前交叉韧带损伤的研究热点解析

张美珍，郭 浩，刘瑞瑞，付鑫金，刘 卉

前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament，ACL)损伤是常见的膝关节运动损伤之一[1～3]，前交叉韧带损伤会严重影响患者的运动能力，有研究表明不论是手术治疗还是保守治疗均会增加骨关节炎等膝关节疾病的风险，且70%左右的患者在一年之内无法恢复到损伤前的运动水平[4]。对于运动员来说，前交叉韧带损伤会导致其短期训练中断、长时间停训甚至运动生涯的终止[5]。已有文献就ACL损伤流行病学研究[6]、损伤机制[7]、预防手段[8]或手术重建[9]等方面进行了综述，但大部分学者均针对某一方面进行分析，因此系统地了解近年来学者对前交叉韧带损伤研究内容的热点问题，有助于研究者获悉有关前交叉韧带损伤的研究思路和研究趋势，进而促进我国在该领域的研究，以期在运动训练、损伤预防以及康复等方面给予一定的研究思路或切入点，进一步期望能够有效预防或者降低居高不下的前交叉韧带损伤发病率。

1 研究方法

1.1 数据来源

本研究选用了Web of Science引文索引数据库中的科学引文索引(Science Citation Index Expanded)，对以前交叉韧带损伤为主题的文献进行检索。检索式为：TS=((ACL or Anterior Cruciate Ligament) and injury)，文献类型包括：Article和Review，时间范围为近五年，检索日期为2018年12月14日，共获得3 168条数据结果。

1.2 数据处理

本研究采用共词分析方法进行研究，该方法是从文献数据库中抽取出高频关键词，对一组词两两统计它们在同一篇文献中出现的次数，以此为基础对这些词进行聚类分析，从而反映出这些词之间的亲疏关系，进而分析这些词所代表的学科和主题的结构变化。共词分析主要研究两个问题：一是探求研究领域间的相互关系，另一个是寻找一些次要的但潜在增长的研究领域。本研究同时结合社会网络可视化分析，将关键词的共现关系更为直观地呈现出来。

本研究在获取样本数据后，首先利用Bicomb对样本关键词进行统计，并对关键词中单复数(如：ligament和ligaments)、大小写(如：Kinematics和kinematics)、简写与全称(如：ACL和Anterior Cruciate Ligament，MRI和Magnetic Resonance Imaging等)、同义词(如：soccer和football)等情况，进行处理，统一为一种表达。第二步，将共同出现在同一篇文献中的关键词共现情况进行统计，并构建关键词共现矩阵。第三步，选择关键词出现频次在10次以上(包含10次)的关键词，筛选出81个关键词利用社会网络软件Ucinet和Netdraw进行可视化分析。第四步，综合关键词出现频次、共现矩阵情况以及文献资料结果，确定研究热点和主题内容。

2 研究结果

研究结果显示近五年来ACL损伤的研究论文主要集中在矫形学和体育科学方向，此外在外科、生物医学工程、和康复等方向也较多。另外，参与ACL损伤研究的国家中美国位列第一，约占到40%，医院和大学(如美国北卡罗来纳大学、俄亥俄州立大学等)是研究ACL损伤的主要机构。此外，中国、德国、澳大利亚、加拿大、英国和日本对ACL损伤的研究比例相当。有关ACL损伤的论文多发表在Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy(膝关节手术运动创伤关节镜检查)和American Journal of Sports Medicine(美国运动医学杂志)，这类文章多是在National Institutes of Health(NIH，美国卫生部)、Smith Nephew，National Natural Science Foundation of China(中国国家自然科学基金)等项目的支持下开展的。从发表论文的作者来看，Hewett TE的发文量最大。

图1ACL损伤研究关键词共现网络

结合相关文献以及对关键词进行共现网络分析，可将前交叉韧带损伤研究领域总结归纳为5个主要研究热点，如图1所示，红色、黄色、绿色、蓝色和紫色区块的主题分别围绕前交叉韧带损伤流行病学研究、危险机制分析、损伤预防方案、ACL重建和保守治疗、康复和重返赛场展开研究。此外，对各研究热点关键词中出现频次20次及以上进行统计，进一步了解各研究热点的研究重点，结果如表1所示。

