兔肩关节前向不稳实验模型的建立

印钰 敖英芳 王健全 刘平 梅宇

北京大学第三医院运动医学研究所（北京 100191）

创伤性前向不稳是最常见的肩关节运动损伤，常见于橄榄球、摔跤、体操、手球等运动项目中。由于肩关节的解剖特点是有“高度的灵活性”，故很容易发生脱位。根据一般创伤统计，其发生率约占全身关节脱位的50%。随着其发病率明显增加，有关治疗学的研究已引起临床界的极大关注［1］。肩关节在首次脱位发生后，年龄小于20岁的患者复发的可能会达到90～95%［2，3］。经常参加冲撞性体育活动或过头体育活动的患者常导致复发性肩关节不稳，从而引发关节囊、盂唇病变［4，5］。构成肩关节的肱骨头和关节盂也会引起不同程度的关节软骨损害，甚至导致发生骨关节病，明显影响体育运动能力和日常生活［6］。复发性肩关节前向不稳的治疗效果受骨结构损伤状况、盂唇损伤情况、关节囊韧带松弛程度等多方面因素的影响，目前疗效仍然欠佳，这需要更多研究以提升其治疗效果。

动物模型是骨科及运动医学实验研究发展的重要工具，是基础研究与临床应用间的桥梁。新的治疗手段或手术方法在动物模型上首先尝试操作及应用后，将为进一步的临床治疗提供宝贵的经验。成熟的动物模型能够为理解疾病的自然发展过程、评价临床治疗的效果、发展新的手术技术或改进已有的手术技术提供了良好的支撑［7］。

因为人类直立行走后的肩关节活动是实验动物无法模拟的，而相应产生的肩关节的解剖结构变化及生物力学特性同样是实验动物很难模拟的，故制作能真正模拟人类肩关节不稳表现的动物模型难度很大。到目前为止，肩关节不稳的基础研究基本只能通过使用尸体标本进行，用于研究肩关节稳定性方面的动物模型在国际及国内文献中均未见报道，这是肩关节不稳研究方面的缺憾与不足。

随着创伤性肩关节不稳发病率不断增加。如果能够创建简单而有效的肩关节不稳动物模型，将为了解肩关节不稳的病因学、发病机理和评价手术技术提供有价值的科研平台，利于治疗和康复。本研究通过解剖正常兔的肩关节，了解其与人类肩关节解剖结构的相似性，并在此解剖基础上尝试制作兔肩关节前方不稳的模型，并初步测量其关节活动度及关节稳定性，为建立相对完善的兔肩关节不稳模型和进行相关组织学及生物力学研究提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 兔肩关节活动度测定

取骨骼成熟的雄性新西兰大白兔6只，体重2.5～3kg左右，静脉注射药物处死后，仰卧位平放，以其上臂自然放置时的所在位置确立为中立位，然后牵动其前臂向分别在矢状面、冠状面及水平面内分别向头、尾、腹、背侧活动达最大范围，以量角器测量活动后位置与其在中立位时位置的夹角，根据人肩关节活动范围的测量名称，记录兔肩关节在各方向上的活动度。

具体记录名称如下：（1）在矢状面内，上臂由中立位开始向头侧方向活动定义为前屈，上臂向尾侧方向活动定义为后伸，见图1A；（2）在冠状面内，上臂自中立位开始远离躯干方向活动定义为外展，靠近躯干方向活动定义为内收，见图1B；（3）在水平面内，肘关节屈曲，自中立位开始向背侧方向转动肩关节定义为外旋，向腹侧方向旋转定义为内旋，见图1C。

1.2 兔肩关节解剖学测定

解剖上述6只兔的12个关节肩，主要观察肩关节周围肌肉组织、骨骼构成、盂肱关节的骨性标志等。

1.3 兔肩关节稳定性测定

将其前肢连带肩胛骨自胸壁处离断：切断固定连接肩胛骨的肩带肌群，保留肩袖肌肉及肌腱，保留肱二头肌、肱三头肌等上臂肌肉。

以一手拇指及食指固定其肩胛颈内侧，另一手拇指及食指固定肱骨头下方，向关节前方（向其腹侧）移动肱骨头，操作方法见图2。根据其移位的距离来评估其关节的稳定性，Hawkins肱骨头移位评分将肱骨头的移位分为三度：1度：肱骨头移位距离相当于肱骨头直径的25～50%；2度：肱骨头移位距离相当于肱骨头直径的50%以上；3度：肱骨头完全脱位于肩胛盂外。

