膝关节前交叉韧带重建研究进展

袁智宇，王国胜，续斌，张文豪，沈志敏

（新疆医科大学第六附属医院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

随着人们对体育活动的参与度越来越高，ACL损伤的发病率越来越高，从1994年的每10万人中有33例ACL损伤到2014年的每10万人中有40-60例ACL损伤。前交叉韧带具有防止胫骨相对于股骨前移和阻止胫骨内旋的特殊作用，前交叉韧带损伤后会导致膝关节前后向及旋转不稳定，如不处理并且反复发作，则会增加半月板损伤和变性的风险，并且在ACL损伤后膝关节骨关节炎的发病率增加至15%至20%，50%以上的ACL损伤患者出现症状性骨关节炎[1]，从而导致膝关节功能障碍。在过去有人提出ACL断裂行保守治疗，但是根据长期的随访非手术治疗功能效果较差，继发性ACL损伤和半月板损伤发生率逐渐上升，目前针对前交叉韧带断裂最佳的治疗方案就是在膝关节镜下行前交叉韧带重建。本文通过综合一些最新研究结论对于前交叉韧带解剖结构，手术时机的选择，骨性隧道定位，移植物选择、固定方式，残端处理以及术后功能康复等方面进行综述，从而为临床提供最佳的治疗方案。

1 ACL解剖结构

ACL按照其在胫骨止点以及在膝关节伸屈活动时功能的不同可以分为前内束（anteromedial bundle,AMB）和后外束（posterolateral bundle,PLB）[2]两束韧带在膝关节屈膝不同角度下具有不同的功能，在膝关节接近伸直为及屈曲角度较小的情况下，后外束对于阻止胫骨前移起主要作用；在屈膝角度较大的情况下，前内束对于阻止胫骨前移起主要作用[3]。前交叉韧带股骨止点前缘为住院医师嵴，后缘为外侧股骨髁下关节面，前交叉韧带在股骨止点处目前大多数学者认为是呈现新月形，并且大多数纤维都集中在住院医师嵴处。Iwahashi 等[4]在股骨止点处将 ACL 纤维束分为直接纤维束和间接纤维束，并认为直接纤维束为带状结构，其与骨组织通过纤维软骨层相连；间接纤维束通过胶原纤维插入骨组织中，中间无过渡区域。外侧直接纤维束位于股骨髁后内侧关节软骨面及住院医师嵴之间，长（17.4±0.9）mm、宽（8.0±0.5）mm。在体部，Arnoczky[5]研究表明ACL是由多个胶原束组成，这些结构没有组织学差异性，只是在膝关节活动时不同胶原束紧张程度不同从而表现出来多种束状态。Mochizuki[6]研究表示ACL中间体部为扁平状结构。在胫骨止点处，在既往的研究中认为在胫骨止点处为椭圆形，分为前内束的后外束，但根据大量最新研究报道，在胫骨止点处ACL为C型，可以分为AMB和PMB（posteromedial bundle，PMB），在PLB未观察到韧带组织。Siebold等[7]认为在胫骨止点处并不存在明显双束结构；Oka等[8]认为在胫骨止点处为鸭掌型，并且在PLB处未发现韧带组织。

2 手术时机的选择

目前对于前交叉韧带重建的手术时机的选择没有明确的指南，对于ACL重建的手术时机应该综合以下三方面因素：早期 ACL 重建相关的关节纤维化风险、晚期 ACL 重建可能导致半月板和软骨损伤的发生率增加以及晚期手术因不活动导致的相关肌肉力量损失。同时对于早期和晚期的定义没有一个明确的概念。Meighan等[9]将早期定义为 ACL损伤后 2 周内进行手术，晚期定义为8～12 周后行手术治疗。有的学者[10]认为在损伤的早期由于关节内处于急性滑膜炎期，此时行手术治疗容易导致关节粘连、并且增加关节纤维化的风险，从而不利于膝关节功能的恢复。虽然晚期行ACL重建对于膝关节功能恢复有利，但是长期的膝关节不稳会继发半月板及关节软骨的损害，从而会发生创伤性关节炎等并发症从而影响术后的效果。Granan研究[11]表明随着手术时间推迟，会导致膝关节不稳定性的加剧，从而发生半月板损伤、膝关节粘连的可能性会增加，因此在早期行ACL重建术可显著降低并发症发生风险。对于外科医师来说，术后感染是最严重的并发症，ACL重建术后感染发生率相比其他外科手术虽较低，但一旦发生将会造成严重后果，如膝关节僵硬、屈伸障碍等，严重的甚至可引起软骨破坏等并发症。Matava[12]等研究提示早期行ACL重建能够降低术后感染的并发症发生。

