膝骨关节炎前交叉韧带退变的研究进展

谢洪华

【摘 要】 膝骨关节炎患者产生的骨赘会增加前交叉韧带机械性损伤并发症的风险，且患者前交叉韧带最早的变化是胶原纤维的分解和黏液样变性。随着前交叉韧带周围软骨病变的发展，前交叉韧带的黏液样变性、软骨样化生和囊性变化的严重程度增加，晚期可能会伴随有少量的钙沉积。MRI诊断外伤所致完全撕裂的前交叉韧带具有较高的敏感性和特异性，但想准确诊断膝骨关节炎前交叉韧带损伤程度却相當困难，只有在术前明确诊断前交叉韧带的退变情况下才能得出最佳的治疗方案。对于无法明确前交叉韧带的退变情况，是否行保留前交叉韧带的全膝关节置换术要因人而异。选择最适合患者的方案，尽量恢复膝关节的自然运动，给患者最佳的术后效果;同时，也要积极探索，全面改进，努力提高患者的满意度。

【关键词】 膝骨关节炎;前交叉韧带;全膝关节置换术;解剖;组织学;磁共振成像;研究进展;综述

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）的特点是关节软骨的破坏、退变和骨赘的形成，导致关节间隙变窄。本病老年女性发病率较高。KOA可引起严重的关节疼痛，最终导致残疾。膝关节前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）是稳定膝关节最重要的解剖结构，其损伤可致膝关节不稳定，是膝关节最常见的损伤之一[1-2]。老年KOA患者常伴有ACL损伤，ACL损伤与KOA的发生、发展有密切的关系[3]。KOA继发的骨赘会造成髁间窝的缩小，随着膝关节的屈伸，可以产生一种对ACL造成破坏性损伤的剪切力[4];因此，骨赘的存在会增加ACL机械性损伤并发症的风险[5]。

随着全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）数量的增加，患者对于术后康复拥有更高的期望和功能需求[6]。对于TKA，目前临床上通常使用去除ACL的假体[7];然而，研究结果表明，有相当数量的患者对术后不满意[8]，其原因可能是运动学的改变，包括异常的股骨前移位和TKA术后本体感觉减少[9]。ACL的本体感受特性在自然运动中发挥重要作用，在TKA中保留完整的ACL有助于改善功能结果[10]。因此，ACL保存完整，仍然具有协助膝关节正常运动的功能，对是否行保留ACL的TKA至关重要。在KOA患者中，ACL的情况各不相同。KALLIOPI等[11]进行相关的Meta分析发现，基于TKA中对ACL的评估，其中有78%存在ACL损伤，但只有55%的ACL完好无损。

虽然大量的研究证实，ACL损伤会导致KOA[12]，而KOA除了能造成ACL机械性损伤外，在KOA的自然病程中也会影响ACL，使ACL发生退变。目前，对于KOA中ACL退变的研究较少，本文就KOA中ACL退变的相关研究进行归纳总结，以便更全面地为KOA患者选择正确的治疗方案提供帮助。

1 解剖结构

ACL从股骨远端延伸，并连接到胫骨的前内侧部分。即起自于股骨外侧髁内侧面的半圆形凹陷处，上缘为股骨外侧髁内侧壁与髁间切迹顶部交界处，下缘和后缘距股骨外侧髁关节缘3 mm。在胫骨上，胫骨内侧和外侧髁间结节之间的前结节嵴（胫骨ACL脊）代表ACL的后缘。ACL的内侧边界是胫骨内侧髁关节面的外侧边界，即胫骨内侧髁间脊;外侧边界是外侧半月板，住院医师嵴代表股骨ACL插入的前边界，可作为ACL股骨止点的骨性标志物[13];而ACL胫骨止点骨性标志物为内侧和外侧髁间结节的前边界，并与外侧半月板的前角相连[13-14]。ACL的平均宽度为10～11 mm，范围为7～17 mm，平均厚度为3.9 mm[15-16]。ACL的主要作用是限制胫骨前移、内旋、内外翻及过伸等，并辅助内外侧副韧带及关节囊。在膝关节腔中的ACL，若膝关节发生KOA等病变，关节腔内关节液会影响ACL，使ACL发生病理变性。并且KOA病变产生的骨赘影响膝关节的正常解剖结构，在膝关节运动时也会对ACL造成一定的机械性损伤，加速ACL的退变。认识膝关节的正常解剖结构可以更全面、更细致地了解KOA病变后的解剖结构，使ACL退变与KOA病变之间关系的研究更加深入。

