前交叉韧带不同重建方式下股骨侧骨道内口定位的研究进展*

许帆卿 综述 李永江 王文波 审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院骨科,哈尔滨 150076)

前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤是运动时最常见的损伤之一,将导致膝关节前后、旋转和侧方不稳,继发半月板损伤、关节软骨退变、活动时股骨与胫骨解剖位置异常,最终引起骨性关节炎[1,2]。ACL损伤后手术或非手术治疗需根据患者的活动水平、目标和期望来选择[3]。目前,关节镜下ACL重建是治疗ACL损伤的主要方法,是恢复膝关节稳定性和功能的首选方式。随着ACL重建理念的不断发展,先后出现等长重建、单束解剖重建和双束解剖重建等方式。从本质上来说,骨道内口的位置和建立的数量决定了不同的ACL重建方式。不同重建方式及对应骨道内位置的选择均没有明确的适应证和病例选择标准,外科医生对ACL解剖学认识和不同重建理论的认可度决定了何种重建方式以及相应骨道内口位置。无论何种重建方式,股骨和胫骨侧骨道内口的正确定位都对疗效起着至关重要的作用[4]。相较于胫骨侧骨道定位时视野的充分暴露,股骨侧骨道的确定受解剖特点的影响,关节镜下股骨外侧髁内侧面难以全面暴露,且易受术者视觉角度影响,准确定位难度大。故虽然骨道定位技术在不断改进,但股骨侧骨道定位仍存在挑战。在膝关节屈伸活动中,股骨侧骨道内口位置比胫骨侧对移植物长度及张力变化的影响更大[5,6]。此外,对于不同的重建方式及理论,应定位的股骨侧骨道内口位置也不同。本文对ACL不同重建方式下股骨侧骨道内口的定位方法及相应临床效果进行文献总结。

1 ACL股骨侧足印区的解剖特点

ACL股骨侧足印区位于股骨外侧髁内侧面后1/3处,邻近外侧髁间嵴(即住院医师嵴),呈长椭圆形[7]。ACL双束理论已被广泛接受,即前内侧束(anteromedial bundle,AMB)和后外侧束(posterolateral bundle,PLB),两束在股骨侧附着处均类似椭圆形[8],外侧髁间嵴起于股骨外侧髁下关节面,止于股骨髁间窝处[9]。最新的解剖研究认为ACL在股骨足印区呈新月形而非长椭圆形,其多数纤维在外侧髁间嵴处附着,附着点前缘为外侧髁间嵴,后缘为外侧髁下关节面。Mochizuki等[10]指出 ACL 在股骨侧附着的纤维在外侧股骨髁内侧面延伸,形成类似扇形的纤维束,而不是之前所描述的椭圆形束状结构。在功能方面,AMB对维持膝关节前后稳定性起主要作用,PLB对维持膝关节旋转稳定性起主要作用,两束的共同作用使膝关节有良好的运动学稳定性。

2 等长重建

在早期的ACL重建手术中,等长重建一直作为主流理论指导ACL重建。等长重建即在膝关节屈伸运动时,股骨侧、胫骨侧骨道内口间隔距离保持恒定。通过该技术可以防止植入的韧带变得过于紧张,限制关节运动,产生过大张力载荷,同时也避免由于膝关节屈曲和伸展时移植物松弛而引起的胫骨向前平移增加从而导致ACL重建失败。在实际手术中,Hefzy等[11]报道不存在绝对等距的点,认为只要在膝关节活动时股骨侧、胫骨侧骨道内口距离变化<2 mm亦是等长重建。

虽然对于自体或同种异体移植物来说解剖重建已被认为是ACL重建的最佳方式,但目前对于人工韧带重建ACL,等长重建技术仍然是许多外科医生的首选。新一代人工韧带的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),相比较于天然韧带缺乏延展性[12]。故如果在股骨侧、胫骨侧非等长点建立骨道将引起术后膝关节活动时压力过大并限制膝关节屈伸活动,而过大的张力和反复撞击可导致重建失败、软骨磨损和骨关节炎[13]。在ACL重建中,骨道等长点选择不当是造成人工韧带重建失败的主要原因。