2.1 前交叉韧带损伤流行病学研究

对图1关键词共现网络的红色区块进行分析可以看出，前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament，ACL)损伤是最常见的下肢损伤之一。大量流行病学研究表明美国每年一般人群ACL 损伤发病率为0.03%[10]，但在运动群体中可达到0.15～0.36%[11]。敖英芳等通过流行病学调查研究发现中国运动员ACL 损伤发病率为0.47%[12]。ACL 损伤后可导致患者生活质量下降或运动员短期运动训练中断，长时间停训，甚至运动生涯的终止[5]，同时还给个人和社会均造成极大的经济损失和负担[13]。而且不论是保守治疗还是重建手术治疗均会显著增加患者骨关节炎[14]、半月板和软骨损伤等膝关节慢性疾病风险[15]。

研究证实，足球、篮球、排球、手球、橄榄球等是ACL 损伤的高发运动项目，其中足球尤为突出[3,16]。当运动员在着地时刻突然减速、制动、旋转或变向时极易导致ACL 损伤[17]，因此急停起跳、跳跃落地、急停变向、落地旋转、单脚跳等[18～20]落地动作为ACL损伤的高危动作。

表1 ACL损伤各研究热点高频关键词频次统计

研究表明ACL损伤发病率在性别上也存在偏倚，女性ACL损伤的发病率约为同龄男性的2～8倍，且ACL损伤性别比与运动项目有关[21～23]。此外，还有研究发现ACL损伤危险性还可能与运动员运动水平或年龄有关，有研究指出高水平足球运动员的运动损伤概率可能更低[24]。同时，有学者比较了大学生和高中生运动员ACL损伤情况，提出不论性别和运动项目，大学生运动员ACL损伤率比高中生运动员高1.38倍[25]。Agel[16]和Mihata[3]通过多年跟踪调查得出大学生篮球运动员每1 000个小时运动暴露的ACL损伤率比高中篮球运动员高。不难发现，ACL损伤危险性与性别、动作、运动专项、运动水平或年龄等均有关系。

通过分析得出近五年来ACL损伤的研究人群主要针对ACL损伤的高危人群，突出表现在以女性、青少年、足球运动员[16]人群为主要研究对象，分析其ACL损伤危险机制。

2.2 前交叉韧带损伤机制分析

从图1中黄色共线网络还可以得出ACL损伤机制分析也是ACL损伤的研究热点。研究已证实约70%的ACL 损伤是非接触性损伤[17]，这一特点表明大多数ACL 损伤是可以预防的。明确损伤危险因素是制定有效预防措施的前提条件。ACL损伤的危险因素是多方面的，已有大量研究证实解剖结构[26]、激素水平[27]和环境因素[28]等是ACL损伤的危险因素，但这些因素通常很难或者无法进行改变。而与ACL损伤相关的生物力学神经肌肉控制因素则可以通过干预训练加以改变。

有学者通过视频分析或流行病学中的跟踪法和对照法推断ACL损伤危险因素，但其结果是描述性的，不能定量确定损伤危险因素与损伤之间的因果关系，更不能预测损伤的发生[29]。另外，北京航空航天大学樊瑜波教授、重庆大学杨力教授以及美国匹兹堡大学Savio L-Y.Woo教授课题组主要致力于尸体或活体ACL有限元分析、MRI等来确定损伤因素或为ACL手术重建提供依据[30～33]，但对人体在实际运动过程中ACL受力分析以及ACL损伤危险因素的分析鲜有研究。而目前研究分析ACL损伤危险机制的神经肌肉控制因素主要是运用生物力学的方法，通过运动学、动力学和表面肌电对ACL损伤的高危人群进行损伤高危动作的测试，分析三维运动学[34～36]、动力学[18,37,38]和肌肉用力情况[34,39]对ACL损伤的影响，同时还运用数学模拟[40～42]等方法探索ACL损伤危险因素。大量研究[32,35,43]通过试验测试或计算模拟的方法已经证实不论在体内还是体外，ACL负荷与膝关节屈曲角度之间具有相关关系，膝关节屈角越小，髌腱—胫骨纵轴夹角和ACL 倾斜角越大，ACL 负荷越大。另外，有研究[44]提出小腿前倾时膝关节中心在COP 前方，产生一个膝关节外部屈曲力矩，因此需要增加膝关节内部伸展力矩，所以小腿前倾也是导致ACL损伤的危险因素之一。B.YU 等[45]提出，水平向后地面反力越大，膝关节伸展力矩也越大，因此可以产生一个大作用在胫骨近端的向前剪切力，进而增加了ACL受力。另外，虽然大的垂直地面反力也会使ACL 负荷增加，但是还与足的着地方式和胫骨倾斜角有关[40,41]。膝内翻和内旋力矩对ACL损伤危险性的影响与落地形式有关。薄弱的股后肌和腓肠肌肌力也可能会增加ACL损伤危险性[41,46]。但目前不同项目、运动水平、年龄、性别间人群中仍有很多生物力学神经肌肉控制因素是否是ACL损伤的危险因素存在争议。而这也成为目前很多科研工作者运用生物力学的分析手段去分析和丰富ACL损伤危险因素的切入点。

