前交叉韧带解剖学研究进展

李光磊，王宝鹏，张汉宽，段强民，张 平，路世勇，王 冠，张 冰，吕新凯

（淄博市市立医院骨一科，山东淄博 255400）

前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）损伤在运动员中很常见，ACL损伤后会造成膝关节不稳定，从而导致半月板撕裂和软骨损伤，使受伤的膝关节更容易发展成骨性关节炎。在ACL断裂后，首要目标应该是重建ACL的功能，使患者能够恢复正常活动，为此，必须进行解剖重建。不规范的ACL重建可能会使重建韧带处于非自然位置，这将会导致对周围正常结构（如髁间窝或后交叉韧带）的撞击。所以只有精确的韧带解剖重建才能使膝关节恢复正常的运动水平，降低发生骨性关节炎的风险，并改善患者的预后。

1 前交叉韧带的血运及神经支配

血管解剖学认为ACL的主要血液供应来自于后侧的膝中动脉，膝关节内、外侧动脉的分支也可以通过髌下脂肪垫对其供血，血供主要集中在前内侧束（anteromedial bundle,AM）与后外侧束（posterolater⁃al bundle,PL）之间的隔膜。在临床中可以发现许多ACL断裂患者都会出现膝关节内出血，这与ACL损伤后血管破裂有关。神经解剖学认为ACL可以提供一些本体感觉反馈给大脑，这可能有助于预防损伤，其传入感觉纤维来自胫后神经的后支，为运动和韧带变形时的姿势变化提供传入弧［1，2］。

2 前交叉韧带在股骨及胫骨止点的构建方式

ACL是由致密的结缔组织组成的带状结构，起始于股骨外侧髁内侧面的后侧，股骨止点同时包括两种方式，即直接止点和间接止点［3］。股骨止点中心为经典的四期结构纤维软骨（直接）止点方式构建，即在韧带与骨之间有一个纤维软骨过渡区，该区域内由4种组织逐渐过渡：纤维结缔组织、未钙化纤维软骨、钙化纤维软骨及骨。股骨止点的后缘则由2期结构纤维（间接）止点构建，这种结构由致密结缔组织纤维直接穿透骨质，该类纤维由I、III和IV型胶原、肌腱蛋白、纤维蛋白、弹性蛋白组成。ACL斜向前下方止于胫骨内外侧髁间嵴之间及其前方的骨面，部分纤维还附着于外侧半月板前、后角及内侧半月板前方的骨面，胫骨止点呈扇形结构分散，胫骨止点为经典直接止点方式［4］。Iwahashi等［5］也发现ACL股骨止点存在两种方式，一种是直接止点型，该型允许力的逐渐消散，另一种是间接止点型，纤维止点直接连接骨质，无过渡区。同时他们还发现在直接止点区，纤维几乎以直角进入骨骼。Kawaguchi等［6］通过研究表明，直接止点区位于前交叉韧带AM束股骨止点处，ACL股骨端承受的大部分力量通过该位置，而股骨止点其他部分的纤维为间接止点纤维，可承受的负荷较小。所以建议在进行ACL重建时要将股骨骨道定位于该位置。

3 前交叉韧带股骨、胫骨止点的解剖学研究及定位

由于ACL体部纤维致密，起点及止点纤维分散，故呈现两头宽、中间细的沙漏样形状，相关研究表明，ACL峡部几乎位于胫骨及股骨止点之间的中间位置，且横截面积不到胫骨及股骨止点面积的一半［7］。沙漏样结构不仅为ACL胫骨及股骨止点提供了较大的接触面积，而且可以有效防止ACL体部与髁间窝的撞击。目前有很多研究者报道了各自测量的ACL在股骨及胫骨止点处的长度、宽度、面积及倾斜角度，但各项研究结果的差距较明显。