关于股骨侧等长点的定位有多种方法,主要分为解剖标志定位和影像学定位。①解剖定位:在ACL重建术中,股骨外侧髁间嵴和分叉嵴是重要的解剖标志。Wan等[14]报道在膝关节镜下等长点位于外侧髁间嵴与分叉嵴的交点近端2 mm,同时对于外侧髁间嵴缺失患者,等长点选择在股骨后部骨皮质向远端延长线距外侧髁后壁皮质5 mm处。赵青松等[6]认为股骨侧等长点位于股骨髁间窝外侧壁和髁间窝顶部后方相交处,即股骨外侧髁过顶点位置。②影像学定位:对于X线、三维CT和计算机三维重建技术,主要有3种方法对股骨侧等长点进行定位。这些方法包括JP Laboureau、Bernard-Hertel和Charlie Brown法。JP Laboureau法[5]首先要求股骨内外侧髁重叠,在矢状面,股骨侧等长点位于外侧髁的140°弓形弧中心,或在过外侧髁最高点,且平行于Blumensaat线的60%处。Bernard-Hertel法[15]在股骨外侧髁矢状面上绘制网格,在Blumensaat线水平上做一条直线,其他3条直线分别垂直或平行于Blumensaat线且相切于股骨外侧髁轮廓。网格参数设置为T和H,其中T定义为沿Blumensaat线外侧髁的长度,H定义为垂直于Blumensaat线外侧髁的高度,距离T和H形成一个矩形。将等长点至Blumensaat线的垂直距离设置为h,平行于Blumensaat线至外侧髁后缘的距离为t。用t/T、h/H表示等长点位置。根据Bernard等研究,这种方法是基于解剖学研究,他们的研究显示,股骨等长点位于:t/T=24.8%和h/H=28.5%处。Charlie Brown法使用Bernard-Hertel网格作为参考。Brown等[16]基于AMB和PLB的解剖位置进行测量(AMB和PLB分别为t/T=25.0%,h/H=25.0%和t/T=33.0%,h/H=50.0%),两束位置的中点:t/T=29.2%,h/H=37.5%认为是等长点。在这3种定位方法中,JP Laboureau法找到的等长点最令人满意,通过该方法植入的人工韧带在膝关节活动时长度及应力变化最小。但是JP Laboureau法相对复杂,在实际测量时需要一定的经验。

3 解剖重建

3.1 单束解剖重建

随着经前内侧门独立钻孔技术(anteromedial portal,AMP)的发展,使股骨侧骨道内口的定位变得更加精确和方便,避免胫骨隧道依赖钻孔技术(transtibial,TT)解剖定位难度大的问题[17],加上等长重建及双束重建的争议,使单束解剖重建已得到外科医生的广泛认可。Qin等[18]对47例单束(53%)、41例双束(47%)解剖重建的年轻患者进行2年随访,2组恢复跑步时间[(5.5±1.5)月vs.(5.8±1.6)月]、Lachman试验阳性率(25.5%vs.19.5%)、轴移试验(pivot shift test)阳性率(17.0%vs.22.2%)、Lysholm评分[(91.9±4.0)分vs.(93.2±3.5)分]及国际膝关节文献委员会(International Knee Documentation Committee,IKDC)评分[(88.9±6.4)分vs.(86.7±6.6)分]均无显著性差异(P>0.05)。

普遍认为单束解剖重建是根据ACL整个足印区中心点重建[19]。在大多数情况下,残端位于ACL股骨侧足印区,这些残余纤维可以帮助解剖学上股骨侧骨道内口定位。术中可选择在ACL股骨外侧髁残端的中点作为骨道的定位点。但是这样的定位方式缺乏解剖标志,受医生视觉等主观因素的影响,通常无法准确定位中点[20]。对于上述情况,Seo等[21]认为股骨侧骨道内口的定位点只要在ACL足印区中就不会对膝关节稳定性和预后产生不良影响。对于陈旧性ACL损伤残端消失患者,同样可根据外侧髁间嵴和分叉嵴帮助骨道定位。解剖学研究表明,ACL股骨侧足印区由上述2个嵴定位,外侧髁间嵴相对于股骨干的长轴呈大约 30°～35°,膝关节屈曲90°～120°时代表ACL股骨足印区的上界[22]。Shino等[23]报道外侧髁间嵴出现率接近100%。外侧髁间嵴对于股骨侧骨道内口定位至关重要,因为ACL股骨附着部位始终位于该嵴下方。分叉嵴作为AMB与PLB之间的骨性隆起,分隔着AMB和PLB的纤维附着点[24]。屈膝90°～120°时,PLB在分叉嵴前方,AMB在其后方。通常认为屈膝90°～120°时,在外侧髁间嵴以下、分叉嵴的位置代表ACL股骨侧足印区的中心。对于上述骨性标志并不明显或外侧髁内侧面严重增生者,van Eck等[25]指出能将骨道内口定位点选在髁外侧髁内侧面下30%～35%。在足印区中点重建,移植物将横跨AMB和PLB,在一定程度上行使了部分PLB相关的抗旋转作用。这使得许多研究者认为在ACL足印区中心点进行重建后膝关节旋转稳定性更佳,并且在视觉上更加接近解剖位置。

