前交叉韧带非接触性损伤与膝关节解剖学 因素的相关性

杨天 张罗飞 王晋东

前交叉韧带（ACL）是膝关节的重要稳定结构，主要作用为限制运动过程中胫骨过度前移。ACL损伤多为非接触性损伤，其损伤机制主要为在膝关节运动过程中胫骨相对于股骨过度前移，使得ACL 上的应力过大，导致ACL 损伤甚至断裂。研究表明，除胫骨后斜坡（PTS）增加外，半月板斜坡（MS）增加也会使胫骨过度前移，增大ACL 非接触性损伤风险[1]。由于半月板平面是真实的胫股关节接触面，半月板在一定程度上减小了胫骨后倾对ACL 非接触性损伤的影响，所以相较于PTS，MS 大小与ACL 非接触性损伤间的关系可能更为密切[2]。

1 相关角度的影像学测量

1.1 PTS 测量

在MRI 矢状位图像上能够分别显示位于不同层面的内侧胫骨后斜坡（MPTS）与外侧胫骨后斜坡（LPTS）。目前基于MRI 检查的PTS 测量多采用Hudek 等[3]的测量方法。确定胫骨纵轴（下页图1a）：①选择中央矢状位图像，此层面须包括后交叉韧带（PCL）胫骨附着处和呈凹状的胫骨皮质前、后缘；②胫骨上端画2 个圆，上圆同时与胫骨皮质上缘、前后缘相切，下圆同时与胫骨皮质前后缘相切，且上圆经过下圆圆心；③同时穿过上、下2 圆圆心的直线即为胫骨近端解剖轴。PTS 测量（下页图1b）：①分别连接胫骨内、外侧平台最前端及最后端皮质边缘切线；②胫骨纵轴垂线与胫骨内、外侧平台切线的夹角分别为MPTS 与LPTS。

1.2 MS 测量

采用同样的方法在MRI 矢状位图像上确定胫骨纵轴，然后按照Hudek 等[4]的方法，在同一矢状面上做半月板前、后角最高点的连线，其与胫骨纵轴垂线所形成的夹角即为MS（下页图1c），根据它所在矢状半月板层面的不同，将其分为外侧半月板斜坡（LMS）与内侧半月板斜坡（MMS）。

1.3 半月板后角坡度测量

依照Hohmann 等[5]的方法，在矢状面上做半月板后角上表面最前点与最后点的连线，这一连线与该矢状面上胫骨平台切线的夹角即为半月板后角坡度（SMPH）（下页图1d）。

图1 相关角度的影像学测量 a.在带有PCL 胫骨附着处及呈凹状的胫骨前后缘皮质的MRI 矢状位图像上，通过2 个相切圆圆心确定胫骨纵轴 b.在MRI 矢状位图像上，胫骨平台切线与胫骨纵轴垂线形成的夹角为PTS c.在矢状位图像上，半月板前、后角最高点的连线与胫骨纵轴的垂线形成的夹角即为MS d.在矢状位图像上，半月板后角上表面最前点、最后点的连线与该平面胫骨平台切线所形成的夹角为SMPH

2 PTS 对ACL 及其移植物生物力学与损伤的影响

2.1 PTS 对ACL 及其移植物生物力学的影响

由于PTS 的存在，胫骨平台所承受的纵向压力有一部分会转变为使胫骨前移的剪切力，随着PTS 的增加，胫骨逐渐前移，尤其是在下肢着陆时，作用于胫股关节的外部负荷增加了PTS 对ACL 承受应力的影响，PTS 较大的患者更可能在着陆时发生ACL 非接触性损伤[6]。当PTS 增加1°时，ACL应力增加16 N，而当PTS 增加5°时，ACL 应力在原 基 础 上 增 加26%[7]。Bernhardson 等[8]在PTS 对ACL 重建后移植物受力影响的研究中发现，PTS大小与ACL 移植物受力呈明显的线性关系，较小的PTS 能更有效地避免移植物损伤，提示过大的PTS 不但与ACL 损伤相关，而且可能是ACL 重建失败的因素。