2.3 前交叉韧带损伤预防训练

图1绿色关键词共线网络结果得到前交叉韧带损伤预防也是ACL损伤研究的热点之一。正是由于ACL损伤机制和危险因素因不同运动项目、性别或运动技能水平而有差异，使得目前ACL损伤的干预训练效果不容乐观，ACL损伤率仍居高不下。Noyes[47]和Taylor[48]等人运用Meta分析得出，在1994-2015年间9项有关预防非接触性ACL损伤的干预训练研究中，仅有为数不多的研究得出干预手段能使ACL相对损伤率减少70%～100%，同时对足球、排球运动员的损伤预防效果较篮球运动员更理想[49]。而大多数研究结果均显示运动干预并不能降低篮球、足球、排球、手球运动员ACL损伤率，甚至训练组ACL损伤率(0.21～0.49每1 000小时运动暴露)高于控制组(0.03～0.08)[50]。而且流行病学数据表明，在美国大学生运动协会中ACL损伤率自2004-2005年到2012-2013年间，篮球、足球、排球、冰球等14个项目的ACL损伤率逐年增加[1]。只有充分了解不同运动项目、性别、运动水平或不同年龄段运动员ACL损伤危险因素的特征，才能制定针对性的预防损伤方案，选择有效的预防手段。在损伤危险因素并不明确的情况下，目前多数研究实施的预防ACL损伤训练方案综合了多种手段以提高运动员神经肌肉功能，包括损伤教育、力量训练、肌肉伸缩复合训练、平衡训练和动作反馈训练[51]。但由于训练手段较多，针对性差，训练时间长，运动员依从度较低等原因，干预训练的效果并不理想。

综上所述，目前ACL损伤机制和危险因素的影响尚不明确，损伤预防方案无法进行针对性设计，这可能是造成ACL损伤预防效果差、损伤率居高不下的主要原因之一。因此有必要明确ACL损伤危险因素的影响特征，以针对性地制定安全、有效的预防措施。

2.4 前交叉韧带损伤手术重建和保守治疗

从图1蓝色关键词共线网络区块不难发现ACL重建也是研究的热点。磁共振成像(MRI)可用于确诊ACL损伤或断裂，评估相关的病理学如关节软骨、半月板及相关韧带撕裂情况。研究表明，ACL损伤病例中仅有10%左右的损伤是孤立发生的，而大多数情况下是与膝关节侧副韧带、关节软骨和半月板等损伤并存[17]。目前，治疗前交叉韧带断裂的方案主要包括ACL手术重建和保守治疗，其目的均是为了减轻膝关节疼痛和不稳定性，帮助恢复膝关节功能。运动员发生前交叉韧带损伤时常采用手术治疗，重建手术的目的是替换撕裂的ACL以恢复稳定的膝盖[52～54]。相比之下，保守(非手术)干预措施也常用于治疗ACL损伤，保守治疗方案中通常采取渐进式康复计划，主要包括旨在提高力量和平衡能力的锻炼方式，其目的在于改善膝关节周围的肌肉功能，进而代偿膝关节功能。

ACL手术重建作为关节镜手术越来越受到重视。在接受手术重建的患者中，94%是在最初受伤后一年内完成的[55]。ACL断裂的手术重建治疗已经从单纯缝合或缝合加某种增强物的ACL重建发展到使用肌腱或韧带的替代移植物重建韧带，并固定在预备的钻孔中。通常使用三种类型的移植物：来自患者身体(自体移植)、尸体人类供体(同种异体移植)或人工韧带替代物。通常，从ACL断裂的患侧切取腘绳肌肌腱，在重建手术中取出移植物；或者使用骨—髌腱—骨(BPTB)结构中髌骨中部的一段骨[56]。ACL手术重建后，可以通过膝关节损伤和骨性关节炎结果评分(Knee injury and Osteoarthritis Outcome Score, KOOS)、关节置换(Joint Replacement，JR)和四个KOOS生活质量子量表问题确定聚合评分来评价术后结果[57]。而ACL损伤患者的保守(非手术)治疗通常包括冷冻疗法(冰)、连续被动运动、限制性护具、电疗法(肌肉刺激)等方法，其旨在提高力量和平衡能力。

