前交叉韧带的解剖结构及其与重建技术的研究现状

2021-12-13马明亮李健徐闯曹恒王林伟黄开越张立超刘明廷

岭南现代临床外科 2021年5期

马明亮，李健，徐闯，曹恒，王林伟，黄开越，张立超，刘明廷

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）作为维持膝关节稳定性的重要结构，损伤后主要造成膝关节前后及旋转不稳，现在ACL损伤越来越常见，是最常见的膝关节损伤之一［1］，根据美国流行病学调查，70%的ACL损伤是由运动损伤引起的［2］。ACL股骨止点位于股骨外侧髁内侧面，胫骨止点位于胫骨髁间隆起的前方内侧，对于ACL的纤维结构，现在大家普遍接受的观点是在1975年Girgis等［3］提出的观点，即提出将ACL分为前内侧束（anteromedial bundle，AMB）和后外侧束（posterolateral bundle，PLB）。近些年，有些研究又将ACL股骨止点与胫骨止点分为直接止点与间接止点［4-6］，将ACL描述为“Ribbon”结构［7-10］。作为治疗ACL损伤的主要治疗手段，前交叉韧带重建术（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）术后能较好地恢复膝关节稳定性，并有希望恢复到伤前的运动水平。近些年对ACL解剖的深入研究为ACLR的发展提供了坚实的理论基础，我们研究了近些年ACL解剖研究进展及其对ACLR技术发展的影响，并进行归纳总结。

1 ACL解剖研究进展

1.1 股骨止点

对于ACL股骨止点的位置、形状以及大小一直存在争议，股骨止点表现为椭圆形［4，11］，或为圆形［12］，或为类似矩形［7，8，13］，Giron等［14］和Girgis等［3］描述股骨止点为圆形的一部分即：后部区域是凸面的，前部是直的。也有研究通过高分辨率MRI证实股骨止点近似半圆形，其前侧较直，后部凸起［15］。由William Clancy Jr创造的所谓居民嵴是股骨外侧髁内侧壁的厚嵴，从近端到远端贯穿ACL止点，到达关节软骨［16］。股骨止点分为直接止点与间接止点，直接止点较狭长，从股骨后皮质开始，沿外侧髁间嵴（即住院医师嵴）延伸；间接止点位于住院医师嵴后方呈扇形，向股骨髁软骨后缘延伸［5，6］，而Sasaki等［4］认为显微镜下，股骨止点位于住院医师嵴正后方，可分为直接止点和间接止点，间接止点位于直接止点的后面。Śmigielski等［10，17］同样认为股骨止点前界为住院医师嵴，后界为股骨外侧髁后关节缘。可根据股骨止点与住院医师嵴的位置关系，来定位股骨隧道。Gali等［11］通过对截肢中获得的16个膝关节进行解剖研究，发现ACL的股骨止点始终是偏心的，更靠近深髁软骨，其中10个膝关节的ACL股骨止点为椭圆形，止点平均长度为16.4 mm，范围为11.3~19.3 mm；平均厚度范围为7.85~11.23 mm；股骨止点平均面积为99.7 mm2，范围为80.9~117.2 mm2；韧带最接近股骨止点处到浅、深、下关节软骨的平均距离分别为9.77±1.21 mm、2.60±1.20 mm、1.86±1.15 mm。Sasaki等［4］通过对20具尸体膝关节进行解剖，发现其中16例膝关节ACL股骨止点位于住院医师嵴后方，为椭圆形，并且ACL近端纤维于股骨外侧髁内侧面呈扇形展开，股骨止点的长轴和短轴的长度分别为17.7±2.7 mm和4.6±0.7 mm，根据股骨止点与住院医师嵴的关系及股骨止点大小，可指导临床中股骨隧道的定位及建立。