3 残端的处理

对于前交叉韧带残端的处理目前还没有一个明确的指南。传统的前交叉韧带重建术在行移植物内固定前需要将残端完全清除，清除残端可以保证良好的手术视野，便于移植物的定位和固定;同时，手术本身相对简单，可避免髁间窝撞击，保证股骨隧道位置及后壁厚度的精度，降低“独眼症”的发生率。然而，清除前交叉韧带残端不利于重建移植物血供，清除原韧带的机械感受器对膝关节稳定性和神经肌肉反射有负面影响。王江涛[13]等比较了ACL保残重建与非保残重建、保留残端重建与保留残根重建的临床疗效，结果显示，ACL保残重建术与非保残重建术相比，更有利于促进肌腱移植物的愈合和重塑，能够加速关节功能恢复。Kim等[14]研究发现保残前交叉韧带重建术后，移植物的形态、滑膜反应以及临床疗效均高于残端处理。由于残端的存在增加了胫骨骨隧道滑膜的覆盖，从而减少了关节液侵入骨隧道，促进移植物的腱骨愈合，同时也可降低骨隧道增宽的发生率。质疑保留残端重建的专家认为，由于残端的存在增加骨隧道定位的困难，从而容易造成骨隧道定位错误，继而增加术后“独眼症”的发生[15]。

4 移植物的选择

ACL重建可以选择的移植物可以分为同种自体肌腱、同种异体肌腱和人工韧带3大类。临床上比较常用的为同种异体肌腱。同种自体肌腱包括骨－髌腱－骨，腘绳肌腱（半腱肌、股薄肌），腓骨长肌腱以及股四头肌肌腱。同种异体肌腱因其在人体内易发生排斥反应，组织来源可靠性不确定、疾病传播等风险，在近年来术后感染率不断增加，故其使用率逐渐降低。骨－髌腱－骨曾经作为移植物选择的“金标准”，在一项动物研究中，与其他移植物相比，骨－髌腱－骨在三周时最大破坏负荷最高[16]，这表明其具有更快的腱骨愈合，能够允许更早的恢复活动，并且使固定更加牢固、韧带抗牵拉能力强、术后松弛和断裂率低等一系列优点，其也可以减少与悬吊固定相关的雨刷效应，但也因其具有伸膝力量受损，膝前痛、跪地痛，以及术后增加髌骨骨折、髌腱断裂、髌骨关节炎风险等并发症，近些年使用率逐渐降低[17]。腘绳肌肌腱是目前常用的移植物，腘绳肌肌腱，其具有取材方便，创伤小等优势。腘绳肌腱移植物的最大失败负荷为4500牛顿(N)，而骨－髌腱－骨移植的最大失败负荷为2600牛顿(N）[17]，从力学角度来看，相比之下自体腘绳肌其力学性能要比骨－髌腱－骨要有一定优势，但是腘绳肌腱制取过程中可能损伤隐神经，从而引起鹅足区疼痛，影响患者治疗的耐受性、依从性[18]。有研究表明，对于膝关节多发韧带损伤时，选择腘绳肌腱则会加剧膝关节不稳定性[19]。有的学者认为腓骨长肌腱对于踝关节的稳定性、足部形态以及踝关节运动有重要意义，张新伟[20]等研究表明取部分自体腓骨长肌腱作为移植物并不影响患者的足踝功能，并且其强度、体积均能满足手术需要，并不会增加患者术后的并发症的发病率。人工韧带同样是一个备受关注的移植物，由于自体韧带在进行取腱时，可造成神经血管损伤、手术时间延长和感染率增加，软组织及肌肉的坏死等。人工韧带对于身体的排斥性以及人工韧带的制作材料以及费用仍然是我们所要关注的问题。所以综上所述，对于移植物的选择，选用自体腘绳肌肌腱有更大的优势。

