1、实用骨科杂志 第1 5卷。第11期，2009年11月 文章编号：10085572(2009)1lO829一O4 前交叉韧带双束重建的解剖学和生物力学研究进展 王锋。赵金忠 (上海交通大学附属第六人民医院关节镜外科，上海200233) 中图分类号：R684 文献标识码：A 前交叉韧带(anterior cruciate ligamentACI )是维持膝 关节稳定性的重要结构。然而，ACI 损伤后不能自行愈合， 手术重建是运动医学领域中的标准治疗方法1。据统计，单 独美国每年有751O万例ACI 修复重建手术，在全部骨 科手术中排名第六位 。因此ACI 已经被重点研究ACL 手术的结果也受到密切
2、关注。 传统的ACI，单束重建重点放在ACL的一部分即前内 侧束(anteromedial bundleAMB)的重建上。尽管总体结果 是好的 成功率是69 95 但仍然有很大可以改善的空 间 。提高对正常AC1 解剖和生物力学特性的认识可能会 改善ACI 重建技术和传统于术的治疗结果 本文将重点对 ACI 双束重建相关的解剖结构和生物力学特点进行综述。 l ACt 的解剖 ACI 起点位于股骨外侧髁髁间凹面的后内侧部分，纤 维束经股骨髁问凹斜向远端前内侧走行，止于胫骨髁问隆突 之间及其前侧的坡面与内、外侧半月板前角之间。Girgis 等： 根据ACI 在胫骨端附着的相对位置将其分为两个功 能
3、束即前内侧束和后外侧束(posterolateral bundle，PI B)。 然而Amis等 ：描述了ACI 有三束的解剖结构除了AMB 和PI B之外还有中间束(intermediate bundleIMB)。因为 IMB在解剖和生物力学特性卜与AMB非常相似所以Gir gis等人的分法已被广泛认可。 11 AC 止点解剖解剖研究已经描述r AMB和PLB 相对整体ACI 的个性化特征。Odensten等 把ACI 的股骨 端起点描述成为长18 mm宽11 mm的椭圆形区域。在此区 域内，AMB占据外侧股骨髁(1ateral femoral condyle，LFC) 内侧壁的近侧部分。而
4、PI B占据更远侧位置并靠近LFC前 方的软骨缘。Harner等 通过尸体解剖研究发现，AMB和 Pl B两束股骨端的面积大致相等，分别为(474-13)mm。和 (491 3)mm 。最近研究报道，ACI 双束股骨端附着点的面 积男性(AMB 5 3mill ，Pl B 4 5mm )明显大于女性(AMB 39 mm!，PI B 39 mm )，左膝的平均面积大于右膝 。 在胫骨端，ACL的止点位于胫骨髁间隆突之间及其前 面的坡面向后延续到外侧半月板后角，所以ACI 胫骨附着 部形态更不规则，在大部分样本中ACI 胫骨止点呈三角形 但在某些样本中ACI 胫骨止点呈现椭圆形 ”j。ACI 胫骨
5、止点在冠状面上的直径范围是1013 mm，在失状面上 的直径范围是1519 mm 。 。PI B占据ACI 胫骨附着 区后外侧的小部分呈不规则块状；AMB则占据前内侧的大 部分像窗幕状将PLB覆盖。AMB的纤维与外侧半月板的 前角止点相融合，而PLB则发出纤维与外侧半月板的后角 相连。 。ACI 胫骨端附着区面积大约是股骨端的12倍， AMB和PI B的胫骨附着点面积分别为(5621)mm 和 (5321)mm 。 12 AMB和PI B解剖 AMB的长度大约为38 mm一。J。 关于PLB关节内长度的研究很少，Kummer等 。 报道PI B 关节内的长度为l78 mm。ACI 的横断面的形
6、态不规则，并 非标准的圆形或椭圆形，前后径大于左右径，并随膝关节的 伸屈活动而改变。Harner等E1 33报道了ACI 的横断面积自股 骨端至胫骨端逐渐增大，近段34 mm 中近段33 mm ，中段 35 mm。，中远段38 mm ，远段42 mm 。ACI 在胫骨端呈扇 形附着并形成了一个“足样区”。这种结构使得ACL在股骨 髁问阴前缘开口的顶壁下形成了皱褶弯曲1 。在膝关节伸 直位，ACI 前面的纤维紧贴于股骨髁问凹前缘，这种环形包 裹认为是“生理性摩擦”。ACI 的这种结构特点是移植物无 法替代的，也是临床上ACI 重建时隧道定位点靠前造成移 植物与髁问凹摩擦的常见原因。 2 ACL的