1.2 中间纤维

早在1975年Girgis等人［14］即提出将ACL分为AMB和PLB两束，Ferretti等［18］通过解剖40例膝关节发现有明显的滑膜间隔将AM束与PL束分开，并能够在肉眼和组织学检查中观察到明显的间隔。但Śmigielski等［8］对111具新鲜成人尸体进行解剖研究，发现在距离股骨直接止点2 mm处，ACL纤维在所有解剖的膝关节中形成扁平带状，即Ribbon⁃like结构，并且AMB和PLB之间没有明显分离。带状纤维与股骨后皮质完全连续，带状宽度在11.43~16.18 mm之间，ACL厚度为2.54~3.38 mm，该结果通过3D CT、MRI及组织学检查得到证实。Noailles等［9］通过解剖42例膝关节最终发现ACL始终呈带状结构，之所以人们认为ACL是呈双束或者多束是因为ACL扭曲造成的，在屈膝90°时，ACL纤维扭转角度平均为83.6°±9.4°。并且，通过MRI并没有证实AMB与PLB之间有严格的解剖分离［13］。Siebold等［7］通过解剖20例尸体膝关节发现，在所有样本中，ACL的中间部分呈扁平状，平均宽度为9.9 mm，厚度为3.9 mm，横截面积为38.7 mm2。Sohn等［15］通过高分辨率MRI发现在ACL中质远端1/4处有一峡部，其横截面为椭圆形，是ACL最狭窄部分。Kim等［10］通过解剖发现，肉眼观下ACL为单束，呈扁平状，平均长度为34 mm，平均宽度为9 mm。Ribbon结构似乎更符合ACL的真实解剖结构，因此在ACLR中可采用扁平状移植物以达到解剖重建［7-10］。

1.3 胫骨止点

以前人们大多认为胫骨止点为椭圆形［19］，现有人将胫骨止点描述为“C”形［8，17］，或者“菜豆形”［15］，或者“鸭足样”［20］。Tashiro等［21］通过高分辨率MRI可发现50个膝关节中有42个明确识别出胫骨AMB和PLB，23个膝关节（54.8%）整个ACL胫骨插入部位的形态为椭圆形，19个膝关节（45.2%）为三角形。并且，29个膝关节（69.0%）的AMB附着为C形，13个膝关节（31.0%）为带状。在26例膝关节（61.9%）中发现ACL与外侧半月板前角重叠，因此手术时应考虑到AMB与PLB附着区，注意ACL与半月板重叠部分，避免损伤半月板。

但在Śmigielski等［8，17］的解剖研究中发现67%的膝关节表现出C型胫骨止点，24%表现出J型胫骨止点，还有9%表现出Cc型。同样根据ACL分为两束的说法，AMB位于胫骨止点的前内侧，其内侧缘是胫骨内侧髁关节面的前内侧缘；PLB被认为位于髁间区的后外侧，其外侧缘是胫骨外侧髁关节面的内侧缘［17］。在Siebold等［7］的研究中也发现ACL胫骨止点呈C型，“C”的平均宽度为12.6 mm，厚度为3.3 mm，面积为31.4 mm2。Oka等［20］通过组织学观察未在PLB区域内发现韧带组织，还发现外侧半月板前角和后角的部分骨止点与胫骨ACL止点的外侧部分紧密接触，且内侧胫骨止点的前后长度平均为10.8±1.1 mm，外侧为6.2±1.1 mm，胫骨内侧ACL止点的前后长度长于外侧，表明存在后内侧（PM）纤维，没有中央或后外侧插入ACL纤维。Siebold等［7］发现仅存在AMB和PMB，并不存在PLB，胫骨止点“C”中心也没有ACL纤维，“C”是外侧半月板前根骨性附着的位置，因此对于ACL解剖重建，需要建立“C”形胫骨隧道，单束重建时只需重建AMB，双束重建时重建AMB与PMB。

2 ACL损伤后的治疗

ACL损伤绝大多数为完全损伤，而部分损伤仅占ACL完全损伤的10%~27%［22］。没有文献明确指出ACL损伤进行保守治疗是否优于手术治疗，有报告平均83%的竞技运动员经过ACLR恢复到伤前水平［23］，80%的业余运动员经过ACLR恢复到伤前水平［24］，但仅有19%的患者通过保守治疗恢复到伤前运动水平［25］。Daan等［26］通过对50例前交叉韧带损伤的高水平运动员进行分组并分别采用手术治疗与非手术治疗，经过20年的随访发现手术治疗与保守治疗的患者膝关节骨性关节炎发生率及功能结局无显著差异，但手术组的膝关节稳定性较保守组好，而Ardern等［27］通过采用KOOS评分和EuroQoL⁃5D量表作为标准对采取ACLR治疗与保守治疗的ACL损伤患者进行随访，发现ACLR组在膝关节症状和功能、生活质量等方面明显优于保守组。

ACL重建经历从等长重建到解剖重建，从单束到双束再到解剖单束技术［28］。等长重建即在膝关节伸屈时保持ACL长度与张力保持不变，因此可降低手术失败率［29］，然而有研究表明，解剖重建相比等长重建，能更好的恢复膝关节稳定性［30，31］。近些年有人提出个体化重建的概念［32］。个体化重建即基于对ACL解剖的研究，根据患者ACL止点位置、大小、形状及ACL长度、宽度进行个体化骨道建立及移植物选择。