ACL损伤的最佳治疗方案目前仍然存在争议。在短期内，ACL重建手术可明显改善活动中膝关节功能不稳或/和反复发生ACL损伤，有助于恢复膝关节的稳定性和降低膝关节慢性疾病的风险。但是，所有的手术都会增加并发症风险，比如感染。特别是对于使用自体移植物的重建，供体部位可能严重的并发症，如膝关节前方。此外，还有研究提出约8%的患者在ACL手术重建后还可能经历二次修复手术，进一步提高膝关节功能和稳定性，保证患者更好地恢复身体机能[58]。虽然手术干预对运动员来说已经变得普遍，但是基于物理疗法的早期非手术(保守)治疗在普通人群中使用更为普遍[59]，保守治疗后更易引起膝关节失稳、骨性关节炎的发生和发展。因此，目前对ACL的最佳治疗方案仍存在争议。

2.5 前交叉韧带损伤康复和重返赛场

前交叉韧带重建后的康复对于获得成功的临床结果起着重要作用，从图1紫色共线网络区块可以发现康复和重返赛场也是ACL损伤研究热点。ACL重建术后的康复在过去的20年间已经经历了快速的发展。其归因于ACL重建手术的发展，特别是最近在解剖学上的重建ACL的发展，即ACL功能恢复到其固有尺寸、胶原取向和插入部位是术后康复的重要考虑因素。解剖ACL重建可导致运动范围(ROM)得更快恢复，但同时也使得重建后的张力更大。因此，解剖ACL重建术后康复和重返运动所需时间和速度比传统的ACL重建后更长、更慢。

尽管ACL重建手术方案、患者的个人身体素质、康复手段等具有差异，最佳的康复计划值得商榷。但其原则是鼓励尽早进行运动锻炼、力量训练和功能恢复。通常来说可以将ACL重建后的康复分为三个阶段：术后早期阶段(术后4-6周)、力量和神经肌肉控制阶段和重返体力活动和运动阶段。ACL重建后的康复还应考虑控制术后疼痛和肿胀，保护愈合的移植物，恢复与对侧膝关节对称的全部运动，加强稳定膝关节、髋关节和躯干的肌肉力量，加强神经肌肉的控制，并逐步发展到功能性活动。

由于ACL重建手术的人群范围较为广泛，有业余体育爱好者，有专业运动员。同时，年龄分布也较为广，从儿童到中老年人，因此，到目前仍没有统一的主观或客观指标来保证患者可以安全重返赛场的评价标准。有研究提出允许在3个月时进行跑步运动，6个月时可以进行侧切/旋转运动或无特定限制性的动作。

3 结语

3.1 研究重点

ACL损伤危险机制的研究仍然是目前关于ACL损伤的主要研究重点和热点。不同人群ACL损伤危险因素尚不明确是ACL损伤率仍居高不下的主要原因之一。目前主要是通过运用生物力学手段，通过运动学、动力学和肌电获得受试者下肢生物力学特征，进一步通过有限元分析或者数值模拟等方法，探索ACL损伤危险机制。对损伤危险因素进行深入系统的分析，是确定有效ACL损伤预防训练方案的前提和关键，也是ACL损伤的研究重点和难点。

3.2 研究难点

ACL手术重建技术由早期的简单修复发展到现在技术和材料上的巨大变化。目前ACL重建采用内支架的先进缝合技术和使用植入血液的生物支架来保护修复部位免受对滑液愈合的有害影响。ACL重建技术中还发现膝关节外侧韧带(ALL)的重要作用，第三外侧囊是控制膝关节前移和轴向移位的重要结构。在ACL重建手术中，关注ALL解剖结构的特征，尝试更全面地定义适应症和重建技术是在2020年之前进行ACL重建手术的突破口。另外，大的胫骨斜坡不仅增加了ACL损伤的风险，同时也增大了ACL重建失败的几率，因此进行ACL重建手术的外科医生需重点关注胫骨斜坡的问题。此外，对于ACL重建术后的康复手段和重返运动的评价标准也将是未来ACL损伤研究的热点和难点。