1.4 兔肩关节前方不稳模型制作

取骨骼成熟的雄性新西兰大白兔18只，体重2.5～3kg左右，进行肩关节手术操作。其中12只为实验组，手术方法见后详述，分别于术后6周及12周（各6只）结束饲养并取材。其余6只为对照组，仅切开皮肤及表层肌肉组织，保留肩胛下肌、关节盂周围组织的完整性，饲养至术后12周取材。

1.4.1 实验组手术方法

兔肩关节手术在全麻下（10%乌拉坦，5ml/kg，如术中效果欠佳，可追加1ml氯胺酮肌肉内注射）进行。动物置于仰卧位，四肢分别于远端以绷带捆扎束于手术台上。右前肢肘部屈曲，上臂靠于体侧可外展至30°。

使用肩关节前方（腹侧）切开入路。在肩关节最高点摸清锁骨，以肩锁关节内侧锁骨中外1/3处起，斜形切口长4～5cm，切开皮肤，并深达皮下。牵引开皮肤，切开筋膜，显露三角肌的锁骨头。可清晰辨别出三角肌纤维中的头静脉，沿头静脉外侧切开三角肌，并分离显露下方肌层，为方便显露还可沿锁骨将三角肌锁骨侧作水平切开将其向外侧翻开。此时可在上臂中段找到肱二头肌腱，可将弯钳贴着肌腱内侧处的筋膜裂隙放置到胸肌下方，切开并分离下方的胸肌纤维，显露位于肱二头肌腱内侧的喙肱肌（图3A）。

尽量接近喙突处切断喙肱肌肌肉及肌腱，并上下游离，肩胛下肌及肩胛下肌可以很清晰地暴露出来（图3B）。距离其肱骨小结节止点3～5mm处切开肩胛下肌下方部分的肌肉及肌腱，切开范围可达其肌腱宽度的1/2～2/3。将其内侧断端向内侧稍作游离，并缝线标记，防止回缩过远，便于术后缝合。肌腱下方是前方关节囊，非常薄弱但有韧性，会随着切开肩胛下肌腱而破裂，有清亮的关节液流出。

盂肱关节显露出来（图3C），分离肩胛颈周围的软组织，以大弯钳平行于关节盂夹持住肩胛颈并稍向上提起肩胛骨。此时让助手握住手术侧肘关节，将上臂外旋至极度，肱骨头及关节盂明显分离（图3D），剪开并分离关节盂前下方的关节囊韧带组织并切除前方盂缘组织（盂唇组织及其附着的关节盂前缘1mm的骨质部分）以形成关节前方的组织缺损。

生理盐水冲洗伤口干净后，内旋肩关节，缝合切开的肩胛下肌肌腱两针。逐层缝合喙肱肌、胸肌及三角肌，最后缝合皮肤。

1.4.2 术后处理

手术后动物笼养，不限制其活动。术后前三天，肌肉注射40万单位青霉素预防感染。

1.4.3 标本取材及测量

术后6周、12周按计划分批注射过量乌拉坦处死动物。再次根据前面描述的方法检查兔肩关节活动度。

解剖手术侧肩关节，切断固定连接肩胛骨的肩带肌群，保留肩袖肌肉及肌腱，保留肱二头肌、肱三头肌等上臂肌肉。固定肩胛骨，以前面描述的方法及评分标准记录关节稳定性。

1.5 统计学分析

采用SPSS11.5统计软件，配对t检验比较实验组术后6周及12周关节活动度，以及实验组术后12周与对照组关节活动度，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常兔肩关节活动度及稳定性测量结果