2.1 手术方式

双束重建，即基于将ACL分为AMB与PLB的解剖结构，应用两束移植物分别重建AMB与PLB，由于要重建两束移植物，因此手术难度较大、手术时间较长。有研究认为在青少年中，与单束ACL重建相比，双束ACL重建在临床稳定性和再断裂率方面具有一定优势，并且两种术式之间的安全性（如骨骺发育异常问题）没有显著差异［33］。Siebold等［34］的研究表明，双束重建术治疗青少年ACL损伤患者无生长发育异常的高风险，而单束重建会对青少年骨骺有不可逆破坏［33］。Chowdhury等［35］共选择了42例需要重建手术的ACL损伤病例，将所有患者分为两组，均采用自体腘绳肌作为移植物，一组采用单束重建，另一组采用双束移植物进行ACL重建，在术后6月随访时发现，虽然与术前状态相比，所有患者在膝关节的旋转和前向稳定性方面较术前有所改善，并且两组并无显著统计学差异，但是双束组显示出比单束组更好的旋转稳定性，双束组Lachman试验、前抽屉试验和轴移试验均较单束组阴性，双束组的Lysholm和Tegner活性优于单束组。在另一项研究中，通过对60例患者35.5个月随访，同样发现双束组在膝关节旋转和前向稳定性方面优于单束组，但无统计学差异［36］，因此对旋转稳定性要求较高的患者，推荐双束重建。

单束重建，即利用单束移植物来重建ACL，主要是对AMB进行重建。随着ACL Ribbon结构的提出，以及认为ACL并非真正的分为两束，单束重建再次被提及。有研究表示［37］，经过5年的长期随访，单束重建组与双束重建组在膝关节稳定性方面、侧间差异和轴移试验阴性率无统计学差异；功能结局方面，（IKDC）A级、IKDC评分、Lysholm评分和Tegner评分的比例没有显著差异；关于移植物失败率和膝关节骨性关节炎变化，两组之间无显著差异。因此该研究表明经过长期随访，在膝关节稳定性、临床功能、移植物失败率和中期至长期随访的膝关节骨性关节炎变化方面，在自体ACL重建中双束重建技术并不优于单束重建技术，但相比双束重建，单束重建手术难度小，更易于操作，因此手术时间相对较短，降低了感染等手术风险。

在ACLR中恢复前向和旋转稳定性非常重要，因为膝关节前向、旋转稳定性不良可能与半月板损伤、软骨损伤以及移植物破裂和骨关节炎变化相关［38］，而单双束重建在前向与旋转稳定性方面并无明显差异［37］。实际上，在ACL止点部位准确建立隧道是实现解剖重建的最重要因素，无论手术是使用单束还是双束，对于手术成功率都没有差异［11］。

2.2 移植物的选择

目前可用于ACLR的移植物有自体移植物、异体移植以及人工韧带，异体移植物存在获取困难、免疫排斥、质量难保障等缺点，也很少使用，因此目前应用最多的还是自体移植物，近年来人工韧带也得到了很快的发展。

自体移植最常用的包括腘绳肌腱、骨⁃膑腱⁃骨、腓骨长肌腱以及股四头肌肌腱，其中腘绳肌与骨⁃膑腱⁃骨移植物最为常见［39］。由于骨与骨隧道直接整合，因此骨⁃骨结合更为牢固。Masuda等［40］采用骨⁃膑腱⁃骨作为移植物对40例膝关节行ACLR经过随访发现，所有病例在术后5个月股骨与胫骨侧骨⁃骨均整合完全，股骨侧骨整合较胫骨侧稍晚。另一种自体移植物腘绳肌有较好的生物学特性，且研究显示将腘绳肌制备成扁平状肌腱与其原始的圆形相比较，其结构特性并未改变［41］，特别是近年来Ribbon理论的提出，将腘绳肌制备成扁平状似乎更符合ACL的解剖，但腘绳肌作为移植物公认的缺点是移植物与骨愈合较慢，骨隧道扩大风险较高［42］。为提高腘绳肌移植物成活率，有人进行了动物实验，结果显示：ACLR中胫骨止点完整的半腱肌腱移植物将绕过移植物缺血性坏死阶段，从而改善肌腱⁃骨愈合和生物力学强度［43］。Grassi等［44］则通过对ACLR术后病人进行磁共振随访发现，采用具有完整胫骨止点的腘绳肌作为移植物的患者，移植物⁃骨愈合快。有研究显示，对ACLR术后患者进行平均3.6±0.4年的随访发现，使用股四头肌肌腱作为移植物的功能结局（如：Lysholm评分、膝关节损伤和骨关节炎结局评分、Tegner评分等）及膝关节稳定性（基于KT⁃1000测量）均优于使用腘绳肌肌腱移植物，而两组手术翻修率无统计学差异［45］，而Runer等［39］通过对80名患者分别采用自体腘绳肌腱与股四头肌肌腱行ACLR手术，经过2年随访，最终发现术后两组患者在功能恢复及术后疼痛方面无明显差异。

