崔国庆 | 喙突移位术治疗肩关节前脱位的生物力学研究进展

张淑涵1，张敏2，邵振兴1，崔国庆

1. 北京大学第三医院运动医学科 北京大学运动医学研究所 运动医学关节伤病北京市重点实验室（北京  100191）

2. 北京航空航天大学生物与医学工程学院（北京  100191）

基金项目：国家自然科学基金资助项目（82172423）；北京市自然科学基金资助项目（7222209）

通信作者：崔国庆

关键词：肩关节前脱位；喙突移位术；生物力学

引用本文： 张淑涵, 张敏, 邵振兴, 等. 喙突移位术治疗肩关节前脱位的生物力学研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2023, 37(5): 518-525. doi: 10.7507/1002-1892.202210059 

摘要

目的

对喙突移位术治疗肩关节前脱位的生物力学研究进展进行综述。

方法

查阅国内外有关喙突移位术治疗肩关节前脱位的生物力学研究文献，总结研究进展。

结果

当前研究结果表明，当进行喙突移位术时，应注意将骨块边缘与关节盂平齐，将其在矢状面上固定于关节囊发生破损的方向。若采用传统螺钉固定方式，则应采用双皮质螺钉固定，而螺钉材料等细节对生物力学特征影响较小。皮质纽扣固定作为一种新型固定方式，从单纯生物力学表现上略差于螺钉。术后喙突骨块最常发生骨吸收的部位为骨块近端内侧，分析可能与固定物导致的应力遮蔽有关。

结论

目前对于喙突移位术骨块固定方式及固定物选择尚无详细的指导规范，临床上针对不同损伤程度下的最优治疗方案、术后骨愈合及骨重塑的影响因素、术后骨关节面压力等问题，仍需通过高质量生物力学研究进一步明确。

正文

肩关节是人体中最为灵活的关节，与之对应的是其稳定性相对较差，导致肩关节脱位发生率远高于其他关节，约占全身关节脱位的45.3%[1]。其中，前脱位最为多见[1-2]。肩关节前脱位容易引起关节结构破坏、疼痛、不稳、力量减退等问题及症状[2]，对于普通患者可能会导致日常生活和运动能力丧失；而对于运动员，还会造成无法完成既定竞技动作、训练时长缩短等一系列问题，甚至提前结束运动生涯，极大影响运动表现[3]。若肩关节前脱位治疗不当，极易复发，从而转变为肩关节复发性前脱位。文献报道复发率为21%～48%[4-6]，复发性前脱位将导致病程及回归运动时程进一步延长。

肩关节前脱位治疗方式主要分为保守治疗与手术治疗，当前尚无统一的最优治疗方案[7-10]。保守治疗主要适用于年龄偏大、功能需求低及关节盂骨缺损面积小的患者[11]，主要方法包括将肩关节固定于体侧内旋位[12]或体侧外旋位[13]制动、物理治疗及肩关节周围肌肉力量训练[14]等。对于较为年轻（21～30岁）[5]、运动需求高[15]、关节盂存在较大骨缺损（>15%）[16-19]及复发性脱位[20]患者，更推荐手术治疗，常用术式有Bankart手术[21]、Remplissage手术[22]、Bristow手术[23-26]、Latarjet手术[27-29]、Eden-Hybinette手术[30]等。其中，Bristow手术与Latarjet手术是一类将喙突尖端连同联合腱一起移位至关节盂下方的术式[23-28，31]，二者合称“喙突移位术（Bristow-Latarjet术）”。

自Latarjet[27]于1954年首次报道喙突移位术以来，针对该术式，研究者们已在固定方式、固定位置、固定物等多方面进行了改良，但当前仍存在螺钉相关并发症发生率较高、骨不愈合等问题。生物力学测试作为协助评估术后关节稳定性、直观体现不同术式术后生物力学特性的方法，对于术式改良具有重要意义。本文从生物力学角度出发，对喙突移位术相关文献进行综述，以期为进一步完善喙突移位术操作规范、补充肩关节前脱位治疗方案、提高临床疗效提供理论基础。

