姜文斌，于勝波，隋鴻錦

大連醫(yī)科大學解剖教研室，遼寧 大連 116044

前交叉韌帶(Anterior cruciate ligament,ACL)損傷是最常見和最具破壞性的膝關節(jié)損傷之一[1]。這些損傷通常導致關節(jié)積液、運動模式以及能力的改變，并常伴有肌肉無力和運動能力的下降[1]。到目前為止，前交叉韌帶重建術(Anterior cruciate ligament reconstruction,ACLR)仍然是治療前交叉韌帶損傷的黃金標準，特別是對于以重返高水平體育活動為目標的運動員[1]。然而，目前前交叉韌帶損傷的手術治療費用昂貴，而且與損傷后20 年內發(fā)生創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎的高風險有關[2]。另外對于ACLR 而言，現(xiàn)仍存在一定的研究空白，如前交叉韌帶重建是單束重建（前內側束）還是雙束重建（前內側束+后外側束）[3]，移植物在脛骨股骨兩個骨端的骨隧道位置以及手術入口和移植物的選擇[4]，這些問題的存在使得手術重建的效果不恒定，使患者不總是能恢復到損傷前的活動水平。現(xiàn)就前交叉韌帶的解剖、生物力學，損傷的流行病學、損傷機制的基礎研究，以及損傷的危險因素、治療方式等臨床研究做一系統(tǒng)的綜述，旨在梳理目前前交叉韌帶研究發(fā)展現(xiàn)狀，為進一步研究提供前期的材料。

1 ACL 的解剖

1.1 大體解剖

ACL 于脛骨止點的長軸，沿脛骨平臺的前后徑走行，于股骨止點的長軸，沿股骨長軸走行，形成韌帶繞自身扭轉。在脛骨的止點，ACL 形成了近扇形的結構，增加了面積，同時避免了伸膝時與髁間窩的撞擊。對于前交叉韌帶的精細解剖學認識在一定程度上決定了ACLR 的術式的選擇。但是，ACL這種三個平面內走形的空間結構，使得目前對于前交叉韌帶解剖學信息的掌握仍存有尚未統(tǒng)一的認識。一方面是韌帶的分束問題：一般傾向于將ACL 分為前內側束（Anteromedial bundle,AMB）和后外側束（Posterolateral bundle,PLB）；AMB分布于股骨止點后上部分和脛骨止點前內部分，PLB 分布于股骨止點前下部分和脛骨止點后外部分。AMB 在屈膝時張力最高，主要是限制脛骨前后移動，PLB 在伸膝時張力最高，主要是限制脛骨旋轉。此外，有些學者將前交叉韌帶分為3束[5]，仍有觀點認為不分束。另一方面則是關于ACL 韌帶起止點位置的研究，該研究與ACLR 中骨隧道位置的確定息息相關。隧道位置對前交叉韌帶重建后膝關節(jié)的整體功能有重要影響。但是目前對于是否需要進行起止點重建，以及重建的位置仍無定論。所以高清顯現(xiàn)韌帶起止點，以及起止點位置的力學信息的方法將會在一定程度上填補這個空白。

1.2 微觀結構

ACL 是一種致密的結締組織，含有豐富的膠原纖維和少量的纖維間基質以及變形的成纖維細胞。膠原纖維束主要提供韌帶的高剛度。在膠原纖維之間充滿著基質。基質的主要成份是蛋白多糖。韌帶中細胞成分是一種變了形的成纖維細胞，稱為腱細胞。在生理條件下，韌帶重量的60%～70%是水，其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、和Ⅵ型的膠原纖維，占其干重的3/4，成纖維細胞和其它物質如彈性蛋白，蛋白多糖等占干重的1/4。其中彈性蛋白含量通常約為總韌帶重量的1%，并提供組織的彈性恢復。國際上關于ACL 脛骨止點的新近解剖研究顯示其止點分為直接止點和間接止點。直接止點呈一“C”形，間接止點由扇形纖維構成，直接止點和間接止點共同構成一“鴨腳形”[6]。當韌帶直接連接到骨時，韌帶向骨的過渡按以下順序發(fā)生：韌帶、纖維軟骨、礦化的纖維軟骨和骨。在間接植入骨中，韌帶淺層纖維附著在骨膜上，深層纖維直接附著在骨上[7]。這種關于韌帶與骨連接的研究被稱為前交叉韌帶“腱止點”的研究，其有望揭示ACL 附著端與ACL 控制力的對應關系，進而完善ACLR 的術式[8]。腱止點能夠使軟組織產生的收縮力傳遞到骨骼，平衡軟組織與骨組織間不同的彈性模量。這種連接形式對于力學傳導有著重要意義，因此在進行ACLR 時，應該盡可能的將骨隧道放置在接近原始ACL 足跡的位置。