近年来,随着对ACL解剖和组织学更深入研究,扁平的、如带状(Ribbon-like)ACL的观点逐渐被关注。按照“Ribbon-like”ACL的理论,将骨道内口定位于AMB中心(即AMB重建)更加接近ACL直接纤维束在股骨侧生理附着点的位置,更加符合 ACL正常的生理止点[26]。AMB较PLB粗大,具有更加良好的等长性[27,28],故AMB重建后更能保持膝关节的运动学特性以及维持移植物的等长性。从股骨足印区中心点重建转变为AMB重建,术后功能恢复良好的比例有所增加[29]。Balendra等[30]认为AMB中点处定位更具优势。他们对232例行ACL重建的职业足球运动员进行回顾性研究显示,无论何种移植物,与将骨道内口置于ACL足印区中心相比,置于AMB中点所导致的移植物再断裂率都明显降低(半腱肌和股薄肌组:18.5% vs. 10.0%;髌腱组:10.9% vs. 7.3%)。可见,在ACL单束解剖重建时将骨道内口置于AMB中点可能对预后更加有利。目前,将“Ribbon-like”ACL理论应用于重建手术中是否具有优越性仍存有争议。Driscoll等[31]对股骨侧ACL足印区中点处重建和AMB重建进行生物力学比较,ACL足印区中点处重建后屈膝15°、30°和45°时胫骨内旋转角度均显著小于AMB重建(10.4°±0.8° vs.11.4°±0.5°、10.4°±0.5° vs.11.0°±0.6°、10.3°±0.6° vs.11.1°±0.6°,P<0.05),与AMB重建相比,ACL足印区中点处重建后的膝关节在屈曲30°时胫骨前移位(anterior tibial translation,ATT)更小[(3.7±0.8)mm vs.(5.3±1.7)mm,P=0.02]。由此可见,ACL足印区中点的定位更能恢复膝关节稳定性。Herbort等[32]得出类似结果:与AMB重建相比,ACL足印区中点处重建可使ATT显着降低(P<0.05)。Iriuchishima等[33]对ACL单束解剖重建骨道位点进行系统评述,共纳入74项股骨侧骨道内口位置的研究,46项研究(62%)的内口位置选择在ACL足印区中心,仅13项研究(18%)是以AMB足印区中心为内口位置。可以看出, ACL单束解剖重建中股骨侧骨道内口的定位点是以ACL整个足印区的中心为主。

随着对ACL解剖学特征,特别对其足印区的了解不断加深,Pearle等[34]基于解剖学、组织学、等长测量、生物力学研究和临床数据对ACL股骨侧骨道内口的位置进行优化,提出股骨侧ACL足印区内骨道内口的最佳位置。该技术的要点可以用I.D.E.A.L.来概括。该方法要求股骨侧骨道内口定位点满足术后膝关节屈伸活动时植入物处于等长状态(I,isometric),同时处于直接止点纤维处(D,direct insertion),还要求该点处于足印区偏前、偏近处即偏离中心位(E,eccentrically located),但是要求该点符合解剖重建要求,即必须在足印区内(A,anatomical);此外,需满足术后植入物在膝关节整个屈伸活动范围内类似正常ACL的低张力屈曲模式(L,low tension)。同时满足上述5个条件位置即可认为是股骨侧骨道内口的最佳位置。采用I.D.E.A.L.技术的优势在于它支持前内侧或经胫骨钻孔技术,同时能将骨道内口位置始终放置在所规定的区域内,并允许一定的自由度以满足不同患者解剖结构个性化差异。Su等[35]报道31例行残端保留和I.D.E.A.L.技术用于ACL重建患者的临床结果,随访至少12个月,Lysholm评分为由术前(47.3±12.8)分提高到术后(89.6±9.4)分(P<0.01),术后IKDC评分(88.2±10.7)分,较术前(49.5±10.6)分显著提高(P<0.01),术后Tegner活动评分显著高于术前评估[(6.5±2.1)分 vs.(2.6±1.8)分,P<0.01]。由此证明I.D.E.A.L.技术的准确性和有效性。