5 骨隧道的定位

在前交叉韧带重建中，骨隧道的正确的定位对于术后移植物是否失败有很大的联系。由于胫骨的位置比较表浅，骨隧道相对好定位，故最适的移植物股骨止点固定是ACL重建时的重要因素。正确的骨隧道可以防止移植物发生“撞击”，存在两种不同类型的撞击：“髁间窝撞击”和“后交叉撞击”。检验“髁间窝撞击”的发生我们需要将膝关节处于被动最大伸直位置至关重要，“髁间窝撞击”的出现会导致伸膝功能障碍和移植物松弛度增加。“后交叉撞击”发生在膝关节屈曲，ACL移植物定位应该位于PCL的顶部，在重建中应该确保移植物的外侧边缘、PCL内侧边缘和股骨髁形成一个足够大小的三角形空间，这样在膝关节屈曲过程中不会发生“后交叉撞击”现象[21]。传统理论认为在正常膝关节活动过程中在股骨止点处有一个等长点，该处是ACL重建中股骨最佳的定位点。过顶位是指股骨髁间窝外侧壁和髁间窝顶部后方相交处。学者们[22]普遍认为在过顶位能够使膝关节在伸屈过程保持韧带的等长、等张性。由于重建的ACL在股骨端的止点位置偏离原来的解剖止点，为了防止膝关节在伸屈过程中产生撞击效应，故胫骨止点位置接近后外侧束止点处，重建的ACL相对于胫骨垂直，过度垂直的韧带对于膝关节前后及旋转稳定性效果欠佳[23]。董宇等[24]研究发现，ACL等长重建后前方松弛度在正常范围内，提示前后稳定性获得了有效控制;但轴移试验阴性率仅52.8%，研究表明重建ACL旋转稳定性方面效果欠佳。学者们认识到膝关节在屈伸过程中韧带张力并不是一直不变的，不应该一直追求等长重建。近几年学者们开始普遍认同解剖重建。解剖重建是指遵循ACL原有的解剖结构和走向。解剖重建股骨定位点通常选取ACL前内束中心点，可以通过前内侧辅助入路建立骨隧道。随着人们对ACL解剖结构研究的深入，Smigielski等[25]在2015年提出了Ribbon结构理论，即ACL 呈单束扁平、如带状的结构 （Ribbon－like）。Pearle等[26]提出股骨最佳定位点可以用缩写IDEAL来描述，即要求在膝关节伸屈活动过程中保持功能，从而符合其等距性（Isometric）;移植物要直接落在其直接止点区域（Direct）；为了满足其等距性这就需要其股骨止点位于偏心位（eccentric），即位于足迹的最前部和最上方 (近端) 部分，在前内侧和中间束的连接处，但是又要位于其止点的足印区，符合ACL的解剖学特征（anatomical）；重建后的移植物在膝关节伸屈过程中具有很大的张力，因而其股骨位点需要保持重建后的韧带保持低张力状态（low-tension）。符合这一原则则为最佳的定位位点。研究表明相比于传统的等长重建，解剖重建能够更好的恢复前后及旋转稳定性，并且还可以减少发生骨性关节炎等并发症的风险。由此可见，相对于传统的等长重建，解剖重建能够有效地恢复ACL的生物学功能，从而能使膝关节的稳定性以及功能能够得到很大程度的恢复。

6 ACL固定方式

在前交叉韧带重建中，ACL固定方式对于术后早期功能锻炼起着至关重要的作用。ACL固定方式可以分为悬吊式固定、挤压固定和横穿钉固定3种固定方法。在股骨侧目前最常用的固定方法是悬吊式固定，其中最常见的是悬吊钛板，在胫骨端最常用的固定方法是挤压界面螺钉固定。悬吊式固定方法是目前认为初始固定强度最强的固定方法[27]，常采用带袢纽扣钢板。但是由于其在股骨的固定点的解剖止点，术后移植物容易发生纵向“蹦极效应”和横向“雨刷效应”[28]，导致移植物在骨隧道内来回活动从而使骨隧道扩大,从而导致腱骨愈合延迟。界面挤压螺钉又可以分为金属螺钉和生物可吸收材料螺钉，金属螺钉其由不锈钢或钛质材料制造，其固定效果相对比较牢固，然而由于其具有较深的螺纹，在固定过程中会对肌腱有切割作用，而且如果置入位置不对有可能会造成骨隧道后壁的骨折。金属内固定物在MRI和CT上可显示很大的伪影，从而不利于术后影像学检查。由于其固定比较牢固，在翻修时取出困难，有可能会造成骨缺损的发生[29]。Kousa[30]在研究中表明生物可吸收螺钉与金属螺钉在均可获得牢固的初始稳定性，但是在并发症的发生率方面生物课吸收螺钉要比金属螺钉要少。然而可吸收螺钉在体内具体多久能完全吸收还没有明确的结论，可吸收螺钉设计的初衷就是随着可吸收螺钉在体内降解的过程中能够有骨长入，但是目前大量文献并不支持这一理论，可吸收螺钉可能会引起滑膜炎、囊肿以及周围骨的溶解反应。为了避免移植肌腱在骨隧道内的移位，学者们发明了横穿钉[31-32]。由于其是通过贯穿的方法将编制的肌腱固定在骨隧道内壁上，从而能够避免肌腱在骨隧道内滑动，使骨隧道扩大等并发症的发生几率降低在一定程度上有利于腱骨愈合。但是这需要操作者有足够的临床经验和解剖知识，在固定过程中如果不注意解剖关系，很有可能会出现一些医源性损伤，如神经血管的损伤。横穿钉还有一个主要的并发症是断钉的风险。由此可见,各种的固定方法都存在各自的优缺点,目前临床上并没有推荐意见采用什么固定方法疗效最好,具体使用过程中需要针对病人的具体情况作出个性化决定。