2 ACL 的生物力學研究

在拉伸載荷下獲得的ACL 的應力-應變曲線是一個三相圖[9]，由腳趾區(qū)域（膠原纖維中的卷曲樣纖維在低應力下變直），線性區(qū)域（彈性變形的線性區(qū)域，阻力逐漸增大），和屈服區(qū)組成（永久變形的開始。此時，由于膠原纖維的斷裂，應力降低，最終導致韌帶斷裂）。前交叉韌帶的極限張力在600～2300 N 之間變化。韌帶可以通過實驗分離的ACL 或有骨支撐的ACL 來研究,如股骨-前交叉韌帶-脛骨復合體(FATC)。學者們更喜歡FATC 樣本，而不是孤立的ACL 樣本，這樣可以避免拉伸測試期間的滑移。有實驗證明在膝關節(jié)過度伸直10°到屈曲120°之間，韌帶AMB 和PLB 的某些部分總是處于緊張狀態(tài)[10]。這樣的膝關節(jié)活動度基本涵蓋了正常人的所有活動，因此在進行ACLR 時，雙束韌帶均應該引起臨床醫(yī)生的重視。目前，F(xiàn)ATC 的樣本保存方法仍是待解決的問題。如生理鹽水保存(室溫)、冷凍和防腐均會影響前交叉韌帶在載荷作用下的斷裂強度[11]。找到一種可以用于生物力學測試的樣本和新鮮樣本的保存方法(即在人/動物死亡或活人/動物組織解剖后立即可用的樣本)，將會對ACL 生物力學信息起到重要的補充作用。這種生物力學信息的補充也將會對今后ACL 重建過程中移植物的確定提供巨大的幫助[12]。

3 ACL 損傷的流行病學

有關ACL 損傷的流行病學研究國內報道不多。美國的患病率約為每3000 人中就有1 人受傷[13]。在過去幾十年里，女性在體育運動中前交叉韌帶損傷風險是從事相同運動的男性的2 至10 倍[14]。有研究顯示其可能與女性擁有更小的髁間凹有關，并且女性運動員在膝關節(jié)自跳起到雙足著地中，膝關節(jié)有更大的外翻角度，這增加了韌帶的應力[14]，但目前尚無定論。ACL 損傷與其他伴隨的關節(jié)損傷也有關，并且ACL 損傷后可能使10 到15 年內出現(xiàn)創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎的風險高達80%，特別是在伴隨半月板損傷的情況下[15]。除了疼痛、不穩(wěn)定和相關的長期后遺癥外，前交叉韌帶損傷還會影響運動員的經濟和生活質量，這大大增加了社會的負擔[15]。據(jù)報道，每位ACL 損傷的患者其手術和康復治療的成本估計在17，000美元到25，000 美元之間[15]。然而，這一估計既沒有考慮非手術治療所需的資源，也沒有考慮治療前交叉韌帶損傷重建后，膝關節(jié)相關創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎的長期并發(fā)癥的情況。預防前交叉韌帶損傷將使許多運動員獲得運動性的健康益處，并將會避免與膝骨性關節(jié)炎相關的長期殘疾后遺癥。