3.1 股骨止点的解剖学研究

Scheffler等［8］通过3D磁共振对30名正常人群ACL进行研究发现，ACL的股骨止点形态不是之前研究者描述的圆形，而是呈矩形或椭圆形。它的长度为10～19 mm，平均14 mm，宽度为3～8 mm，平均6 mm。ACL股骨止点长度为（14.00±2.00）mm（8.00～19.00 mm），宽度为 （5.00±1.00） mm （3.00～8.00 mm），股骨止点面积为（54.00±21.00）mm2（27.00～118.00 mm2）。Julio 等［9］通过对 16 例截肢后的膝关节ACL股骨止点进行研究发现，ACL股骨止点平均长度为（16.40±2.12）mm（11.30～19.30 mm），平均宽度为（9.62±0.93）mm（7.85～11.23 mm），平均面积为（99.70±11.30）mm2（80.90～117.20 mm2）。ACL止点至浅层软骨边缘（distance between the limit of ACL insertion and the superficial articular cartilage,DSC）的平均距离为（9.77±1.21）mm，距深层软骨边缘（distance between the limit of ACL insertion and the deep articular cartilage,DDC）的距离为（2.60±1.20）mm，距远端软骨边缘（distance between the limit of ACL insertion and the inferior articular cartilage,DIC）的距离为（1.86±1.15）mm。张冰等［10］通过对46名健康志愿者建立CT与MRI三维实体模型，测得ACL股骨止点在男性长轴为（15.30±1.70）mm，短轴为（8.50±1.80）mm，在女性长轴为（14.30±2.10）mm，短轴为（5.50±1.90）mm，男性股骨侧止点面积为 （103.60±13.00） mm2，女性为 （86.50±11.60）mm2。并由此得出ACL股骨止点存在性别差异，男性较女性大。该研究结果与Rainer［11-12］的研究结果一致，他们测得的男性ACL在股骨侧的止点面积（98.00±22）mm2明显大于女性（76±13）mm2，男性 ACL股骨侧长度（15.20±20）mm大于女性（14.30±30）mm，ACL 胫骨止点面积男性（130±45）mm2大于女性（106±29） mm2。陈连旭等［13］则通过测量尸体标本认为ACL股骨侧止点长轴为（17.01±1.83） mm，短轴为 （10.31±1.45） mm。Sebastian等［14］曾经进行一项大型活体研究，报道了股骨和胫骨ACL止点部位的长度分别为12～20 mm和12～22 mm。在这些测量中，2/3的标本股骨侧长度为16～18 mm。另外该研究还具体测量了AM束和PL束的长度，发现AM束在胫骨止点处长度为5～12 mm、股骨止点处为6～12 mm，AM束的宽度，在胫骨处为6～11 mm，股骨处为6～10 mm。PL束胫骨止点的长度及宽度分别为5～10 mm和4～10 mm，股骨端长度及宽度均为4～10 mm。最后经过测量胫骨侧ACL止点面积为 114～229 mm2，而股骨侧的面积为 83～197 mm2。

3.2 股骨止点的定位

髁间窝呈前窄后宽的拱形，这种形态被描述为“哥特式拱门”的形状。在膝关节侧位片上，髁间窝顶通常被称为Blumensaat's线。股骨附着点的定位有多种方式，如钟面、象限或网格、以及参照髁间窝外侧壁软骨后缘来定位。在定位股骨隧道时，还应考虑膝关节屈曲角度，因为它会改变关节镜下的视野，过度屈膝会导致股骨隧道前置，而过度伸展可导致股骨外髁后侧皮质破坏。Edwards等［15］以钟面法定位AM束中点位于11点钟方向，距髁间窝外侧壁后缘5 mm左右，PL束中点位于10点钟方向，距外侧壁后缘9 mm左右。Bernard等［16］描述了一种象限法，即在膝关节屈曲90°侧位片上，沿Blumensaat's线测量前后坐标，从股骨外侧髁最远端做Blumensaat's线的平行线，两线之间即为髁间高度，测量上下坐标。Zantop等［17］在尸体标本上使用该方法，在屈膝90°位，确定AM束位于Blumensaat's线后缘前18.5%，髁间高度的22.3%。PL束平均位于Blumensaat's线后缘前29.3%，髁间高度的53.6%。Takahashi等［18］证实了AM束和PL束的股骨侧中心距股骨外侧髁后软骨边缘的平均距离为7.6 mm和7.0 mm。ACL在股骨的附着区域因患者而异，但基本位置可以参考常见的软组织和骨性标志，常见的软组织标志为ACL残端，而常见的骨性标志为外侧髁间嵴及与其垂直的外侧分叉嵴。有研究报道，外侧髁间嵴的变异较小，90%～100%的标本存在外侧髁间嵴，而外侧分叉嵴的变异较大，约50%～80%［19，20］。外侧髁间嵴也通常被称为住院医师嵴，标志着股骨ACL的前缘，在该嵴前方几乎没有ACL纤维。外侧分叉脊是区分AM束和PL束股骨侧足迹的分隔器。Ziegler等［20］发现外侧髁间嵴的标志物长度为18.0 0mm，而分叉嵴的长度估计为11.60 mm，PL束附着在AM束的远端和前部。同时确定ACL股骨侧的附着中心位于外侧髁间嵴后方6.10 mm处，分叉嵴附近1.70 mm处，距远端软骨边缘14.70 mm。AM束和PL束附着中心分别位于外侧髁间嵴后方7.10 mm和3.60 mm，分叉嵴两侧4.80 mm和5.20 mm，分别距远侧软骨边缘18.60 mm和10.70 mm。Rainer等［11］研究发现AM束和PL束的足迹分别占ACL股骨止点区域的52%和48%。