2.2 PTS 与ACL 非接触性损伤

过大的PTS 除了会增大ACL 受力，还与ACL退变相关。研究表明，ACL 粘黏样变性与PTS 过大有关，这可能是ACL 非接触性损伤的危险因素[9]。在一项回顾性研究中对比了100 例髌股关节疼痛患者与100 例ACL 损伤患者的膝关节X 线片，发现ACL 损伤患者PTS 更大，且无性别差异[10]。

DePhillipo 等[11]通过对比ACL 非接触性损伤运动员与相同例数的ACL 完整正常成人的LPTS后发现，与对照组相比，ACL 损伤组LPTS 明显增大。这也许说明了与MPTS 相比，LPTS 与ACL 非接触性损伤风险的相关性更大。荟萃分析的结果进一步证明了此观点[12]。以上说明了LPTS 增大为ACL 非接触性损伤的独立危险因素。

2.3 PTS 对ACL 移植物损伤的影响

Shelbourne 等[13]对使用自体髌腱重建ACL 的患者进行术后随访，发现PTS≤9°的患者出现移植物损伤的比例约为4.8%，而PTS≥10°的患者移植物损伤率为9.7%。研究表明，在膝关节负重位侧位X 线片中，PTS＞17°或胫骨前移位＞6 mm 为ACL 重建失败的危险因素[14]。这说明过大的PTS对移植物存活是不利的。研究发现，与单次ACL移植失败相比，多次ACL 移植失败的患者具有较大的PTS[15]。Grassi 等[16]研究发现，LPTS 可单独作为ACL 移植失败的预测因子，且基于MRI 矢状位图像测量的LPTS＞7.4°时，移植失败风险将显著升高。

3 半月板对ACL 生物力学的影响

半月板对ACL 的保护作用主要体现在以下两个方面。①在半月板前、后角的共同作用下，胫股接触面的后倾程度减小。一项基于MRI 图像的研究提示，半月板平面的后倾程度较骨性胫骨平台小，提示半月板存在能明显降低胫股关节接触面的后倾程度，减小ACL 所承受的应力[2]。②呈楔形的半月板后角能有效限制胫骨过度前移。Hohmann等[5]提出半月板后角较前角厚，呈楔形插入胫股关节，既部分反转PTS 的后倾，又类似轮胎旁的挡块，能够阻止胫骨的过度前移。Shoemaker 等[17]的尸体研究中对ACL 缺损膝关节桶柄状撕裂的内侧半月板进行渐进性切除，发现在逐渐切除过程中定向载荷下胫骨逐渐向前半脱位。

外侧与内侧半月板都是重要的膝关节稳定结构，且均有着限制胫骨前移的作用。其中，内侧半月板在胫骨前后向移动，如在Luchman 试验中起着主要稳定作用，而外侧半月板主要限制膝关节轴移试验引起的胫骨前外侧半脱位[18]。这说明两者在不同运动中对ACL 起着不同的保护作用。

4 半月板对ACL 及其移植物损伤的影响

4.1 MS 与ACL 非接触性损伤

Elmansori 等[1]分别对比100例ACL非接触性损伤患者与100 例髌股关节疼痛患者的MPTS、LPTS、LMS、MMS 后发现，ACL 非接触性损伤患者无论骨性坡度还是MS 都有所增大。Freitas 等[19]通过MRI 检查对ACL 非接触性损伤的骨未成熟患者进行MMS 和LMS 的测量，发现其MMS 和LMS均大于ACL 未损伤的骨发育未成熟患者，提示MS 增大也会导致ACL 非接触性损伤。Hudek 等[4]分别比较了55 例单纯ACL 非接触性损伤患者和55 例正常成人MPTS、LPTS、LMS、MMS，提出过大的LMS 可能为ACL 非接触性损伤的独立危险因素。

4.2 半月板后角对ACL 的保护作用

Hohmann 等[5]通过测量发现ACL 非接触性损伤患者的内、外侧半月板后角尽管在一定程度上反转了骨性PTS，但ACL 损伤组不仅MPTS、LPTS 大于正常成人组，而且其内外侧SMPH 也较对照组小，所以对于此类患者，内外侧半月板后角并不能完全抵消掉PTS 对ACL 非接触性损伤的影响。

