前交叉韧带解剖和生物力学特点之研究

前交叉韧带解剖和生物力学特点之研究

发表时间：2017-03-24T14:22:52.270Z 来源：《医师在线》2016年12月下第24期作者：朱珂瑶

[导读] 前交叉韧带（ACL）是膝关节中非常重要的部分，决定了膝关节的稳定性。

（长沙医学院；湖南长沙410006）

摘要：前交叉韧带（ACL）是膝关节中非常重要的部分，决定了膝关节的稳定性，这也导致前交叉韧带损伤成为常见的非接触性运动损伤，常发生于扭转、急停或剪切运动中，运动员的发病机率尤其的高。本文中通过前交叉韧带解剖对其产生更深刻的认识，描述其生物力学特点，希望对进一步研究和完善ACL治疗效果有所裨益。

关键字：前交叉韧带；解剖；生物力学特点

前交叉韧带损伤发病率在人群中为每年38/10 万人，并且发病率逐年增加，且运动员的发病率是普通人的两倍，专业运动员的发病率在0.29%-0.71%，且女性比男性更易造成前交叉韧带损伤，面对伤情严重的ACL损伤，需要通过重建手术修复韧带。

一、 ACL解剖

（一）大体解剖

前交叉韧带从股骨外髁内侧的后部开始，前方、远端和向内都可以穿过关节腔存在于胫骨髁间棘前部。平均的长度为34.5±3.5毫米，中间区域平均的宽度为11±1毫米，横截面几乎呈现出卵圆的形状，平均面积上男女存在差异，男性为44平方毫米，女性为36平方毫米。在胫骨止点11±1毫米处韧带渐渐散开，胫骨止点上有3 倍于中点横截面的附着面，矢状面上和股骨、胫骨夹角分别为30°、50°，冠状面上与股骨夹角为21°。[1]

（二）股骨和胫骨止点

通过对股骨和胫骨的解剖发现，股骨止点与股骨长轴走向一致，胫骨止点长轴则和胫骨前后径走向一致，使韧带环绕自身，呈现出扭转的形态。天然的和移植的ACL相比最大的区别是，前者的胫骨止点处具有“足” 样结构，可以增大附着面积，避免ACL与髁间窝产生碰撞，因此术后常常发生伸直受限，就是因为伸膝时移植物与髁间窝产生撞击。

（三）前内束和后外束

前内束和后外束是通过纤维分布和韧带紧张度进行划分的，前内束（AMB）位于股骨止点后上和胫骨止点前内部分，平均长度32 毫米，屈曲时紧张，限制胫骨前后移动；后外束（PLB）位于股骨止点前下和胫骨止点后外部分，平均长度17.8毫米，伸直紧张，限制胫骨旋转；以此一般通过双束重建的方式治疗ACL损伤。

（四）组织学

对ACL组织进行解剖后发现，其周围充满滑膜组织存在于关节腔内，含水量高达70%，含义I型和Ⅱ型胶原，前者甚至可达到80%，各替代物也是因为胶原成分不同表现出不同的特性。还发现前交叉韧带具有牢固的附着点结构，不易发生骨表面直接断裂，而是多数发生实质部或附着点撕脱性骨折，与骨组织之间进行整合是替代物达到稳定的主要方法。

（五）ACL血供和神经支配

作为无血管组织，滑膜组织是提供营养的主要方式，滑膜皱壁含有大量的血管，韧带表面滑膜中往往会存在血管丛营养韧带，通过注射表明无血管出现在韧带附着区，可能造成重建韧带固定部位愈合极慢。ACL神经支配是从胫神经发散开来，分布于滑膜下和附着点处，分支位于滑膜皱壁，存在Golgi样张力感受器和少量机械性感受器，少见游离神经末梢，造成单纯ACL损伤的患者没有过多的疼痛。现有的ACL重建在神经支配的恢复方面效果一般，这也造成了一些ACL重建手术效果不佳。[2]

二、ACL生理学特征

通过资料表明，ACL极限抗张力强度为1756-2284N，最大形变为12.4-19.4毫米，刚度240 N/mm，弹性模量278 MPa, 极限抗张强度35 MPa，产生的应力变化和膝关节屈伸位置、肌肉收缩状态、负重情况等都有关联，仅仅研究前交叉韧带材料属性并不能得出运动状态的受力情况。研究证明，当外力、屈曲角度和作用分束发生变化时应力也会相应改变，比如：外力110 N时产生更大的应力，AMB和PLB最大应力产生时的屈曲为60°、15°，外力22 N时，屈曲15°时AMB产生最大应力，PLB则处于伸直状态；屈伸运动时，使用胫骨前向外力110 N 和22 N时，15°方向得到最大应力95.8-125.4N和22.0-29.4N，90°方向得到最小应力41.6-100.6N和5.5-20.1N；屈伸中AMB和PLB的切线模量、抗张力强度和应变能量密度进行对比，前者更大。根据解剖结果研究还表明，PLB跟旋转稳定有着密切的关系，单束重建在ACL前后向愈合方面作用显著，但对旋转稳定则效果一般，而与功能解剖相近的双束重建可以在单束重建的基础上解决旋转稳定问题。[3] 现阶段已有的ACL生物力学研究全部是使用动物或人体尸体标本，了解ACL受力变化规律，可以更好地进行术前术后指导，促进病情康复。比如：正常情况ACL最大应力不能高于极限应力（小于44%）；当股四头肌收缩作为主要变化时，屈曲较小时受力更大；当腘绳肌收缩作为主要变化时，屈曲较大时应力更小；当人产生脚离地的动作时，步态循环处于中早期，剪切力较大，单脚离地时应力高至303 N；当人产生脚着地的动作时，因为肌肉收缩、地面反作用、胫骨和股骨相互作用导致受力较小。

三、总结

由上文可见，医疗研究学者对于前交叉韧带的了解越来越深，特别是在解剖构造和生物力学方面，得出了很多具有建设型的结论，包括：ACL应力规律、双束重建教单束重建的优势等，也确定了治疗前交叉韧带损伤主要在于重建解剖、恢复功能和防止关节损伤退变。但是由于篇幅限制，并没有详细介绍两种重建方法和步骤，实以为憾。但是相信，在更多医疗工作者、研究者的共同努力下，人们对ACL的认识会愈加深入，会创造出更新的治疗方式，将其与术前、术后紧密结合，更好地治愈前交叉韧带损伤。

参考文献

[1] 吴波，杨柳.前交叉韧带解剖和生物力学特性[J].中国矫形外科杂志，2006，12( 12) : 112-114

[2] 王靖，王愉思，戴畅.膝前交叉韧带胫骨平台止点的生物力学分析[J].医学临床研究，2015，35(5 8) : 547-548

[3] 刘丽娟，敖丽娟.前交叉韧带重建术后的生物力学研究现状[J].中国康复医学杂志，2015，30( 36) : 396-398