1喙突移位术

喙突移位术通过骨块遮挡效应、吊床效应与悬吊效应共同提高肩关节前方稳定性，防止肩关节再次脱位。因其具有术后复发率低、临床功能恢复好等优点[32-33]，在运动人群的诊治中较为多用。

1.1喙突移位术的术后稳定机制

软组织手术如Bankart手术是通过直接修复破损盂唇及关节囊组织，恢复肩关节正常解剖结构，从而恢复肩关节稳定性。而骨性手术则多为非解剖型修复，在喙突移位术移位骨块过程中，移位喙突骨块、肩胛下肌及移位联合腱分别通过骨块遮挡效应[34]、吊床效应[35]及悬吊效应[36]，共同提高肩关节的整体稳定性。骨块遮挡效应是通过填补缺损的关节盂骨质，加深关节盂凹度的同时延长关节盂宽度，从而提高术后肩关节前侧稳定性。吊床效应由肩胛下肌实现，因在喙突移位术后移位喙突骨块尾端的联合腱会压住肩胛下肌下部，使得肩胛下肌如同吊床一般悬挂在肩关节前方，从而在肩关节进行中等范围运动时产生保护作用。而悬吊效应主要由联合腱实现，当肩关节外展到终末位时，联合腱横跨肩关节前方，起到防止肩关节脱位的作用。

1.2两类喙突移位术比较

研究显示，Bristow手术与Latarjet手术中远期临床结果无显著差异[37]。尽管其原理类似，但两者细节仍存在许多差别。首先，从喙突截取体积来看，Bristow手术仅截取喙突尖端，而Latarjet手术截取的喙突体积更大，由此导致创伤更大。其次，Bristow手术所需骨块小，只需1枚螺钉固定；而Latarjet手术则通常需要2枚螺钉固定，术后与螺钉相关并发症的发生率也相对较高[38-42]。因此，从减小创伤、降低与螺钉相关并发症发生率的角度来看，Bristow手术比Latarjet手术更有优势。但另一方面，由于Bristow手术植入骨块较小，其与关节盂接触面积亦较小，导致术后骨愈合率（74%）普遍低于Latarjet手术（91%）[43]。另外，生物力学研究表明，在关节盂无骨缺损时，Bristow手术与Latarjet手术对于恢复肩关节的稳定作用相当；但当关节盂骨缺损>15%时，Bristow手术后肩关节稳定性则显著低于Latarjet手术[44]。这也是当前临床医生较少选择Bristow手术的主要原因。

2喙突移位术的生物力学研究

2.1骨块固定方式

Latarjet术中全等弧方法（Congruent-Arc）放置骨块[45]是指在传统截取喙突骨块的基础上，将喙突骨块进行90° 翻转，将喙突内侧面贴于肩胛骨上，使其下表面与关节盂处于同一平面上。研究表明，采用全等弧方法放置骨块能更好地重建关节盂前缘，使其与正常关节盂在形态上更为相似[46]，在肩关节硬度及关节活动范围方面与传统方法无显著差异[45]。

在传统Bristow手术基础上，也有许多学者进行了改良， Lin等[25]及Shao等[26]报道了一类嵌入式Bristow手术（Cuistow手术），在喙突骨块和关节盂接触面上通过特制器械，制造了中国传统建筑中的榫卯结构，其2年以上临床随访结果显示，患者远期骨愈合率（>96%）显著优于传统术式（74%）[24]，分析与生物力学因素中固定系统稳定性增加、骨块旋转减少相关。除此以外，也有学者报道了一类不转移喙突骨块、只将联合腱转移至关节盂前方的手术方法[47]，生物力学试验结果表明，在仅存在软组织损伤的情况下，单纯联合腱转移术在重塑肩关节稳定性方面与传统Bristow手术无显著差异。

