Failure Properties of Common Tendon Origins at the Human Elbow after Static and Repetitive Loading

정적 및 반복하중 시의 주관절 Tendon의 파괴 물성치 측정

Based on clinical observations, it is suspected that the bone-tendon origin is the site where piratical failure, leading to pathophysiological changes in the humeral epicondyle after repetitive loading, is initiated Mechanical properties and failure patterns of the common extensor and flexor tendons of the humeral epicondyle under static and repetitive loading have not been well documented. Our goal was to determine mechanical properties of failure strength and strain changes, to correlate strain changes and the number of cyclic repetitions, and to identify the failure pattern of bone-tendon specimens of common extensor and flexor tendons of the humeral epicondyle. Mechnaical properties of human cadaver bone-tendon specimens of the common extensor and flexor tendons of the humeral epicondyle were tested under two different loading rates. No statistically significant difference in ultimate tensile strength was found between male and female specimens or between slow (10 mm/sec) and fast elongation (100 mm/sec) rates. However, a statistically significant difference in ultimate tensile strength between the common extensor (1190.0 N/$cm^2{\pm}$388.8) and flexor 1922.0 N/$cm^2{\pm}$764.4)tendons was found (p<0.05). When loads of 25%, 33%, and 41% of the ultimate tensile strength of their contralateral sides were applied, the number of cycles required to reach 24% strain change for the common extersor and flexor tendons were approximately 8,893, 1,907, and 410, respectively. The relationship between cycles and loads was correlated ($R^2$=0.46) Histological observation showed that complete or partial failure after tensile or cyclic loadings occurred at the transitional zone, which is the uncalcified fibrocartilage zone between tendon and bone of the humeral epicondyle. Sequential histological sections revealed that failure initiated at the upper, medial aspect of the extensor carpi radialis brevis tendon origin. Biomechanical and hstological data obtained in this study indicated that the uncalcified fibrocartilage zone at the bone-tendon origin of the common extensor and flexor tendons is the weak anatomical structure of the humeral epicondyle.

임상학적인 관찰에 따르면, 반복적인 하중에 의하여 뼈/건의 접합부분에 발생하는 부분적인 파손은 병리학적인 변화를 유발시킴으로 인하여 주관절의 상골과염(Epicondylitis)으로 발전시킬 수 있는 주요한 원인으로 간주되고 있다. 반복적인 하중이나 정적인 하중 하에서의 주관절에 위치한 신전건 및 굴곡건의 기계학적인 물성치와 파괴양상은 지금까지 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 상골과염과 직접적인 관계가 되는 신전건 및 굴곡건의 기계학적인 물성치인 파괴강도, 반복하중의 회수와 변형율(Strain)간의 연관관계 및 반복하중에 있어서의 생체조직학적 변화의 향상, 특히 파괴의 진행양상을 관찰하였다. 적용하중의 속도에 따르는 신전건 및 굴곡건의 파괴강도의 통계학적인 차이는 보이지 않고 있으나, 파괴강도에 있어서 신전건은 1199.0 N/$cm^2{\pm}$388.8, 굴곡건 1922.0 N/$cm^2{\pm}$764.4로, 굴곡건이 신전건에 비하여 1.6배 정도 크게 나타났으며, 상호간의 파괴강도에 있어서 통계학적인 차이가 있음을 보여주고 있다.(p<0.05). 조직학적 관찰에 의하면, 반복하중 하에서 뼈/건의 접합부분 특히 Uncalcified Fibrocartilage 부분에서 분리가 시작되었으며, 이는 상골과염을 발생시키는 주요생체조직부분이라는 것을 시사하고 있다.