7 功能锻炼及康复

HILDEBRANDT等[33]研究表示在术后至少需要9个月的功能康复才能恢复正常的运动。Susanne Beischer等[34]研究表示前交叉韧带重建后9个月内就恢复正常的运动活动相对于术后9个月后恢复正常的运动活动前交叉韧带再次损伤的几率增加了7倍多，故有条理、循序渐进的术前和术后康复，结合明确的目标设定和详细的患者信息，可以提高康复效果。在前交叉韧带重建术术后的康复过程中，既要注意保护已重建的韧带，防止韧带的损伤，又要注意避免废用综合征的发生。有些患者在术后因为膝关节存在肿胀，局部疼痛以及下肢肌力不足等情况，从而使患者对于术后康复具有畏惧的心理，从而使康复过程缓慢，导致一个恶性循环，在术后膝关节普遍会存在功能障碍情况。Alshewaier等[35]提出术前康复锻炼需要3周，包括股四头肌和腘绳肌肌力锻炼、本体感觉和平衡训练、步态训练、关节活动度训练，其能够增强术后膝关节功能及肌力康复效果。术后膝关节的功能锻炼有助于重建后的韧带塑型改建以及促进膝关节功能恢复。

目前对于术后康复没有一个统一的方案，大致可以分为保守、激进以及个性化康复三种方案。Yasuda等[36]提出从术后第二周开始负重和关节活动，康复周期为1年的保守康复方案。其在康复过程中均可以保持膝关节的稳定性，但是易出现膝关节活动障碍等并发症。Shell-bourne等[37]提出术后早期即可开始膝关节负重及活动度锻炼，其康复周期为6-9个月的激进康复方案。其能够使膝关节早期恢复活动度，并且能够避免出现膝关节活动障碍等并发症，但是其在术后容易出现移植物松弛，骨道扩大等并发症。近年来有学者提出个性化康复方案，针对患者术后的各方面因素进行综合性的评估从而制定个性化康复方案。重建后的ACL可能无法完全恢复膝关节的本体感受，在术后的康复中可以通过增强肌肉力量以及平衡性及灵活性训练来恢复膝关节的本体感受。ACL重建后膝关节的肿痛可能会在康复期持续存在，可能会对术后康复的效果产生影响。针对膝关节肿痛我们可以采用选择性抑制COX-2受体药物、局部冷疗、透明质酸类药物以及局部物理及中医治疗。由于局部冷疗可以使局部末梢神经减轻对疼痛的敏感度，同时局部血管收缩可以使局部血管渗出减少，从而减轻膝关节的肿痛。何玉红等[38]等通过随机对照研究表明局部冷疗的方法很够产生很好的止痛、止血效果。透明质酸是一种长链生物聚合物，在关节软骨中，透明质酸充当蛋白聚糖的骨架，蛋白聚糖与胶原蛋白一起形成嵌入软骨细胞的细胞外基质。软骨和滑膜表面涂有透明质酸。透明质酸具有减震和粘弹性的特性。在关节间隙中紧密交织的透明质酸形成分子筛，阻止炎症细胞和分子自由通过，同时允许分解代谢化合物从滑膜流向无血管的关节软骨[39]。在ACL重建后膝关节腔内的透明质酸丢失，局部关节腔内注射透明质酸类药物可以抑制炎性介质的产生，从而缓解膝关节的肿痛。Chau[40]等研究表明ACL重建术后关节腔内注射玻璃酸钠类药物在缓解膝关节肿痛症状有良好的效果。ACL重建后膝关节腔会残留淤血，按照中医理论局部经络不通，如淤血长时间为消除会导致膝关节功能障碍，王开龙等[41]通过随机对照表明ACL重建后功能康复过程中配合局部物理及中医治疗能够很大程度缓解膝关节肿痛症状。

随着运动医学的发展和各国学者对于ACL损伤问题了解的深入，同时对ACL的功能、解剖、重建技术以及并发症等各方面的认识进一步探索，ACL重建的治疗效果有了进一步的提升，同时围手术期对于功能锻炼也有了进一步的要求。但是对于ACL重建的材料、术式、固定方式以及术后康复没有一个明确的共识。本文通过查阅相关文献，对于前交叉韧带解剖结构，骨性隧道定位，移植物选择、固定方式，残端处理以及功能康复等方面做出统一描述，旨在为临床提供最佳的治疗方案。