7、生物力学 AC1 的生物力学特性是由该韧带的形态及实质部分和 韧带与骨附着部抗张力特点决定的。基本上，ACI 的这种生 物力学特性是以该韧带长度和紧张度的变化关系为特点，即 在单轴抗张力试验中同时测量张力和相应长度来决定ACI 的生物力学特征。 21 ACL的结构特性 当给ACI 施加一恒定外力时，韧 Journal of Practical Orthopaedics Vo11 5，No1 1，Nov2009 带长度的变化被称为“蠕变”，然而，随着韧带持续性的延长 张力降低被称为“松弛”。在活体内，ACL的循环负重会逐渐 引起其蠕变和松弛，导致膝关节在体力活动后出现松弛。然 而，这种蠕变和松弛
8、是暂时的，在适当休息之后ACL将回到 以前的强度。这种特性对理解韧带功能和评估不同移植物的 性能和固定技术是非常必要的_1 。 Woo等_1 在新鲜尸体标本中对股骨-ACL-胫骨复合 体(femurACLtibia complex，FATC)进行了抗张力测试，并 报道了比较年轻的尸体样本(2235岁)的平均极限抗张力 强度为(2 160157)N，其最大刚度为(24228)Nmm。他 们也认为，ACL的最大抗断张力和刚度随年龄增大而降低。 最近，大部分ACL重建选用自体或异体的骨一髌腱一骨或 胴绳肌腱作为移植物材料。研究证明，10 mm宽的髌韧带移 植物具有(1 784-t-580)N的平均极
9、限抗张力强度和210 N mm的平均最大刚度，其结构特性已经被报道相当于正常 ACL的结构特性口 。对4股的胭绳肌肌腱移植物进行生物 力学分析发现平均极限抗张力强度和平均最大刚度分别为 (2 4224-538)N和238 Nmm。因为骨一髌腱一骨和胭绳肌 腱移植物与正常ACL具有相似的结构力学特性，所以这些 移植物可能是ACL重建的最佳选择对象。 22 ACL力学特性ACL的主要功能是维持膝关节胫骨 相对于股骨的前后向稳定性，ACL的前部分被认为在膝关 节屈曲状态下最重要，而后部分则在伸直位起最重要的稳定 性作用口 。Sakane等2叩对9具尸体膝关节O。9O。的活动范 围内施加22110 N
10、胫骨前向外力，通过连带通用动力传感 器的机器人手臂对ACL的应力分布情况进行了分析发现， ACI 的应力分布在不同外力大小、屈曲角度下及不同分束 之间是不相同的。屈伸运动中，110 N和22 N胫骨前向外力 下，当屈曲1 5。时ACL应力最大，为(1 1 061 48)N和 (2 5737)N；在屈曲90。时应力最小，分别为(711 295)N和(12873)N。不同分束在屈伸过程中应力变 化也不相同。屈伸过程中AMB切线模量、抗张力强度和应变 能量密度都较PLB大。AMB在屈曲角度大时所受应力更 大，而PLB在伸直位或者屈曲角度小时受力较大。外力110 N情况下，AMB最大应力产生于屈曲60
11、。、PLB在屈曲15。； 22 N时AMB最大应力在屈陆15。、PLB则出现在伸直位。 膝关节稳定性的评估不但要关注前后向稳定性，还应该 进行旋转稳定性的评估。因此，最近几年来对ACL抗旋转稳 定性的生物力学功能的研究在逐渐增加 。 。Gabriel等人 的研究中分别在屈曲0。、30。、60。和9O。时施加134 N的前拉 力，并在屈膝15。和30。时分别给予5 N的内旋应力和10 N 的外旋应力发现，PLB在膝关节伸直位张力最大，并随屈膝 角度增多逐渐变小；AMB的张力在屈膝到6O。过程中逐渐增 大。他们还发现，在屈膝15。和3O。时给予混合的旋转应力后， PLB的张力变得更大。这说明当膝关
12、节接近伸直位时并且在 复合应力的作用下，PLB对稳定膝关节起的作用尤为重要。 目前绝大多数ACL的生物力学研究都是通过动物或尸体标 本进行的。对正常人体生理状态下ACL受力情况了解很少。 最近的几个关于活体膝运动学分析研究评估了ACI 在不同 的功能活动中(例如，行走、跑步、急停)的抗旋转稳定 性l_2 。关于跑步和急停动作的运动学研究证实，与正常的 膝关节相比，ACI 缺损的膝关节在跑动过程中虽然表现出 正常的前后向稳定性，但却具有异常的旋转活动_2 。以MRI 为基础的活体运动学研究发现，随着膝关节屈曲角度的增 大，ACL的相互交叉扭转度也在加大。在完全伸直状态下， ACL的内旋度大约为1