4 ACL 損傷機制

ACL 損傷多發(fā)生于運動創(chuàng)傷中，超過70%是一些非接觸性損傷。非接觸性ACL 損傷機制本質上不是單一平面的應力過大，而是涉及脛股關節(jié)三個解剖平面的應力過載，脛骨前部的剪切力、膝關節(jié)外翻和脛骨內旋在內的多平面聯(lián)合載荷是非接觸性ACL 損傷的最壞情況和主要機制[16]。

雖然ACL 損傷是在膝關節(jié)內發(fā)生，但考慮整個力學傳導鏈對膝關節(jié)負荷的影響更為重要。運動鏈條的任何部分(足部、踝部、髖部、軀干和上肢)上的運動和力都可能會影響膝關節(jié)力學[17]。未來的工作應該確定近端和遠端結構對膝關節(jié)生物力學的影響，以及它們與前交叉韌帶損傷的關系。

5 ACL 損傷的危險因素

前交叉韌帶損傷的風險可能是多因素的[14]，可能包括解剖、神經肌肉和環(huán)境變量的組合。近年來，脛骨平臺的幾何形狀在全膝關節(jié)成形術、前交叉韌帶損傷，以及在截骨術恢復膝關節(jié)正常功能的病例中被作為一個重要因素進行了研究[18]。這種幾何形狀特別指的是脛骨平臺內側傾斜度（Medical tibial slope,MTS）、平臺內側深度（Medical tibial depth,MTD）、平臺外側傾斜度（Lateral tibial slope,LTS）和脛骨冠狀斜度[19]（Coronal tibial slope,CTS）。有研究明確指出[20]，進行一項比較多種放射學形態(tài)以確定脛骨傾斜度和其他解剖結構的最準確測量的研究將是有益的。其對于臨床預防ACL 的損傷將有重要的作用。

6 ACL 損傷的治療觀點

6.1 修復

用縫線重新連接斷裂韌帶兩端的方法，修復前交叉韌帶是治療前交叉韌帶損傷最早的推薦方法之一。但是，由于ACL 愈合失敗的比率很高(40%～100%)，即使是手術修復，也容易導致縫合修復失敗，因此幾乎普遍采用ACL 重建來治療ACL 損傷。隨著再生醫(yī)學與生物組織工程學的進展，如干細胞療法、基因治療、生長因子、以及生物支架等使得ACL 的修復再一次進入了人們的視野。

干細胞療法，Oe 等人[21]采用關節(jié)內注射新鮮骨髓細胞(Bone marrow cells,BMC) 或培養(yǎng)的間充質干細胞（Mesenchymal stem cells,MSCs）的方法，在大鼠模型ACL 橫斷后一周內注射BMC 或培養(yǎng)的MSCs。結果表明，供體細胞位于創(chuàng)面內，前交叉韌帶組織學基本正常，骨髓基質細胞組梭形細胞較成熟，轉化生長因子β 水平較高。他們的結論是，直接關節(jié)內注射BMC 是治療部分ACL 撕裂的有效解決方案。盡管基于干細胞的治療方法具有優(yōu)勢，但如何有效地將這些多潛能細胞分化為增強組織修復所需的特定細胞類型，以及如何傳遞和維護創(chuàng)面內的干細胞目前仍有待研究。

轉基因與基因治療，最近，Madry 等[22]測試了通過直接重組腺相關病毒(Recombinant adeno-associated virus,rAAV)載體介導的基因轉移過表達成纖維細胞生長因子-2(Fibroblast growth factor-2,FGF-2)來促進人類ACL 的愈合。結果表明，穩(wěn)定表達成纖維細胞生長因子-2 主要是由于α-平滑肌肌動蛋白、韌帶特異性轉錄因子和促進膠原增生和沉積的核因子-kB標記物（Nuclear factor-kB,NF-kB）的表達增加而導致前交叉韌帶損傷顯著減少[22]。但在基因治療過程中仍有幾個問題需要考慮。幾周后轉移基因的表達丟失或降低，特別是在腺病毒載體中，是基因治療中最常見的挑戰(zhàn)之一。使用這項技術的安全性也是一個主要問題，其最高的風險是可能導致包括突變在內的副作用。因此，這項技術是當前研究的一個主題，目的是確定理想的基因載體，并進一步優(yōu)化現(xiàn)有的方法，以努力克服與病毒基因治療相關的困難。