除以上骨块放置细节外，也有相关研究关注选用刚性固定或弹性固定、以及是否使用带线锚钉加强固定等固定物相关问题。Deng等[48]报道了一类使用双皮质纽扣配合缝线锚钉固定的改良Latarjet手术方式（LUtarjet手术），在术后平均8个月随访中，患者功能评分较术前显著提升，骨块愈合良好。尽管在多项临床研究中，使用弹性固定在术后早期具有极高的骨愈合率[49]，长期骨塑形结果也非常理想[26，50]，但有生物力学试验得出相反结论。Williams等[51]对比Latarjet手术中使用弹性固定（皮质纽扣）与双皮质螺钉的最大循环次数及失效应力，结果表明在骨块经受直接作用力时，皮质纽扣无法抵抗更大的骨块移位，在突然经受外力时骨块移位风险可能会升高，因此临床中使用弹性固定方法时应更加谨慎，有必要联合其他辅助方法共同维持肩关节术后稳定。但也有其他研究者提出不同见解，梁达强等[52]在类似条件下对比螺钉固定与纽扣固定的固定强度后认为，尽管皮质纽扣未能达到金属螺钉的坚强固定稳定性，但已能满足临床要求，应更注重其实际临床表现。

Schmiddem等[53]的研究表明，双皮质螺钉固定强度远高于单皮质螺钉。Weppe等[54]在10具尸体骨标本中进行生物力学试验，发现使用2枚双皮质金属螺钉的固定强度高于使用1枚可吸收界面螺钉。Alvi等[55]通过使用人肩胛骨标本进行体外测试，认为在Latarjet手术中，使用3.5 mm皮质螺钉和4.0 mm空心钉在系统失效能量及最大循环次数上无显著差异，临床医师在选择时仅需考虑个人习惯。Saleky等[56]的研究表明，在Latarjet手术中使用缝线锚钉的固定强度与传统螺钉固定无显著差异，缝线锚钉可作为临床中可被替选的固定物。

Huish等[57]对8篇Latarjet手术相关生物力学试验进行了系统性综述，结果表明在抵抗剪切力方面，螺钉固定的最大失效载荷比皮质纽扣固定高396.8 N ［95%CI（149.8 N，643.7 N）；P=0.002］；在抵抗拉力方面，不同固定物的最大失效载荷无显著差异。此外，抗拉伸强度受钻头直径影响较大，直径每增加1 mm，平均极限破坏载荷会减少127.4 N［95%CI（41.2 N，213.6 N）；P=0.004］。因此，他们认为在Latarjet手术中，使用螺钉固定及最小化钻头直径可获得针对抵抗剪切力和拉力的最大极限破坏负荷。

综上，当前在喙突移位术的骨块固定方式、固定物选择及固定形式等方面已有多种改良术式。固定物方面，若采用传统螺钉固定，则应选择双皮质螺钉固定方式，螺钉材料等细节对生物力学特征影响较小，可根据术者习惯自由选择；皮质纽扣固定作为一种新型固定方式，从单纯生物力学表现上略差于螺钉，但临床随访结果暂无显著差异，且远期骨吸收与重塑方面皮质纽扣表现优异。以上结果均需高等级证据临床研究以及更加深入的生物力学研究来进一步证实。

2.2骨块固定位置

喙突移位术中，移位骨块在关节盂前方的固定位置可从冠状面和斜矢状面两个层面上分别进行描述。冠状面上，依据骨块外缘与关节盂面的相对位置关系，可将骨块位置分为相对关节盂突出、与关节盂齐平及相对关节盂向内[31，40，58-59]（图1）。而在斜矢状面上，又可根据以盂上结节及盂下结节连线为直径的圆的钟点数，以骨块与关节盂接触的中心点为参考点，以右肩为例，将骨块固定在3点、4点或5点位置上；当在左肩进行判断时，则对应为9点、8点或7点[59]；而以3点钟为界限，也可分为赤道线以上、赤道线上或赤道线以下（图2）。