13、00；然而，当屈膝到3O。时增大到200 进一步屈膝到6O。90。时ACL的内旋度将增大到4O。另 外，随着膝关节的屈曲ACL在关节腔内的位置也在变化。当 屈膝角度增大时，此韧带外侧部分增宽。有此说明，ACL可 能拥有一种限制胫骨内旋功能的向外的力量2 。 总之，ACI 是维持膝关节稳定性的重要结构，AMB是 维持膝关节前后向稳定性的主要结构，而PLB是维持膝关 节旋转稳定性的主要结构。目前对于PLB的解剖知识及生 物力学功能的认识在逐渐深入，为成功实施ACL解剖重建 奠定了基础。了解生理条件下ACI 受力变化规律，不但可以 指导ACL的重建，还可以对术后指导康复锻炼、促进功能恢 复有重要意义
14、。 23 ACL生物力学在临床上的应用 近年来，随着关节镜 技术的发展，关节镜辅助下ACL解剖双束重建的病例在逐 年增加。临床结果表明，解剖双束重建较单束重建更好地恢 复了前后向和旋转稳定，功能更接近正常ACL2 q 。在这 些试验中，所选用的病人数较少(2035例)，可能是其缺 点。最近，Kondo等口妇对328例自体胭绳肌腱重建ACL的 病人随机分成两组，即157例行单束重建，171例行解剖双束 重建。随访2年后发现，解剖双束重建组比单束重建组更能 够改善病人的前后向和旋转稳定性。 ACL重建成功的一个非常重要因素就是隧道的正确定 位。Rupp等I3 人报道了ACL重建术后关节松动的最有可
15、 能的原因为骨隧道的错误定位。Fu等333又进一步报道了在 ACL重建中普遍的技术错误就是股骨端和胫骨端隧道定位 偏前。骨隧道定位偏前会明显影响移植物的长度和生物力学 功能，造成重建手术的失败。在临床上有许多方法指导骨隧 道的定位。在股骨端，最常用的影像学方法为Bernard等人 描述的象限法。Mochizuki等。 通过钟表法描述了右膝 实用骨科杂志 第15卷第l1期，2009年11月 AMB和PI B的股骨端中心附着点分别位于1O：2O和8：5O (左膝分别为1：4O和3：1O)。最近，Fu等 通过解剖研究发 现在AMB和PI B的股骨附着点之问有一骨嵴。当屈膝9O。 时近似垂直走向。他们
16、认为此解剖标志可能是指导ACI 重 建时股骨端隧道定位的关键。在胫骨端，骨隧道位置偏前可 引起移植物与髁间凹的撞击，偏后会使得移植物走向趋于垂 直降低其抗胫骨前后向移动的力学功能。Yamamoto等l3 以后交叉韧带胫骨止点前57 mm作为隧道定位点。 ACI 的纤维束在整个膝关节运动过程中表现出不同的 紧张形式和排列方式。当膝关节伸直时，ACI 股骨端两附着 点呈垂直排列，而其双束则呈平行排列，其中PI B紧张；当 膝关节屈曲9O。时。ACI 股骨端两附着点呈水平排列AMB 股骨端附着点向后向下旋转相反PI B的股骨端附着点却 向前向上旋转，此时AMB紧张。这种附着点排列关系的变化 可使得A
17、CI 的两束之间产生相互扭转力。Zhao等 采用反 向重建ACI 即前内侧束变成术后的深束而在解剖中ACL 的深束即后外侧束变成了术后的浅束。此技术与传统的解剖 重建相比，两束纤维有一个更加明显地反向扭转，加剧了韧 带纤维整体紧张度并且还可以增加接近伸直时膝关节的稳 定性。但在临床上比较两者的优势如何还需进一步证实。 4小 结 随着人们对ACI 解剖和生物力学认识的加深。ACL重 建手术疗效有了明显提高。单束重建不能实现解剖重建，术 后ACI。功能尚不能恢复正常。根本原因在于对ACL功能解 剖和生物力学规律认识有限。为实现解剖功能重建，熟悉 ACI 双束的解剖学和生物力学特点是非常重要的。这可
18、能 更好地恢复膝关节的前后向和旋转稳定，功能更接近正常 ACI ，收到较好的长期临床效果。但是，目前对ACI 解剖和 生物力学的研究仍不完全将来在此领域的研究应重点放在 对旋转稳定性和活体膝复合运动的深入认识。 参考文献： 】 E23 Bach BR Jr1 evy ME，Bojchuk J，el a1SingleincJ sion endoscopic anterior cruciate ligament recon struction using patellar tendon autograft：Minimum twoyear followup evaluationJAm J Sport
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