3.2 双束解剖重建

虽然ACL单束解剖重建术的临床效果已被广泛认可,但临床研究显示单束重建术后依然出现轴移试验阳性患者的比例高达25%[36],这种不佳的稳定性可能继发半月板损伤及软骨磨损。研究者对ACL的解剖学和生物力学的研究显示,单束重建往往忽略了PLB功能的恢复,尤其当膝关节屈曲0°～20°时。为尽可能恢复膝关节稳定性,外科医生逐渐意识到双束解剖重建也许能更好地模拟ACL的解剖结构从而弥补单束重建的不足。

行ACL双束解剖重建时,通过AMB和PLB在股骨外侧髁内侧面的附着点中心确定骨道内口的位置。Xu等[37]对2001以来发表的关于ACL股骨侧足印区的相关数据进行研究,通过Bernard-Hertel的象限法对AMB和PLB的解剖位置做出描述:AMB的理论中心为t/T=(24.2±4.0)%、h/H=(21.6±5.2)%,PLB的理论中心分别为t/T=(32.8±4.7)%、h/H=(46.7±4.9)%。Yang等[38]通过三维CT对AMB和PLB的位置做出评估:AMB中心位于t/T=(30.48±5.02)%、h/H=(17.12±5.84)%;PLB中心位于t/T=(34.76±5.87)%,h/H=(45.55±6.88)%。Losco等[39]指出在Bernard-Hertel的象限法所绘制的网格中,AMB中心位于(23.0±5.0)%、h/H=(24.0±8.0)%,PLB中心位于(35.5±5.0)%、h/H=(44.5±7.0)%。从上述数据可以看出,不同研究方法所得出的AMB和PLB的解剖位置只是略有差异,对于恢复膝关节功能和稳定性无明显影响。

通过使用2个独立的移植物,双束解剖重建具有AMB和PLB均重建的优势,生物力学研究表明,双束重建比单束重建能更好地恢复膝关节前后稳定性和旋转稳定性。关于单束、双束ACL重建的术后膝关节功能及稳定性恢复,一篇纳入40项研究的meta分析[40]显示,双束解剖重建后IKDC主观评估(MD=-1.30,95%CI:-2.58～-0.01)和Lysholm评分(MD=-0.96,95%CI:-1.74～-0.18)、轴移试验(RR=1.93,95%CI:1.43～2.59)、KT-1000/2000稳定度测试(MD=0.30,95%CI:0.09～0.51)和IKDC客观评估(RR=1.25,95%CI:1.08～1.44)显著优于单束重建。Alomari等[41]也做了相似的研究,对单束、双束ACL重建后短期、中期和长期膝关节稳定性和功能进行系统评述,共34项随机对照试验、992例纳入了研究,双束ACL重建在轴移试验(RR=0.61,95%CI:0.49～0.75)、Lachman试验(RR=0.77,95%CI:0.62～0.95)和KT-1000/2000稳定度测试(SMD=-0.21,95%CI: -0.34～-0.08)方面都显示出明显更好的结果。但双束解剖重建的临床疗效依然充满争议,尤其对于其中远期预后,需要更多的随访来评估是否优于单束解剖重建。Balasingam等[42]将纳入的105例ACL解剖重建随机分组,双束组53例,单束组52例,39例双束解剖重建(56%)和31例单束解剖重建(44%)完成10年随访,在轴移试验、膝关节松弛度、Lachman试验、单腿跳跃测试、膝关节活动度、Lysholm评分、Tegner活动评分以及膝关节损伤和骨关节炎结果评分(Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score,KOOS)方面,2组间差异无显著性(P>0.05)。虽然不同的重建方式对不同病例无选择标准,但从疗效来看,双束解剖重建无论在客观临床指标还是主观评估都不优于单束重建。Mayr等[43]将64例需行ACL重建患者随机分为单束解剖重建组(30例)和双束解剖重建组(34例),术后共53例(双束解剖重建组28例,单束解剖重建组25例)随访至5年,结果显示:2组IKDC主观评分[单束vs.双束:(92.8±6.2)分 vs.(91.6±7.1)分,P=0.55]和客观评分[单束vs.双束,A、B、C、D级分别为20%vs.25%、72% vs.57%、8%vs.18%、4%vs.0%,P=0.45]差异无显著性;用Laxitester测量仪测量膝关节松弛程度,膝关节在中立位、内、外旋转下,胫骨前后位移差异无显著性(P=0.79)。目前,尚无充分的证据表明双束优于和单束ACL解剖重建,仅有少量的研究表明双束解剖重建在客观测量膝关节稳定性、减少ACL再损伤和新发半月板损伤方面有一些更好的结果[44]。此外,双束解剖重建有一个漫长而困难的学习曲线,使定位错误的可能性增加1倍[36]。故单束重建似乎是一种首选的重建方式。Chechik等[45]调查显示,67%(101/151)的外科医生首选单束重建,使用双束重建的外科医生只有33%(50/151)。