3.3 胫骨止点解剖学研究

ACL胫骨止点变异较大，因为ACL可能穿过膝横韧带下方，但很少有纤维束与外侧半月板前角融合。胫骨嵴内侧隆起和膝横韧带是固定点，有助于指导隧道的正确放置，而外侧半月板的前角与ACL胫骨止点的关系可能不同［21］。大部分学者将胫骨止点为椭圆形或扇形，且以扇形多见，也有学者将胫骨止点描述为 C型（67%）、J型（24%）及 Cc型（9%）［22］。Colombet等［23］通过研究测得胫骨止点约为ACL体宽的两倍，其前缘距离胫骨前皮质约22 mm，距关节面前缘约15 mm，位于胫骨内、外侧髁间棘之间及前方。ACL胫骨止点的前后径为（17.60±2.10） mm，左右径为 （12.70±2.80） mm。Scheffler等［8］通过 3D磁共振测得胫骨止点长度（10.00±2.00） mm，范围 （5.00～14.00 mm），宽度 （7.00±2.00）mm，范围（5.00～13.00 mm），胫骨止点面积（59± 20） mm2， 范 围 （33.00～118.00 mm2）。 Kopf等［24］通过对137例ACL损伤患者进行术中测量发现胫骨止点平均长度（16.80±2.00）mm，范围（12.00～20.00 mm）。胫骨AM束平均长（8.70±1.10）mm，范围（7.00～11.00 mm），平均宽（9.20±1.10）mm，范围（7.00～11.00 mm）。胫骨 PL束的平均长度为（7.40±1.10）mm，范围（5.00～9.00 mm），平均宽度为（6.6.00±1.00）mm，范围（4.00～8.00 mm）。胫骨AM束和PL束中心距平均（8.70±1.50）mm，范围（7.00～10.00 mm）。Harald 等［25］通过 146例 ACL 重建的患者进行研究发现MRI测量胫骨侧ACL止点长度（16.60±1.60）mm，术中通过关节镜下测止点长度为（16.40±1.60）mm。并认为ACL胫骨止点长度在12～20 mm之间。Randy等［26］通过相同方式测得的ACL胫骨长轴分别为17.9 mm和17.2 mm。李劼若等［27］通过测量新鲜尸体膝关节标本，测得ACL平均峡部直径为（11.21±0.76）mm，ACL在胫骨止点处的平均最大横径及前后径分别为（11.34±0.79）mm和（16.54±0.82）mm。AM束和PL束在胫骨止点处的平均面积分别为（113.35±29.65）mm2和（83.29±16.9） 9mm2。