研究显示，外侧半月板撕裂患者发生ACL 非接触性损伤的可能性是内侧半月板撕裂患者的10.3 倍[20]。Sturnick等[21]研究发现，外侧SMPH是预测男性ACL 非接触性损伤的最佳指标之一。Beaulieu 等[22]进一步研究发现，当男性外侧SMPH降低1°时，ACL 非接触性损伤风险增加54.3%。有研究将20 例ACL 非接触性损伤儿童患者与20 例正常儿童进行比较，分别测量并计算两组LPTS 与外侧SMPH 的比值，发现ACL 损伤组该比值平均为0.46，远大于对照组的0.26，提示该比值可能是ACL 非接触性损伤的有效预测因素[23]。

Musahl 等[18]对新鲜尸体膝关节的应力研究发现，相较于外侧半月板，内侧半月板对前向应力产生的胫骨前移起主要限制作用。研究表明，随着对内侧半月板的逐步切除，在膝关节不同的屈曲角度下，胫骨前移程度逐渐增大[24]。另一项尸体实验发现，在134 N 胫骨前向移动的应力下，ACL非接触性损伤合并内侧半月板后角损伤患者膝关节胫骨前移较单纯ACL 非接触性损伤患者平均增加2.6 mm，并提出内侧半月板后角是胫骨前移的次要约束结构[25]。而Okazaki 等[26]在ACL 非接触性损伤合并内侧半月板后角损伤患者内侧半月板后角修复手术前后的MRI 矢状位图像上测量ACL长度，发现修复损伤半月板后角可有效减小ACL病理性拉伸程度。Unal 等[27]研究发现，以内侧半月板后角高度为独立危险因素预测ACL 非接触性损伤的敏感性为87.3%，特异性为66.6%，当内侧半月板后角高度低于6.45 mm 时，ACL 非接触性损伤风险明显上升。

4.3 内外侧半月板对ACL 移植物的影响

Nishida 等[28]对94 例ACL 非接触性损伤患者进行膝关节轴移试验，发现ACL 损伤合并外侧半月板损伤患者胫骨加速度明显大于ACL 损伤合并内侧半月板损伤和单纯ACL 损伤患者。Tradati 等[29]对ACL 重建术后患者进行胫骨前移位评估，发现ACL 重建术后胫骨前移程度与LMS 大小呈正相关，并认为当LMS≥4°时ACL 重建术后胫骨前移风险增加。研究表明，ACL 非接触性损伤合并外侧半月板撕裂患者较单纯ACL 非接触性损伤患者更易在膝关节轴移试验中发生胫骨前移，且过小的LMS 与轴移试验中胫骨较大的移位程度显著关联[30]。因此，无论是外侧半月板损伤还是LMS 过大都可能导致ACL 重建术后胫骨前移，增加移植物负荷而使其损伤。

Samuelsen 等[31]对10 例尸体的膝关节进行ACL 重建，并比较内侧半月板后角损伤前后移植物应力的变化，发现在内侧半月板后角损伤后膝关节无论处于伸直位还是30°屈曲位，移植物应力都较损伤前增大。Dejour 等[32]在对125 例ACL 重建术后患者胫骨前移程度进行评估时发现，内侧半月板部分切除患者在承受轴向负荷时胫骨前移程度较大。Miao 等[33]研究认为，修复损伤的内侧半月板对ACL 重建移植物的功能有着统计学意义上的保护作用。这说明在形态学上，完整的内侧半月板对ACL 移植物存活有着积极作用。

5 进行ACL 重建时需注意的问题

5.1 及时修复损伤半月板

尽管完整的内外侧半月板对ACL 移植物有着重要的保护作用，但目前对ACL 非接触性损伤合并半月板撕裂患者是否可同时修复ACL 和半月板尚有争议。Paradowski 等[34]的前瞻性研究中对单纯ACL 撕裂患者进行ACL 重建术，对ACL 非接触性损伤合并半月板撕裂患者进行ACL 重建联合部分半月板切除术，结果两组中期临床结果相似。Lord 等[35]研究显示，同期行内、外侧半月板修复术后2 年因半月板再次损伤行半月板修复术的概率分别为14.4%和10%，修复后内、外侧半月板在起到限制胫骨前移作用的同时承受了更大的由于胫骨前移所产生的剪切力，导致其再次受伤的风险增大。因此，修复后的半月板尽管在保护重建后的ACL 方面发挥了作用，但可能会增加其自身损伤的风险。