兔正常肩关节活动度如下：屈曲170°，后伸45°，外展 170°，内收 70°，内旋 70°，外旋 90°。

在固定肩胛骨，推移肱骨头测量肩关节前向移位活动度时发现关节稳定，没有明显移位。

2.2 正常兔肩关节解剖结果

兔肩关节骨性结构中，锁骨、肱骨、肩胛骨的相互位置关系基本与人相同。肩胛盂周围的骨性突起如喙突、盂上结节、盂下结节的毗邻位置与人接近。关节盂位于肩胛骨上外侧，向外、下、前与肱骨头相对应。关节盂前缘中部同样有因肩胛下肌走行而形成的凹陷。

兔肩关节周围的肌肉结构，同样存在着与人类似的三角肌、斜方肌、肩袖（冈上肌、冈下肌、小圆肌及肩胛下肌）、肱二头肌及肱三头肌。与人的肩关节前方解剖接近的是其肩胛下肌走行于喙突及喙肱肌的下方，在通过喙突及喙肱肌和关节盂形成的拱形隧道后止于肱骨小结节。与人的肩关节不同，兔肩胛骨的肩峰是相对发育不全的结构，它形成拱门结构，冈上肌腱并不通过其下，而是冈下肌及小圆肌通过其下方。

兔关节囊结构前上部分无明显盂唇结构，松散附着于肩胛盂。盂唇位于前下，前下部分关节囊结构明显较前上部分致密强韧，类似于人的盂肱下韧带复合体结构。

2.3 术后兔肩关节稳定性检查结果

对照组动物肩关节稳定性正常。

所有实验组动物关节前向稳定性均下降。术后6周取材的6只动物中，4只发生2度前向不稳，2只出现3度前向不稳；12周检查结果与6周时基本相同。结果见表1。

表1 术后兔关节稳定性检查结果（只）

2.4 术后兔肩关节活动度检查结果

对照组肩关节活动前屈、内收、后伸与正常肩关节活动度一致，内旋、外展、外旋略受限。实验组关节前屈、内收活动度无明显改变，后伸、内旋、外展及外旋活动较对照组受限。

表2显示。实验组术后6周及12周关节活动度差异无统计学意义；实验组术后12周关节活动后伸、内旋、外展及外旋角度与对照组比较差异均有统计学意义（P<0.05）。

表2 术后兔关节活动度检查（单位：°）

3 讨论

3.1 选择兔作为肩关节不稳模型动物的依据

在关节不稳的动物实验方面，个别研究使用绵羊肩关节评估关节囊褶缝时关节囊的愈合情况是否等同于切开手术时关节囊移位术后的关节囊组织的愈合情况。Obrzut使用离体组织培养的绵羊肩关节去评估射频气化能量作用于关节囊深度及温度特点［7］。但以上实验均没有涉及肩关节稳定性的研究。

在肩关节其它常见疾病的研究方面，肩袖病变的研究一直是重点内容，所以研究肩袖病变的动物模型在最近10年中不断发展，取得了令人满意的实验结果，其模型动物主要有大鼠、兔、狗、羊［8-13］。我们在用于肩袖损伤的常见实验动物中进一步选择了适于进行肩关节不稳研究的实验动物。入选的动物应符合以下四个重要的基准点：第一，模型能模仿人肩关节在结构和功能上的生物力学特性。最好是其盂肱关节的骨性结构能模仿人的盂肱关节前后向移位稳定性检查时的表现；第二，模型的盂肱关节周围的软组织结构在组织学方面与人的结构类似；第三，模型应该足够大，手术操作可重复性好；第四，实验动物易于获得，易于饲养和管理，费用相对低廉。

大鼠是应用最广的肩袖研究模型动物，但大鼠盂肱关节关节面过于细小，手术操作难度大。绵羊和山羊是体型大、体重大的动物，它们在手术后会立即使用肩带肌肉站立起来。这种站立负重会导致该模型中的缝合常常失败。

兔是四肢着地活动的动物，其肩关节在日常活动中的作用与人相比有很大的差别，但在肩袖损伤与修复方面，兔模型已经得到了广泛的应用。笼养时，家兔不仅有四肢着地的活动，还常有用双下肢站立并以双上肢抱持或扶持他物的动作，比其它常见的实验动物相比有更多的上肢单独活动的机会，而且其上肢承担体重行走的负荷较少。

