.02mm的游标卡尺,解剖用相关常规手术器械。
  1.2观察指标对兔膝关节屈伸活动度范围进行测量和记录,经统计学分析其分布范围,对兔膝关节行切断前交叉韧带前后的lachman试验,记录移动度(范围),经统计学分析其分布范围(讨论:缺点是属于肉眼观察,准确性较低)。对前交叉韧带进行大体观察:测量前交叉韧带的长度及胫骨端足印区面积,用游标卡尺分布测量前内侧束(前缘)和后外侧束(后缘)的长度,取其平均值作为韧带长度7。并记录半腱肌肌腱及胫骨干骺端松质骨距关节面距离。
  表1 兔膝关节活动范围(±1.96*s)及正态性检验,α=0.05
  备注 #:±s,^:±1.96*s,*:P>0.05
  1.3试验方法。①兔后肢膝关节活动度的检查,定义膝关节完全伸直为0°,兔平卧位、以膝关节线中点放置量角器,并用备皮刀剃去大腿及小腿前方兔毛以便于观察角度,固定大腿于水平位、麻醉下被动屈伸小腿,记录膝关节活动范围,见表1。②对兔膝关节的前交叉韧带走行、外观进行描述记录,于前交叉韧带胫骨止点及骨股骨止点锐性切断,对其内侧束(前缘)和后外侧束(后缘)的长度进行测量和记录,并测量前交叉韧带胫骨端足印区面积。③测量胫骨平台关节面至胫骨干骺端松质骨最远端的距离并记录。④对半腱肌肌腱及髌韧带长度进行测量。
  2 实验结果,数据均采用SPSS 19进行统计学分析。
  2.1 兔膝关节活动范围符合正态分布,并计算其活动范围的95%的参考范围更具合理性8:伸直活动度15.1±1.8(±1.96*s),屈曲活动度131.1±11.2°,见表1。
  2.2 对兔膝关节的前交叉韧带进行大体观察和长度测量。
  2.2.1 兔膝前交叉韧带以外的重点解剖观察。①兔膝腘肌腱并不是位于股骨外髁外侧面,而是位于在膝关节股骨外髁前方,腘肌肌性部分止于胫骨远端,并不是协助胫骨的内旋和屈膝,而是协助胫骨的外旋和伸膝,这与人的腘肌作用大相径庭。见图1.c,d,e。②兔股薄肌非常纤薄,不易取腱,半腱肌明显,取腱容易,髌韧带宽厚,可根据不同移植物直径的需求取腱。
  2.2.2 兔膝关节前交叉韧带重建相关形态解剖观察:正常新西兰大白兔膝关节ACL纤维在走行过程中形成类似9,我们发现:①.兔ACL较人ACL的更加扁平,且后外侧束走行有明显的区别,人ACL的后外侧束附着点位于过顶点至股骨外髁内侧壁的最后缘10,而兔后外侧束股骨附着点位于髁间窝开口后方。见图1.a、b。②.在兔膝的屈伸活动中ACL的前内侧束和后外侧束走行是变化的。在伸膝状态时前内侧束与后外侧束相对平行,在屈膝状态时,前内侧束与后外侧束相交叉。见图2.b、c。③.兔ACL胫骨止点与人相似,位于外侧半月板后方并于半月板紧邻有部分纤维相互附着,前内侧束位于内侧髁间棘前方,后外侧束位于外侧髁间棘前方。见图2.a、d。
  2.2.3 对兔进行大体观察后,共15只兔(30膝)于前交叉韧带胫骨止点及骨股骨止点锐性切断,对其内侧束(前缘)和后外侧束(后缘)的长度进行测量和记录,取其平均值作为ACL的长度,得出结果:9.86±0.16mm。兔ACL胫骨止点足印区成长条形,按照矩形的方法计算其面积,计算得出前交叉韧带胫骨端足印区面积5.69±0.51mm2,。取半腱肌肌腱并对半腱肌进行编织,测得可编织的半腱肌31.53±3.29mm,测量髌韧带长度22.81±2.10mm。再将胫骨远端向近端逐步咬除骨皮质至松质骨出现,并测得胫骨平台关节面至胫骨干骺端松质骨最远端的(纵向)距离10.76±1.84mm,足印区相同面积的圆形区域的直径是2.69±0.12mm。对上述兔膝各解剖结构的测量行统计学正态性检验分析,均符合正态性分布,并由此计算其各测量值的95%的参考范围,见表2。
  表2 兔膝关节活动范围(±1.96*s)及正态性检验,α=0.05
  备注 #:±s, ^:±1.96*s, *:P>0.05