人工韧带的主要成分是聚对酞酸乙二酯（polyethylene Terephthalate，PET），有研究对比使用LARS人工韧带与自体腘绳肌腱作为移植物进行ACLR，经过平均36.4个月随访发现，患者恢复日常活动及术前运动水平的时间，人工韧带组明显短于自体肌腱组，两组前抽屉试验、后抽屉试验、Lachman试验比较差异无统计学意义［46］。虽然人工韧带较自体肌腱移植物更为方便，且效果较好，但由于PET的化学惰性和疏水性，提高其生物活性和促进移植物⁃骨整合仍是巨大的挑战，目前也有很多研究正努力通过各种方式提高其生物活性与移植物⁃骨整合性［47，48］。

有研究将各种移植物进行相互比较：相比其他自体移植物，自体股四头肌肌腱移植物的术后IKDC主观评分更高，因此应该作为首选移植物；与骨⁃膑腱⁃骨自体移植物相比，腘绳肌自体移植物的膝关节前后和旋转稳定性较差，并且骨⁃骨愈合时间明显短于骨⁃肌腱愈合时间，因此骨⁃膑腱⁃骨自体移植物优于腘绳肌移植物；而与自体移植物相比，人工韧带提供的膝关节稳定性较低，因此人工韧带不推荐用于初次ACLR，但如果其他选择不可用，可用于翻修手术，或与其他移植物类型联合使用［49］。

2.3 骨道的建立

正确定位并建立股骨隧道是ACLR成功的关键［10］，对于股骨骨道的建立，虽然住院医师嵴贯穿ACL股骨止点，但由于其个体变异性大，不适合用于定位股骨隧道［50］，而Blumensaat线（Blumensaat线，是在膝关节侧位X射线片上的一条呈高密度的骨皮质线，该骨皮质线形成于股骨髁间窝顶部［51］）与住院医师嵴的位置及股骨髁间窝外侧壁皮质厚度表现出明显的形态学相关性，Blumensaat线中的顶部位置是一个新的骨性标志，能够定位住院医师的嵴，可在术前利用Blumensaat线进行预定位，从而利于股骨隧道的建立［52］，除此之外，也可以应用股骨偏心距瞄准器来定位股骨隧道，但研究显示徒手钻孔与瞄准器钻孔建立的股骨隧道位置并无明显差异［28］。

传统股骨与胫骨隧道的形状是圆形的，但近些年关于股骨与胫骨止点的形状有很多不同的发现，因此一些研究尝试建立股骨矩形隧道，胫骨C形隧道。有动物实验研究显示，矩形骨隧道比圆形骨隧道在重建前期更容易促进肌腱⁃骨愈合［53］。Tachibana等［54］通过对61名患者进行解剖重建，均采用自体骨⁃膑腱⁃骨作为移植物，在ACL的股骨解剖止点处建立矩形骨道，并使用CT在3周时评价隧道孔径与解剖附着区域的比例，术后2年评价临床疗效，最终95%的患者在IKDC评估及膝关节稳定方面（基于Lachman试验和轴移试验及KT⁃1000测量）获得令人满意的结局。Fink等［55］成功建立了矩形股骨隧道与C形胫骨隧道，并采用“扁平”肌腱作为移植物，符合ACL解剖的新发现，研究者认为，这种“扁平”移植物能更好的提供生物力学优势，增加旋转稳定性，还能促进骨⁃肌腱愈合，而C形胫骨隧道的建立还能避免外侧半月板前角撕裂。

3 小结

本文总结了近几年关于ACL的解剖新进展，并总结了ACLR在术式、移植物选择以及骨道建立方面的研究进展。ACL损伤是非常常见的运动损伤，因此关于ACL的解剖及其对ACLR的影响非常重要。但关于ACL的解剖还未达成一致，关于Ribbon重建及矩形股骨隧道、C形胫骨隧道是否优于传统ACLR术式，还需要大量临床数据来支持。