2 组织学

在KOA的自然病程中，ACL会发生病变退化，认识正常ACL的组织学，可以分辨其在KOA影响下的病理变化。ARNOCZKY等[17]研究发现，ACL的血液供应主要来自膝中动脉，膝中动脉形成覆盖整个韧带的周围血管网，周围血管通过连接支穿入韧带，形成与胶原束纵向平行排列的韧带内血管。SCHUTTE等[18]则描述了ACL内的神经网络，它占韧带整个区域的1%。这个网络由Ruffini末端器官、Pacinian小体和游离神经末梢组成。相关研究表明，膝关节中ACL和后交叉韧带均为带状结构，由Ⅰ型胶原束组成，Ⅲ型胶原纤维将胶原束分开，其中含有少量糖胺聚糖，仅含有少量弹性蛋白、润滑剂和Ⅱ型胶原[19]。RUMIAN等[20]认同上述观点，同样发现ACL是一种带状结构，由致密的结缔组织组成;韧带由成纤维细胞组成，主要由Ⅰ型和Ⅲ型胶原包围。

尽管ACL损伤与骨关节炎（osteoarthritis，OA）之间存在关系，但在KOA患者中描述ACL组织学变化的证据有限。CUSHNER等[4]研究发现，KOA的ACL最常见的退变是疏松的纤维组织，其次是囊性、黏液样和颗粒状物质。HASEGAWA等[21]研究表明，ACL最早的变化是胶原纤维的分解和黏液样变性，随着ACL周围软骨病变的发展，ACL的黏液样变性、软骨样化生和囊性变化的严重程度增加，晚期伴随有少量的钙沉积。宏观和微观ACL损伤都与膝关节软骨退行性变相关，证实其参与了KOA的发病机制。此外，他们认为股骨内侧髁的OA可能是导致ACL退变的原因之一。HASEGAWA等[22]后续研究发现，ACL退行性变化与ACL内的细胞募集或细胞增殖有关，这可能导致软骨样上皮化生和异常细胞外基质产生。

在组织学上，退行性韧带显示不同程度的软骨样化生、黏液样变性、胶原纤维排列改变和囊性改变[4，21，23]。RUSCHKE等[24]获得45个KOA患者和非KOA患者的ACL，通过分析骨形态发生蛋白-2信号通路在KOA患者ACL退变发生中的作用，发现OA组中DNA结合抑制剂1（ID1）和SMAD家族成员6（SMAD6）靶基因表达降低，导致ACL钙沉积。而MONT等[25]认为，ACL黏液樣变性是最普遍的。其还观察到，年龄的增长、较高的BMI和Ⅳ级骨关节炎与ACL组织病理学变化显著相关;与年轻患者的ACL标本相比，老年患者的ACL标本有更多类型的组织学改变，ACL的黏液样改变与年龄增长呈正相关。正如大量研究表明，KOA多发生在老年群体[1]，随着年龄的增长，KOA患者的ACL多数伴随有病理组织学改变。LEVY等[23]发现，ACL和后交叉韧带的组织学改变与年龄相关，并发现在较高年龄组中存在更多的韧带变性，80～89岁年龄组的变化最多。该研究还表明，即使在关节软骨改变之前，韧带的组织学也有退行性改变，如黏液样退行性变、软骨样化生和纤维组织紊乱，在早期也可见。ACL和胫骨平台内侧软骨的退行性改变随着年龄的增长而增加，并且ACL周长的降低也和胫骨平台内侧软骨严重退变有关[26]。由于KOA引起的炎症过程，ACL发生了显著的组织学改变，这些变化包括组织变性、纤维软骨化生、钙化和异常血管化。因此，行保留ACL的TKA可能不是严重KOA患者的最佳治疗选择[27]。

KOA的退行性变化可引起ACL的病理组织学改变。随着年龄的增加，病变越来越严重。但目前还需要更多的相关研究确定两者之间的关系，为临床KOA患者提供准确的治疗方案。