图1以关节盂边缘为标准确定的移位骨块位置a. 突出；b. 齐平；c. 向内

图2斜矢状位上以点钟位方式确定的移位骨块位置a. 无骨缺损的关节盂；b. 前侧缺损13.5%的关节盂

在临床实践中，研究者们通过总结骨块位置与术后临床评分及复发率等结果的相关关系，普遍认为冠状面上当采用齐平关节面的方式放置骨块时，术后发生骨关节炎及复发性脱位的概率更低，骨块相对关节盂突出会增加术后发生骨关节炎的风险，骨块过于向内则会显著降低稳定性，致使术后肩关节发生复发性脱位概率增加[31，40]。斜矢状面上，通常认为骨块不应高于赤道线，应置于赤道线上或略低于此[31，60]。

在冠状面上，Ghodadra等[61]进行体外生物力学测试，对比将移位喙突或髂骨骨块固定在突出、齐平及向内3类位置时，施加440 N压缩载荷后，盂肱关节前上、前下、后上、后下4个象限内接触面积及接触压力的大小。结果表明，以齐平关节盂方式固定骨块后的标本在关节面压力方面表现最优，当骨块相对关节盂突出时，不仅会增加关节盂前下象限内的峰值压力，还会使关节接触压力点转移到后上象限，从而有可能增加术后骨关节炎发生率。但该研究也存在一定不足，即在制造骨缺损时仍将缺损定位于关节盂前下方，即4点～5点方向，而Saito等[62]通过对复发性前脱位患者的三维影像进行测量，证实关节盂骨缺损主要存在于关节盂前方即3点方向，与关节上下径平行。因此，Ghodadra等[61]的研究中缺损方向设置错误，可能会对其象限的具体分析带来干扰。

而在斜矢状面上，当前仅有2篇文献报道将骨块置于不同点钟位时的生物力学结果，但这2篇文献在试验设计及结果解读方面各存在一定缺陷。Willemot等[58]于2013年发表了相关研究结果，他们对8具新鲜冷冻肩关节标本进行单向稳定性测试，对比将骨块置于关节盂不同位置时，肱骨头最内缘与关节盂最外缘触碰所需最大平移力（peak transla-tional force，PF）及脱位所需能量（the energy to dislocate，ETD）。结果显示，当关节盂脱位方向为前向脱位，即3点钟方向时，将骨块置于3点钟位（50%骨块位于赤道线以下）所需PF及ETD最高，即此时稳定性最高；而当脱位方向为4点钟方向时，将骨块置于4点钟位所需PF及ETD最高。因此，他们认为在骨性手术中，当骨块置于肩关节脱位方向，即观察到的盂唇及关节囊破裂位置上时，术后肩关节稳定性恢复最好。但该研究是采用髂骨骨块进行的模拟研究，只能体现移位骨块后的肩关节生物力学表现，其生物力学性能与同时移位联合腱的喙突移位术存在差异。另一方面，该研究直接将骨块移位至无骨缺损的完整关节盂上，这也与临床上骨性手术多用于存在关节盂骨缺损患者存在一定差距。Nourissat等[59]随后针对喙突移位术进行了类似研究，他们截取带联合腱的2.5 cm×1.0 cm×1.0 cm大小喙突骨块，将其以横躺位（模拟Latarjet手术操作方式）或站立位（模拟Bristow手术操作方式）将骨块固定于关节盂前方3点、4点及5点钟位，对比在对肱骨头施加前向或前下方向作用力时肱骨的前向位移。结果表明，当骨块以横躺位方式放置在4点及5点钟位，在承受来自同样方向载荷时，肱骨头向前及向下的位移均小于以站立位方式放置骨块，其中在4点钟位结果差异最明显，因此推荐将骨块以横躺位方式固定在4点钟位。该研究的不足之处首先在于其进行的站立位方式操作与临床实际不符，研究将截取喙突骨块长度统一为25 mm，而这与临床Bristow手术实际操作中骨块长度不超过15 mm差距较大，由此会导致术后联合腱起到的悬吊作用差异大，使其与站立位相关试验数据存在较大误差。其次，该研究中针对同一固定方式下不同固定位置、同一固定位置下不同固定方式之间的数据结果都仅有数值差异，并无显著统计学意义，因此以Latarjet手术方式将骨块固定在4点位时稳定性最高的结论并不完全可靠。

