人膝关节前交叉韧带的解剖以及重建手术的生物力学和临床研究

摘要

一、人膝关节前交叉韧带的解剖及临床意义 目的：对人膝关节前交叉韧带（ACL）的大体分束、行走方向以及附着处的解剖形态学特点进行观察研究，对其长度、宽度、厚度以及在不同关节位置的受力情况进行测量，从而为临床上单束和双束重建ACL提供更详细的解剖和力学依据。 方法：观察28例成人膝关节标本，冷冻保存标本14例、经福尔马林浸泡的标本14例（由湘雅医学院解剖教研室提供），标本均来自不同的尸体标本，股骨端及胫腓骨端各保留10cm长的残端，剔除膝关节周围的皮肤、肌肉、关节囊及髌骨，保留内、外侧副韧带，前、后交叉韧带及内、外侧半月板，剔除前交叉韧带表面的滑膜组织，使前交叉韧带及其附着处清晰可见。用游标卡尺测量韧带前内侧部、后外侧部的长度，中央部的宽度和厚度，被动屈伸膝关节，测量屈伸过程中前交叉韧带纤维的张力变化，了解不同关节位置时这些测值的变化及韧带的张力；自前交叉韧带中上段开始，沿纤维束走行向上、下分开，止于股骨、胫骨附着处，将其分为前内束（anteromedial bundle，AMB）和后外束（posterolateral bundle，PLB），AMB和PLB分别从胫骨和股骨附着处切断，同时描记附着处的轮廓。用手术显微镜、组织切片和Micro CT扫描了解韧带及其附着部骨组织的结构。测量数据应用SPSS 13.0统计软件包处理，各个测量值均以均数±标准差表示。 结果：大体观察发现前交叉韧带位于股骨外髁内侧面的中1/3与胫骨髁间隆突前内侧之间，纤维由后外上斜向前内下，相互交织，没有明确的纤维束，只能人为地分为AMB和PLB两个功能束。前交叉韧带胫骨附着处位于内侧髁间棘的前外侧，其后缘不超过髁间脊的最高点处；AMB位于前内侧，PLB位于后外侧；胫骨附着处的形状不规则，可分为倒三角形、椭圆形及四边形三种。前交叉韧带股骨附着处位于股骨外侧髁内侧面的后部，其边缘靠近远端和后侧的软骨边缘；AMB位于前内侧，PLB位于后外侧；股骨附着处的形状以椭圆形为主。附着部纤维以一定的角度和方向象吸盘一样与股骨和胫骨的骨面紧密相连。在膝关节伸直位时，前交叉韧带纤维在矢状轴上基本平行，呈扁带状；随着屈膝角度的增大，前交叉韧带股骨附着处的远后侧纤维束逐渐松弛，并向前转动，同时近前侧纤维束稍有松弛；当屈膝到90°时，股骨附着处的远后侧纤维束开始转到韧带的前下方，相应的纤维束开始紧张；在屈膝超过90°至130°，前交叉韧带股骨附着处的远后侧纤维束完全位于韧带的前方，所有韧带纤维均紧张。在屈伸运动中，从侧面可以看到ACL沿矢状面发生旋转，始终能见到两个不同的功能束，在大约屈膝60°时，中上段两个功能束分束最明显。膝关节屈曲运动，韧带前内侧部张力逐渐增加、后外侧部张力逐渐减少，两者交替紧张，韧带长度不变。显微镜和组织观察支持上述结果，Micro CT 扫描显示韧带附着部骨密度低，说明通常情况下韧带承受应力不大。韧带测值：前内侧部长32.06～38.68 mm，后外侧部长15.01～20.27 mm，中央部宽7.48～12.05mm，厚5.66～9.56mm。 结论：前交叉韧带位于股骨外髁内侧面与胫骨髁间隆突之间，两端吸附于骨面，纤维由后外上斜向前内下，相互交织。根据前交叉韧带内不同纤维束在膝关节屈伸运动中的张力变化，可将其分为前内束和后外束，而且功能分束的观点己被广泛接受。屈伸膝关节时韧带前内侧部和后外部纤维交替紧张，长度不变，保持韧带恒定的整体张力。前交叉韧带的测量值可作为前交叉韧带重建中的参考。国人前交叉韧带测量值较国外文献报道短小。 二、前交叉韧带重建的生物力学研究 目的：了解正常膝关节前交叉韧带的生物力学特性，比较单束和双束重建前交叉韧带的生物力学性能。 方法：冷冻保存的膝关节标本21例，标本均来自不同的尸体标本，股骨端及胫腓骨端各保留20cm长的残端，剔除膝关节周围的皮肤、肌肉、关节囊及髌骨，保留内、外侧副韧带，前、后交叉韧带及内、外侧半月板。将修整后的标本固定于可调式的夹具上，再将夹具固定于生物力学机。应用INSTRON 8032电液伺服疲劳试验机对膝关节标本前交叉韧带进行生物力学性能测试，以100mm力矩固定股骨和胫骨，在胫骨上端施加 5N/秒由后向前的推应力至 100N，分别测试膝关节0°、 30°、60°、90°和120°位的胫骨前移（负荷位移）和前交叉韧带应变（负荷应变）。将实验标本分组，每组7例，分别测试前交叉韧带正常、切断及单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建后的负荷位移和负荷应变。 结果：当加载应力为50N时，伸膝0°位的胫骨前移：正常前交叉韧带2.37±0.69mm，韧带断裂后 6.14±0.59mm ，单束重建后 2.69±0.28mm ，，单通道双束重建后2.49±0.39mm，双通道双束重建后2.41±0.50 mm。韧带断裂后胫骨前移明显大于其他四种情况，P值均<0.001，差异具有统计学意义。而其他四种情况之间比较，胫骨前移差距不大，P值均>0.05，差异不具有统计学意义。屈膝30°~120°位，五种情况的胫骨负荷位移与 0°位类似。从加载角度看，胫骨前移以屈膝30°最大。