4 其他重建方式

关于ACL解剖也存在三束理论,认为ACL并非双束,而是由三束组成,即AMB、中间束(intermediate bundle,IMB)和PLB。在股骨侧,AMB的附着区位于ACL整个足印区近半部分的后上部分,IMB附着其前下部分,PLB附着区则位于远半部分[46]。

对于三束解剖重建,股骨侧骨道内口的定位的研究较少。目前主要通过解剖结构定位股骨侧的2个内口,即在外侧髁间嵴与近、下端软骨之间ACL残端附着区域内, 内口应置于AMB+IMB所在的上近端部分中心和 PLB所在的下远端部分中心[47,48]。

基于三束理论,Uchida等[48]对30例ACL损伤按上述定位方式行三束重建,对术后2年的临床结果进行评估:所有患者IKDC主观评估都显示为“正常”或“接近正常”,Lachman试验和轴移试验阴性率分别为100%和93%,施加最大胫骨前负荷时ATT为(0.7±0.7)mm(0～2 mm)。可见,三束重建可获得令人满意的临床疗效。Take等[49]分析35例ACL三束重建术后和35名健康受试者膝关节磁共振,得出相似的结果:2组在矢状位相对于股骨的胫骨前后位移差异不显著[(-0.5±2.6)mm vs.(-1.4±1.9)mm,P=0.114,95%CI=-1.9～0.2]。ACL三束解剖重建似乎同样能够恢复膝关节良好的稳定性。在关节镜下重建手术中,需根据AMB、IMB和PLB残端或解剖足印区的中心点确定股骨侧骨道内口的位置[50]。但对于三束重建并没有明显的骨性标志进行定位,尤其是AMB和IMB,故当足印区不明显时,难以实现准确的骨道内口定位。此外,ACL的三束理论是基于胫骨侧足印区提出的,在股骨侧三束的位置划分并不明显,甚至部分患者并不能识别三束结构,使三束重建时股骨侧骨道内口的定位并不容易。

基于上述局限性,并且考虑到它更复杂、更昂贵且更难修正,故单束重建可能更有意义[51,52]。目前,三束解剖重建在临床中未被广泛接受,且缺乏临床相应数据支持,其有效性及优势需要进一步验证。

5 小结

目前,多项研究证明等长重建时股骨侧骨道内口位置落在足印区外,如行自体或同种异体移植物重建,将导致膝关节的稳定性和功能恢复不佳,极大增加翻修风险,但对于人工韧带重建,等长重建依然是首选方式,故探究等长重建时骨道内口的位置仍有意义。影像学测量和解剖标志均可定位股骨侧等长点,但通过解剖标志定位受视野角度等主观因素影响较大,且对于部分患者解剖标志并不明显。我们推荐采用JP Laboureau法进行等长点定位,虽然相对复杂,但准确度高。对于自体或同种异体移植物重建,解剖重已成为首选方式。单束与双束解剖重建在临床的有效性均被证明,但两者之间的优势目前仍有争议,多数外科医生认为单束解剖重建是更适合的选择。单束解剖重建包括足印区中心点重建和AMB重建2种方式。虽然将ACL足印区中心点作为骨道内口位置是目前最常见方式,但在实际手术中应强调以解剖标志为基础,按照I.D.E.A.L.理论,将股骨侧骨道内口的位置选在足印区内且偏前、偏近处的偏离中心位,这使得骨道内口的定位更靠近AMB,与“Ribbon-like”ACL理论不谋而合。对于三束解剖重建,临床应用还较有限,其优势尚待进一步验证。

虽然股骨侧骨道内口的正确定位是ACL重建术的关键步骤,但该手术的预后与胫骨侧骨道内口位置、骨道内口形状、骨道的角度、长度以及ACL个体化差异均有关,故对于需ACL重建患者,股骨侧骨道内口定位点的选择需要根据不同情况进行充分的术前规划和术中分析。