综上，喙突移位术在手术过程中应将骨块固定在关节盂及关节囊出现缺损的方向（约4点钟位）上，且在矢状位上骨块边缘应与关节盂齐平，此时肩关节整体生物力学效能最佳。

2.3喙突移位术后对肩关节及移位骨块的生物力学影响

喙突移位术后并发症发生率约为30%，其中与喙突骨块相关的并发症较为常见[42]，主要包括骨不愈合、骨吸收及骨块骨折，发生率分别为9.4%、3.2%及1.5%[39]。而骨不愈合及骨吸收与术后固定失效高度相关[63]，可能导致术后肩关节疼痛、运动能力降低，乃至发生再脱位。骨吸收的严重程度可通过术后CT进行评估，以固定物的暴露程度区分，通常可分为0～Ⅲ级[64]。Di Giacomo等[65]及Haeni等[66]通过对Latarjet术后患者CT进行定量分析，发现发生骨吸收的主要部位为骨块上部（近端），其体积在术后6周～6个月显著减小，其中喙突表面（身体前侧）吸收更多。

既往观点认为，术后骨块发生骨不愈合或骨吸收主要是由生物学因素或力学因素导致，局部血运较少或应力遮蔽是出现该现象的主要原因[66]。有学者认为Latarjet术后骨块及关节盂会发生骨重塑，最终重塑为与损伤前关节盂相似的形态，即正梨形[67]。生物学方面，Deng等[68]通过对大体标本进行血管灌注及Micro-CT扫描观察，发现喙突自身血供丰富，但传统Latarjet手术操作势必会切断移位喙突骨块的原有血供。而力学方面，研究者们多采用有限元模拟分析的方式进行局部应力探究。根据Wolff定律，骨组织的生长会受到力学刺激影响而改变其结构。当应力增大时，成骨细胞活跃、引起骨质增生；而当应力下降时，破骨细胞再吸收加强，骨组织量下降。一方面，喙突移位术后，肩关节在活动过程中，受力少的上部骨块会因此吸收更明显[67]；另一方面，因为固定骨块的螺钉刚度高于移位的喙突骨块，当其共同承载外力时，骨块承载的应力会小于正常应力，由此导致部分区域出现骨吸收，即出现应力遮挡。有研究使用有限元方法对Latarjet术后移位骨块进行应力分析[69-70]，结果显示Latarjet术后近端内侧喙突骨块受应力遮挡效应影响最显著[69]，因此这部分出现骨不愈合及骨吸收的风险最大。Alp等[70]对比了3种Latarjet手术骨块固定方式的力学表现，发现使用楔形板作为固定物会导致局部应力过高，可能不利于后续骨愈合过程。此外，Di Giacomo等[71]通过对比两组患者术后1年以上CT发现，术前关节盂骨缺损>15%的患者术后发生骨吸收的比例显著低于术前骨缺损<15%的患者，他们猜测是因这两类患者术后肱骨头给骨块的机械压力存在差别，由此导致骨吸收情况存在差异。

综上，既往研究在骨性手术后骨块发生骨吸收的生物学和力学方面均进行了一定探索。结果表明，Latarjet术后原有血供被切断，骨吸收最常发生的部位为骨块近端内侧，该部位发生的骨吸收可能与固定螺钉导致的应力遮蔽相关，也与术前关节盂是否存在巨大骨缺损相关。