本实验解剖结果显示，兔肩关节在骨性结构、周围肌肉组织结构及关节囊韧带结构等均接近于人肩关节。兔盂唇及关节囊结构前部及前上部松散附着于肩胛盂，下部明显致密强韧，类似于人盂肱下韧带复合体结构。而与人肩关节前方更为接近的是关节盂前缘中部同样有因肩胛下肌走行而形成的凹陷，其肩胛下肌走行于喙肱肌的下方，在通过喙突及喙肱肌和关节盂形成的拱形隧道后止于肱骨小结节（图3A，图3B）。

采用躯干肢体角测量发现兔肩关节活动度（屈曲170°，后伸 45°，外展 170°，内收 70°，内旋 70°，外旋90°）接近于人肩关节活动度（屈曲180°，后伸60°，外展180°，内收 75°，内旋 70°，外旋 90°，以上为美国国家骨科医师学会颁布的肩关节正常活动度参考值）。

通过研究兔的日常行走步态可知，兔行走时其前肢活动分为爪前伸用力期、中间站立期和抬起期三个时段，伴随肩胛骨的活动，其肩部活动范围基本接近人。而兔在爪前伸用力期时，后肢及躯干离地，前肢单独着地并用明显用力压地动作，而且前肢肩关节相应位置X线片显示其盂肱关节相对活动度超过90°，故兔的肩关节有可能模拟人类的部分肩关节动作（类似于恐惧试验时肩关节的受力动作），具体还需要进一步相应的生物力学研究结果支持。

相比较其它动物，兔的获得和饲养相对简单，费用相对低廉。笔者所在的运动医学研究所曾大量使用兔作为实验动物进行内侧副韧带损伤修复、软骨损伤修复、韧带重建及半月板修复等实验研究，对于兔的获得、饲养、麻醉、手术及术后看护均有成熟的经验。

3.2 兔肩关节前向不稳模型的初步结果

本实验结果显示，对照组兔肩关节活动度基本无受限表现，而实验组除前屈及内收基本未受影响，后伸、外展、内旋及外旋受限明显。

手术后对照组兔关节稳定性正常，而实验组明显降低，检查结果显示所有实验组兔的肩关节存在2度以上关节不稳，表明我们采用的手术方法能制作兔肩关节前方不稳。另外，实验组术后6周和12周关节活动度及稳定性情况接近，无显著差异。随着时间推移，实验组关节稳定性及活动度均无明显改善，可见其关节功能并不能随康复时间增加而自行恢复。

由于在手术中兔肩关节前方肌肉组织切开较多，缝合后会造成一定程度的瘢痕形成，导致所有手术后肩关节的外展外旋活动度出现不同程度下降。外展外旋活动度下降会在一定程度上限制肩关节的前向移位。但实验组动物结果显示，其关节前方的稳定性明显下降，提示瘢痕化的内收内旋的肌肉组织并不能进一步帮助肩关节稳定，由此提示切断关节囊韧带及切除盂唇组织对于肩关节前方稳定性的影响较大。

3.3 兔肩关节前向不稳模型的缺点和前景

本实验存在以下不足。首先，兔关节盂相对较小，手术操作难度稍大，但经过摸索后手术入路基本定型，手术操作重复率大为提升。二是兔前肢是负重肢体，其在日常活动中并不能真正模拟引起人肩关节前向不稳的过头活动。

我们将在初步探索的基础上继续研究，进一步了解该模型的优点和局限性，为肩关节前方不稳的临床研究及实验研究提供新的思路。我们准备进一步进行盂唇移植重建后观察其组织学变化，同时设计并研究兔盂肱关节稳定性的生物力学测定系统及相关模具用以评估量化盂唇移植后的关节稳定性变化，以进一步完善该实验模型并努力拓宽其应用前景。

4 小结

本实验通过初步建立兔盂肱关节前向不稳模型，证明兔是建立肩关节不稳动物模型和进行相关实验研究的合适动物，本实验所建立的兔肩关节脱位模型适用于盂肱关节前向不稳的研究。

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