  3 讨论
  用兔作为前交叉韧带重建动物模型的建立的实验动物,有经济、便利等优势。但兔膝关节各项解剖结构特点如何,各项实验测量指标没有参考。本实验针对兔膝关节ACL重建模型的建立相关的解剖结构进行专项观察和测量,有助于兔膝关节ACL重建的建模设计和分析。
  3.1 兔膝关节活动范围在伸直活动度15.1±1.8°,屈曲活动度131.1±11.2°,大致活动范围11为15-130°,跟人类膝关节活动范围近似,最大的区别在于不能伸直到0°位,但这样的差别对于我们的进行的模拟试验有多大的影响还未见报道,但可以明确的是若实验兔膝关节活动度范围于此范围以外,需考虑是否有膝关节疾病或发育异常,此类试验兔应从实验中排除。
  3.2 兔膝关节也属于屈戌关节,但其中一些重要结构与人类的膝关节有明显区别,需充分认识和认真对待。①兔膝关节腘肌腱并不是位于股骨外髁外侧面,而是位于在膝关节股骨外髁前方,腘肌肌性部分止于胫骨远端,并不是协助胫骨的内旋和屈膝,而是协助胫骨的外旋和伸膝,这与人的腘肌作用大相径庭。这可能是兔膝关节不能伸直达0°位的原因之一。②兔股薄肌非常纤薄,不易取腱。国内学者12、13常常采用半腱肌行ACL重建,但均未提及股薄肌,而半腱肌是最常见的取腱点。本实验中,兔的半腱肌及髌韧带可编制长度分别为31.53±3.29mm、22.81±2.10mm,而前交叉韧带的长度为9.86±0.16mm,可满足移植物的长度需求,而且髌韧带较宽厚,可以根据需要取腱,满足不同直径移植物的需求。所以本实验认为,兔重建ACL膝部可常规选择的作为移植肌腱的取腱点为半腱肌及髌韧带,容易获取,长度足够。   3.3 兔ACL仍可分为前外侧束及前内侧束,但兔的ACL的后外侧束股骨止点明显区别于人ACL的后外侧束,这可能是兔膝关节不能伸直达0°位的原因之一。在兔膝的屈伸活动中ACL的前内侧束和后外侧束走行是变化的。在这点上,兔的膝关节活动与人一样,都是围绕一可变的圆心做偏心运动,故在屈膝90°行ACL重建时,可指导手术医生理解ACL止点的解剖特点和选择正确的隧道开口点。本实验测得兔ACL长度为9.86±0.16mm,行兔ACL相关研究时,正常ACL长度可以作为对比,为相关实验提供参考,并为拟以兔进行膝部实验时提供依据。若进行双股自体肌腱行ACL重建时,单根半腱肌的长度限制了最多行2股ACL重建,若要增加移植物直径,需另取髌韧带或对侧膝半腱肌,或其它部位肌腱,此结论为其他相关的实验前提供制定实验方案的依据和参考。兔前交叉韧带长度的范围有助于判断重建ACL时需要的移植肌腱需要的长度。
  3.4 关于兔前交叉韧带足印区的面积鲜有文献报道。而测定兔前交叉韧带足印区的大小,可以大致判断移植物的最大直径,本实验测得前交叉韧带足印区的大小为5.69±0.51mm2,兔的ACL解剖足印区为近似矩形的不规则区域,而重建的ACL止点为近似圆形的隧道口区域,所以将其足印区面积转换为相同面积的圆的直径为2.69±0.12mm,兔即不可超过此直径太多,否则已经不能模拟前交叉韧带重建。另外从实验数据可以看出,若行双束重建的相关研究,在足印区相同面积范围内行双隧道建立,且为了避免隧道间骨桥骨折,我们的试验数据为拟行双束重建时各隧道的直径提供参考。实验测得的胫骨端松质骨的范围,建立在移植肌腱需位于松质骨内的前提上,我们测得的胫骨关节以远的松质骨范围是10.76±1.84mm,此数据有助于指导在行胫骨隧道建立时的定位,避免移植肌腱漏于松质骨以外。
  本实验对ACL相关的兔的膝关节解剖做了一定的研究分析,得出一些可供参考的数据,但因样本仍相对较少,且其它一些解剖并未涉及。若需系统评价兔膝关节解剖,还有待于进一步研究。
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