3 磁共振成像

KOA患者由于病变产生的骨赘使关节间隙变窄，在MRI上可以看出这种变化。HILL等[28]对360例KOA患者进行了MRI检查，发现ACL完全性断裂者占22.8%，与完整性ACL相比，ACL完全性断裂者的膝关节X线片可以看出退变更加严重，内侧关节间隙变得更窄。STEIN等[29]发现，骨赘的存在会使KOA患者的股骨切口狭窄;通过比较KOA患者的MRI发现，较小的股骨缺口宽度指数可以造成KOA患者的ACL发生撕裂。CHRISTEN等[7]把髁间切口按MRI轴向序列中切口形状分为A型、U型和W型，他们发现中度和重度KOA患者存在髁间切口狭窄，A型髁间切口形状较窄;同时，KOA患者的ACL损伤与髁间切口狭窄呈正相关，并且KOA合并ACL损伤患者髁间切口宽度较小，A型比例大于单纯KOA患者，总之髁间切口狭窄是导致KOA合并ACL损伤退变的危险因素。KOA患者髁间切口狭窄会影响ACL的正常退变，最终可能会造成ACL的断裂。临床发现，MRI诊断ACL完全撕裂具有较高的敏感性和特异性，但是想要准确诊断KOA的ACL是否损伤却相当困难[30]。梁有禄等[31]认为，轻微的ACL部分撕裂容易导致MRI假阴性出现，了解ACL撕裂的间接征象和伴随征象才能有效提高MRI诊断ACL损伤的准确率。廖云等[32]研究也认为，在MRI的5个直接征象中以ACL不连续、走行异常以及水肿增粗及10个间接征象中以PCL指数、Notch征、半月板后角裸露征，及空髁间窝征等具有较高的特异性时才可以较为准确地判断膝关节ACL损伤。薛静等[33]研究也发现，有部分KOA患者无明确损伤史，却在手术中发现ACL断裂或消失。ALTINEL等[34]认为，标准的MRI难以对KOA患者的ACL状态进行精确的诊断，若ACL因急性损伤而撕裂成不同的外观时此诊断能力则会降低。MRI的高灵敏度归于它能够观察退化韧带的内部，而在手术中只能看到韧带的表面。虽然MRI在检测完整的ACL方面更可靠，但对于内部严重损坏的ACL（高假阳性率）的检测却不太有用。因此，即便无ACL损伤史，KOA也可能会造成ACL退变甚至断裂。KOA患者的ACL是否正常，对行TKA尤为重要。保留正常ACL的TKA术后患者具有良好的康复效果，可以协助膝关节行更自然的运动[10];若退变严重，保留ACL可能会影响患者术后的正常功能锻炼[28]。对于ACL的退变情况，以及如何准确鉴别KOA中退变的ACL在MRI上的成像特点仍需进一步研究，为临床鉴别KOA患者的ACL情况提供更多的依据。

4 治 疗

对于KOA的治疗，目前采用基础治疗、药物治疗、修复性治疗和重建治疗4级阶梯治疗方法。基础治疗包括预防保健和治疗康复两个方面，比如患者教育、健康指导、中医和物理治疗等。药物治疗包括外用及口服药物、关节腔内注射等多种方式，其中非甾体抗炎药最常用。修复性治疗包括关节镜清理术、截骨术、关节软骨修复术，及生物治疗。重建治疗即各种类型的置换术，甚至关节融合术[35]。对于晚期KOA患者来说，TKA是最终治疗方案。而TKA目前存在是否保留ACL的争议。ACL保留可以提供更多的生理稳定性、运动学和本体感觉[36-37]。有研究表明，保留ACL的TKA术后膝关节在前-后、内-外和外翻-内翻方向的稳定性与正常膝关节相似[38]。此外，对保留ACL的TKA进行短期和长期研究发现，与传统TKA患者相比，保留ACL的TKA患者满意度更高，其术后的康复效果更佳[39-40]。然而，若ACL发生退变时，保留ACL的TKA效果是否可行目前尚无定论。是否保留ACL关键在于明确其退变程度，只有在术前通过MRI诊断其损伤情况，再经过综合评估才能得出最佳的治疗方案。

5 小 结

如何更好地治疗KOA为当前骨科医生的一个热门研究方向。从退变的ACL入手，发现KOA患者ACL退变与OA病变有密切的关系。通过MRI和组织学检测可以在一定程度上了解两者之间的关系。但目前关于KOA患者ACL的病理组织学变化以及其在MRI上显示图像特点的相关研究有限，无法进一步明确得知ACL的退变情况，对于行保留ACL的TKA存在争议。因此，需要骨科医生围绕这方面开展研究，为临床诊断治疗KOA和ACL损伤提供依据，提高KOA诊断的准确性，以便及时采用合适方案。对于无法明确ACL退变情况，是否行保留ACL的TKA要因人而异。选择最适合患者的方案，尽量恢复膝关节的自然运动，给患者最佳的术后效果，同时也要积极探索，全面改进，努力提高患者的满意度。

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收稿日期：2022-04-05;修回日期：2022-05-09