加载100N时胫骨前移情况与加载50 N时大致相同，组问比较的结果也一致，只是位移值大于50 N时。前交叉韧带的主要作用是约束胫骨的负荷前移，韧带断裂后胫骨的负荷前移明显加大，单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建后，胫骨的负荷位移较韧带断裂后均明显减少，向正常时回归；比较分析韧带的负荷应变，双束重建后的负荷位移和负荷应变更接近正常，即更符合正常前交叉韧带的生物力学特性。 结论：前交叉韧带的主要生物力学功能是约束胫骨相对于股骨的过度前移，损伤后胫骨负荷前移明显加大，导致膝关节失稳，应考虑手术修复。单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建都能恢复前交叉韧带对胫骨前移的约束。结合韧带的负荷应变，从功能解剖和生物力学角度看，以双隧道双束重建较为接近正常，但差异不显著。单隧道单束重建也能很好地恢复前交叉韧带功能，且从重建方式来比较，更为简单，目前在临床上应用更为广泛。 留内、外侧副韧带，前、后交叉韧带及内、外侧半月板。将修整后的标本固定于可调式的夹具上，再将夹具固定于生物力学机。应用INSTRON 8032电液伺服疲劳试验机对膝关节标本前交叉韧带进行生物力学性能测试，以100mm力矩固定股骨和胫骨，在胫骨上端施加 5N/秒由后向前的推应力至 100N，分别测试膝关节0°、 30°、60°、90°和120°位的胫骨前移（负荷位移）和前交叉韧带应变（负荷应变）。将实验标本分组，每组7例，分别测试前交叉韧带正常、切断及单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建后的负荷位移和负荷应变。 结果：当加载应力为50N时，伸膝0°位的胫骨前移：正常前交叉韧带2.37±0.69mm，韧带断裂后 6.14±0.59mm ，单束重建后 2.69±0.28mm ，，单通道双束重建后2.49±0.39mm，双通道双束重建后2.41±0.50 mm。韧带断裂后胫骨前移明显大于其他四种情况，P值均<0.001，差异具有统计学意义。而其他四种情况之间比较，胫骨前移差距不大，P值均>0.05，差异不具有统计学意义。屈膝30°~120°位，五种情况的胫骨负荷位移与 0°位类似。从加载角度看，胫骨前移以屈膝30°最大。加载100N时胫骨前移情况与加载50 N时大致相同，组问比较的结果也一致，只是位移值大于50 N时。前交叉韧带的主要作用是约束胫骨的负荷前移，韧带断裂后胫骨的负荷前移明显加大，单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建后，胫骨的负荷位移较韧带断裂后均明显减少，向正常时回归；比较分析韧带的负荷应变，双束重建后的负荷位移和负荷应变更接近正常，即更符合正常前交叉韧带的生物力学特性。 结论：前交叉韧带的主要生物力学功能是约束胫骨相对于股骨的过度前移，损伤后胫骨负荷前移明显加大，导致膝关节失稳，应考虑手术修复。单隧道单束、单隧道双束和双隧道双束重建都能恢复前交叉韧带对胫骨前移的约束。结合韧带的负荷应变，从功能解剖和生物力学角度看，以双隧道双束重建较为接近正常，但差异不显著。单隧道单束重建也能很好地恢复前交叉韧带功能，且从重建方式来比较，更为简单，目前在临床上应用更为广泛。 三、关节镜下腘绳肌腱重建前交叉韧带的临床分析 目 的：探讨关节镜下应用腘绳肌腱单束重建前交叉韧带的临床疗效。 方 法：自2014年9月 至2015年6月收治的42例行关节镜下腘绳肌腱修复前交叉韧带损伤的患者，经关节镜检查确定损伤部位、程度，对合并病损行镜下处理。经膝前小切口取18～24cm 腘绳肌腱并作修整，对折后成四股。在关节镜监视下，将胫骨定位器置于前交叉韧带胫骨止点中心或外侧半月板前角切线位，依定位器制作胫骨和股骨隧道，股骨隧道内口在股骨外髁内侧面，右膝11点，左膝1点位，距后壁7mm，引入重建韧带，屈膝30°观察韧带的位置和张力正常，分别用Endobutton和生物可吸收挤压螺钉固定肌腱，重建ACL的解剖结构和生理功能。术后即在膝关节支具的辅助下进行功能锻炼，半年不从事剧烈运动。 结 果：42例均得到术后随访，随访时间3～18个月，平均9个月。术后患者伤口均Ⅰ期愈合，8～10周膝关节屈伸功能恢复正常。抽屉试验和Lachman试验阳性者2例，可疑阳性者6例，余患者均为阴性。采用Lysholm膝关节评分，患者术前评分为 28～7l（40.57±10.68）分，随访时评分为 65～100（86.43±9.33）分（t=24.09，P<0.001）。以评分90分～100分为优，80分～89分为良，70分～79分为一般，小于70分为差来评价，优14例，良19例，一般5例，差4例。 结 论：关节镜下前交叉韧带重建术具有手术创伤小、手术便捷、术中重建韧带定位准确、并发症少、患者康复快，还可同时对关节内其他合并症进行诊断及治疗等优点。采用 Endobutton 和生物可吸收挤压螺钉固定腘绳肌腱重建前交叉韧带，能很好地稳定膝关节，恢复前交叉韧带的生物力学性能，临床效果好。

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