生長因子治療，自20 世紀90 年代末以來，生長因子在軟組織損傷治療中的應用獲得了很大的進步。廣泛的生長因子，包括胰島素樣生長因子、轉化生長因子-β、血小板衍生生長因子、血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子和神經生長因子已被用于促進韌帶和肌腱組織的修復[23]。它們能夠調節(jié)和改善細胞的活性和增殖，使細胞外基質(ECM)沉積，進而影響MSCs 向成纖維細胞的分化，從而修復撕裂的韌帶。然而，盡管有這些優(yōu)勢，但這些生物活性劑的壽命很短，限制了它們的療效。

生物支架，由海藻酸鈉、殼聚糖、膠原或透明質酸制成的各種合成的生物支架已被用于功能組織工程和再生醫(yī)學。Wiig 等[24]報道使用透明質酸關節(jié)內注射促進了ACL 中央缺損的愈合。他們顯示，透明質酸治療組表現(xiàn)出更強的血管生成反應，增加了III 型膠原的再生量。然而，這些技術都伴隨著植入物-宿主整合、移植后細胞存活和短期降解等問題。

最后，生物增強修復[25]（使用膠原支架來填補撕裂韌帶兩端之間的缺口，之后這種生物活性支架可以作為優(yōu)化組織愈合所需的細胞、生長因子和酶的載體）已經顯示出與目前前交叉韌帶重建相當?shù)慕Y構和生物力學結果。其使用膠原支架和自體血液的生物增強修復顯著降低了創(chuàng)傷后OA 的風險，這使其成為第一個也是迄今為止唯一可能降低ACL 損傷后OA風險的ACL 損傷治療方法[25]。但仍需要良好控制的人體試驗來確保這些新方法的最終效果。

6.2 重建

雖然ACL 重建術是目前恢復ACL 損傷膝關節(jié)大體穩(wěn)定性的金標準，但依然存有一些不可忽視的問題。在短期內，傳統(tǒng)的ACL 重建不能恢復正常的關節(jié)運動[26]。關節(jié)力學中的這種改變主要與非解剖性韌帶的插入(如韌帶的形狀，在兩個骨端固定的位置，移植物打入骨內的深度)，組織神經感覺本體感覺的喪失，移植物組織退化和神經肌肉缺損有關[27]。最重要的是，即使在手術重建后，患者仍有發(fā)生早發(fā)性骨性關節(jié)炎的高風險。

在過去的十年中，通過改變骨隧道位置和引入雙束重建的概念，人們做出了大量的努力來使外科重建更具解剖學意義[3,4]。與傳統(tǒng)的非解剖單束重建相比，ACL 重建術式的演變使得損傷關節(jié)的平移和旋轉穩(wěn)定性更接近于完整膝關節(jié)[28]。然而，對于解剖雙束重建比傳統(tǒng)單束重建的臨床結果的改善還沒有達成共識[3]。最近的一項隨機試驗表明，在預防創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎方面并不優(yōu)于傳統(tǒng)的單束技術[29]。因此，盡管手術重建取得了巨大的成功，但與手術相關并發(fā)癥的發(fā)生迫使我們完善ACL 相關的解剖學研究。

7 結論及展望

ACL 損傷仍是一個有待解決的難題，其起止點的位置，解剖分束，新鮮樣本的生物力學實驗以及脛骨平臺的幾何形狀等方面的研究仍存有一定不足。在理解、評估和治療這些結構的損傷時，這些信息十分有價值。熟悉掌握ACL 損傷的解剖，流行病學，損傷機制，對危險因素做出正確評估進而選擇個性化的治療方案是十分必要的。

前交叉韌帶損傷的機制，危險因素以及治療方法的確定均離不開精細解剖學的支撐。采用可高清晰顯示脛股關節(jié)內的軟組織結構（如高清顯示ACL 起止點的位置）、關節(jié)面間的力學特性、各骨性結構的方法，將會對ACL 損傷的個性化治療起到重要作用。