研究发现，对ACL 重建患者进行术后随访，半月板完整患者ACL 存活率为94.5%，伴有内侧或外侧半月板缺失患者ACL 存活率为69%，伴有内外侧半月板损伤患者ACL 重建失败率是半月板完整患者的4.9 倍[36]。

临床研究发现，对于ACL 非接触性损伤合并外侧半月板撕裂患者行单纯ACL 重建术，多数外侧半月板损伤可自行修复且不产生不良的临床结果[37-38]。然而，Katakura 等[39]研究发现，外侧半月板修复在较小程度上减少了ACL 重建术中的旋转松弛。研究显示，在发生ACL 与外侧半月板同时损伤时，行ACL 与外侧半月板同期修复可减少术后轴移试验过程中外侧胫骨前移程度[40]。Shekhar等[41]研究发现，对ACL 非接触性损伤合并外侧半月板损伤患者行ACL 重建联合外侧半月板修复术较单纯ACL 重建术可获得更好的短期临床效果。

目前关于ACL 非接触性损伤合并内侧半月板撕裂是否需行内侧半月板修复尚存有争议。Capin等[42]研究发现，与行ACL 重建联合内侧半月板修复患者相比，行ACL 重建联合内侧半月板切除患者在行走时出现内侧胫股间室接触力升高和矢状位膝关节偏移，这可能与较高的骨关节炎发病率相关。一项尸体研究进一步发现，ACL 重建联合内侧半月板切除会导致内侧和外侧间室平均压力和峰值压力增高，而进行内侧半月板修复有助于恢复膝关节正常的生物力学和运动学，降低骨关节炎发病率[43]。Cristiani 等[44]研究发现，在ACL重建时切除损伤的内侧半月板会导致膝关节明显松弛，同期修复损伤内侧半月板则很少出现术后膝关节松弛，而对于损伤的外侧半月板是否进行同期修复不会对术后膝关节松弛产生影响。

因此，尽管修复半月板可能引发再次手术，但修复损伤半月板有助于恢复膝关节稳定性，且能降低骨关节炎远期负面影响，总体来说是有益的。

5.2 及时重建损伤ACL

Ralles 等[45]研究表明，ACL 延迟重建可能与股骨滑车、股骨外侧髁、胫骨内侧平台及内侧半月板继发性损伤相关。Mok 等[46]对653 例ACL 重建患者临床资料进行回顾性分析，发现ACL 重建患者内侧半月板撕裂发生率与ACL 重建延迟时间呈正相关，且当ACL 延迟重建时间超过12 个月时，内侧半月板撕裂发生率陡然上升，而外侧半月板撕裂发生率与手术时间延迟无关。Cristiani 等[47]的研究进一步说明，当ACL 重建延迟12 个月以上会增加关节软骨及内侧半月板损伤的风险，延迟超过6 个月则可能导致重建前膝关节松弛，并建议ACL 重建应在损伤后6 个月之内完成。一项随机对照试验表明，早期ACL 重建的治疗策略可以减少急性ACL 非接触性损伤后内侧半月板损伤发生率[48]。一项荟萃分析明确了早期ACL 重建可以减少ACL 损伤儿童和青少年患者发生继发性内侧半月板和关节软骨损伤的可能性[49]。因此，延迟ACL 重建可能导致内侧半月板损伤，使得重建移植物失去半月板的保护机制，从而引发一些并发症。

6 结语

单纯的骨性平面并非胫股关节真实的接触面。ACL 上生物学应力的大小不仅取决于PTS，还与半月板相关。在探究胫股关节接触面与ACL 损伤的关系时，不仅要考虑PTS 对ACL 损伤的影响，还要分析半月板在其中起到的作用。较大的半月板后角对ACL 起着重要的保护作用。而与此同时，ACL 的损伤如不加以干预也会导致这种保护机制的逐步丧失。因此，在对上述因素进行充分理解后，在日后的临床工作中不仅可以通过对其的测量来评估个体ACL 或移植物损伤的风险，而且再行ACL 重建时可以通过人为调整这些参数来改善患者预后。