3总结与展望

现有研究结果表明，进行喙突移位术时，应注意将骨块边缘与关节盂平齐，将其在矢状面上固定于关节囊发生破损的方向。若采用传统螺钉固定，则应采用双皮质螺钉固定方式，而螺钉材料等细节对生物力学特征影响较小；皮质纽扣固定作为一种新型固定方式，从单纯生物力学表现上略差于螺钉，但二者临床随访结果暂无显著差异，且皮质纽扣的远期骨重塑效果较好。术后喙突骨块最常发生骨吸收的部位为骨块近端内侧，该部位发生骨吸收的原因可能与固定物导致的应力遮蔽有关。但以上结论均需进一步证实。

但当前各类实验也存在测量方式繁多、测量标准不统一等问题，从而导致难以在不同生物力学文献中进行横向对比。此外，尽管当前研究者已通过悬吊重物等方式在肩关节测试机中模拟肩袖肌群及其他肌肉的加载，但这类方法依旧是建立在假设的基础上，并不能完全模拟实际状态下肌肉的加载状况，可能导致实验结果无法完全符合人体内真实状态，而这需要通过与工程类研究者共同开发植入式动态监测设备来解决。

综上述，现有文献已对喙突移位术骨块固定方式、固定位置及术后影响等方面进行了生物力学研究，但也存在测试指标不统一、无法横向对比等问题。针对临床中尚未探明的不同损伤程度下最优治疗方案、术后骨愈合及骨重塑的影响因素、术后骨关节面压力等问题，仍需通过高质量生物力学研究进一步明确，有限元模拟分析及植入式动态监测方法是未来的研究方向。

通信作者

崔国庆，主任医师，二级教授，博士生导师。北京大学运动医学科肩肘外科主任、康复科主任，北京市康复质控中心主任。AAOS指南中Hug-up抱抬抗阻及IRRTM外展外旋位内旋抗阻临床检查法发明人，肩关节脱位Cuistow 手术发明人，双榫卯髂骨植骨术发明人，肩袖撕裂M缝合的发明人。冬奥会科技部重大专项首席科学家。擅长肩肘膝关节运动损伤的防治与康复。美国肩肘外科协会ASES会员，欧洲肩肘协会SECEC会员，亚洲肩肘协会ASEA常务理事，亚洲肩肘精英俱乐部ASEG 成员，中华医学会运动医疗分会常务委员，北京医学会肩肘分会主任委员，中国医师协会运动医学分会肩肘学组组长，中国医药教育协会肩肘运动医学专业委员会主任委员，中国医药教育协会冬季运动损伤专业委员会主任委员，中华医学会康复教育学院副院长，《中华肩肘外科杂志》副主编，中国医师协会骨科分会肩肘外科工作组副组长，北京康复学会骨关节专业委员会副主任委员，奥运会国家队医疗专家，冬奥会医疗专家，自由式滑雪空中技巧队首席医疗顾问。

参考文献：略

中国修复重建外科杂志简介

《中国修复重建外科杂志》是由中华人民共和国国家卫生健康委员会主管，中国康复医学会、四川大学主办的国家级医学专业学术期刊。于1987年创刊，月刊，每月15日出版。期刊以“修复缺损、重建功能、改善外形，促进结构、功能、形态的完美结合”为办刊宗旨；学科领域覆盖骨科、手外科、显微外科、整形外科、口腔颌面外科、泌尿外科、神经外科、康复医学、再生医学等。期刊自1997年持续被国际权威医学数据库MEDLINE收录，2021年被美国国立医学图书馆PubMed Central (PMC)全文数据库收录，也是国内三大核心期刊数据库（中文核心期刊要目总览、中国科学引文数据库、中国科技核心期刊）来源期刊，是目前能够综合反映我国修复重建外科领域最高发展水平的学术期刊。期刊于2011年、2014年、2017年和2020年连续入选第2届、第3届、第4届以及第5届中国精品科技期刊。