3.4 胫骨止点的定位

胫骨止点的定位可以参照软组织标志及骨性标志，常用的软组织标志包括ACL胫骨侧残端，后交叉韧带前缘及外侧半月板前角后缘。骨性标志包括过顶脊（retro-eminence ridge,RER）和胫骨内侧髁间嵴的外侧面。郭宇等［28］通过40例膝关节尸体标本测得ACL胫骨侧中心距RER和胫骨内侧髁间嵴边缘分别为（16.95±0.97）mm和（5.99+0.30）mm。AM束及PL束的中心点距RER分别为（17.34±0.30）mm和（10.35±0.31）mm；AM束及PL束中心距胫骨内侧髁间嵴边缘分别为（5.53±0.25） mm 和 （4.19±0.12）mm。Colombet等［23］测量了7个尸体标本的膝关节AM束和PL束的胫骨附着，并认为RER是胫骨ACL附着点的重要参考标志。该组发现胫骨止点AM束和PL束中心之间的距离为（8.40±0.60）mm，AM束在RER 前平均为（17.80±1.70）mm。Edwards等［15］测量了 ACL胫骨附着点的中心在距RER（15.00±2.00）mm处，位于胫骨深度的36%，其中PL束中心距 RER（10.00±1.00）mm，AM束中心距 RER（17.00±2.00）mm。PL束位于胫骨内侧髁间嵴外侧（4.00±1.00）mm，AM束位于胫骨内侧髁间嵴外侧（5.00±1.00）mm。Lorenz等［29］利用 CT 扫描尸体标本，测量了AM和PL束的中心在胫骨平台前部的41%和52%，AM和PL束的冠状面位置距离胫骨平台内侧缘分别为48%和50%。Ahn等［30］应用磁共振测量，发现胫骨止点的中心位于胫骨平台前部的37%，在冠状面X线上，胫骨止点定位在距胫骨平台内侧缘46%的位置。

3.5 前交叉韧带倾斜角

ACL在磁共振矢状面及冠状面上存在倾斜角，ACL矢状角定义为矢状面上ACL纤维轴线与垂直于胫骨长轴的直线之间的角度。冠状角定义为冠状面上ACL纤维长轴与垂直于胫骨长轴的直线之间的角度。Ahn等［30］通过MRI测量了健康人群的ACL，并报告了ACL在矢状面及冠状面上的倾斜角度分别为（58.70±3.80）°和（65.90±4.40）°。Kyung 等［31］通过磁共振测量正常人群ACL在矢状面上AM束的平均倾角为54.6°，PL束为53.0°，在冠状面上AM束平均倾斜角为73.4°，PL束为66.4°。相比于矢状角，冠状面内的ACL倾斜角更偏向垂直，这与髁间切迹狭窄有关，在这个平面上不允许有大量的倾斜。于是Nathan 等［32］将正常 ACL 的矢状角定位在 50°～60°，冠状角定位在 66°～76°。

4 前交叉韧带的长度及所受应力在不同屈膝角度的变化

ACL的长度和强度在确定重建韧带的最佳移植物时非常重要。Zantop等［17］测量出的ACL平均长度为38 mm，宽度为11 mm，并认为完整的ACL最多可以承受2 160 N的拉力，具有242 N/mm的刚度。但ACL存在弹性，所以在膝关节不同的屈曲角度，ACL表现为不同的长度，Fujimaki等［7］认为ACL在膝关节处于完全伸直位时最长，为（31.10±3.10）mm，随着膝关节屈曲角度的增加逐渐减小，至膝关节屈曲 90°时，ACL的长度为（24.30±3.20）mm。ACL峡部的横截面积也随着膝关节屈曲角度变化，在膝关节伸直位时最小为（39.90±13.70）mm2，在膝关节屈曲 90°时最大为（43.90±12.10）mm2。ACL 的生物力学及功能解剖学研究表明，在膝关节处于完全伸直位时，AM束与PL束基本保持平行，随着膝关节屈曲角度的增加，两束出现一定角度的扭转，而且PL束逐渐松弛，AM束逐渐紧张。Andrew等［33］指出AM束在完全伸直位时被拉长，随着膝关节屈曲角度的增加而放松，但在膝关节屈曲超过90°后再次被拉长。Yasuda等［34］的一项研究也证明了这一点，该研究表明AM移植物原位力在完全伸展时最高，在膝关节屈曲 0°～30°之间降低，在 30°～90°之间有一个平台，此后逐渐增加。另一方面，PL束移植物张力在完全伸展时最高，随着膝关节屈曲从0°～90°逐渐放松。

5 小 结

在进行ACL重建时，精确的股骨及胫骨骨道定位，对移植物近期及远期存活率至关重要，解剖重建的交叉韧带将使患者获得更好地本体感觉，从而迅速恢复正常运动功能。只有系统的评估，综合多方面解剖特点才能精确定位股骨及胫骨止点，实现解剖重建。重建时还应考虑髁间窝形态及胫骨倾斜角，必要时行髁间窝成形或胫骨截骨矫形术，以减少重建韧带与周围组织的慢性磨损及撞击，减轻移植物张力，降低ACL重建失败率。