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前叉重建知识科普:生物学特征、移植物选择、手术适应症

膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤是较为常见而又严重的运动性损伤,治疗不当将会导致膝关节功能性不稳,并可引起一系列病变而严重影响膝关节运动功能。

以往,ACL损伤多见于从事竞技体育的运动员中,并多发于滑雪、摔跤、柔道、体操等运动项目中。但就现在的临床及运动创伤流行病学研究表明,前交叉韧带损伤在一般人群中的发生率明显增高。

因此,ACL损伤的诊断和治疗仍是运动创伤和骨科领域重要的临床课题。目前,随着对前交叉韧带生物力学特性研究的不断深入,使ACL损伤的治疗进入了新的阶段,其重点是提高重建韧带的稳定性,促进移植物在血管化、选择合适的重建材料、关节镜下微创手术以及术后早期康复。

一、ACL的解剖特点、功能与生物力学特性

㈠解剖特点

ACL起于胫骨髁间棘前方稍偏内侧,斜向后上止于股骨外髁髁间侧面后部。胫骨端附着部较粗大,呈卵圆形。面积约3cm2,股骨附着部相对细小,呈扇形,面积约2cm2。ACL分为前内、后外与中间束,前内束屈膝时紧张,后外束伸膝时紧张,中间束在膝关节屈伸运动中始终保持张力。正常ACL与胫骨平台保持一定的角度,屈膝900时其角度约300,伸直时为400~450。

㈡功能

屈膝时防止胫骨前移,伸膝时阻止膝关节过伸;控制膝关节旋转;不同屈膝角度时控制膝关节内、外翻;参与伸膝时最后的锁扣运动;具有本体感受功能;是重要的静力与动力性稳定结构,与其他韧带共同保持胫骨关节的正常运动。

㈢生物学特点

ACL由胶原纤维和弹性纤维组成。因此,具有拉伸性和弹性特点,在不同的应力负载作用下将发生不同的变形。当应力大于屈服点时,胶原纤维将会出现不可逆损伤,ACL难以继续承受负载而失去作用。正常ACL受力一般为445N,运动时为500~1000N,断裂强度平均为1730N,其抗拉、抗张强度随年龄增长而下降。不同速度的加载会引起不同部位的损伤,快速加载多造成实质部断裂,慢速加载容易引起止点撕脱损伤。

二、前交叉韧带损伤的临床表现

1、关节肿胀    主要为关节积血所致,据研究急性膝关节损伤(排除骨折者),出现膝关节积血者70%存在前交叉韧带损伤。值得提醒的是,半月板因为血供少,损伤多不会出现明显关节腔积血。

2、关节疼痛、伸屈活动受限   单纯前交叉韧带损伤多由于关节肿胀限制了活动。但有相当一部分前交叉韧带损伤合并半月板损伤,甚至是半月板“桶柄样撕裂”,交锁于胫股关节之间,使膝关节出现交锁症状。患者主诉关节“卡住”,关节固定于某一角度,难以活动。

3、肢体表面的肿痛  因为前交叉韧带损伤常常合并膝关节侧副韧带损伤,尤其是内侧副韧带的损伤。因此可以在损伤的侧副韧带处出现肿痛。内侧副韧带损伤又多表现为膝内侧副韧带的附着点的表面肿胀、压痛。

4、关节不稳    前交叉韧带损伤没有得到及时诊疗,到慢性期关节积血被吸收后,如果没有交锁机制,关节活动可以逐渐恢复,病人主观感觉明显改善。但是,由于前交叉韧带是膝关节主要的稳定机制,损伤后膝关节是否仍然能够保持稳定,与膝关节周围肌肉的代偿能力,和患者所要求满足的功能水平密切相关。对于专业运动员、热爱体育运动者,对膝关节功能要求高的工作,可能主诉在奔跑、跳跃、甚至是行走时经常“打软腿”,不能在快速奔跑中急转弯,跳起时患肢落地不能支撑等。

三、重建材料的特性及选择

自体材料

利用自身材料,取材便利,不会产生排异反应,不会引起交叉感染。因此,临床上最常应用自体材料。但要牺牲部分自体组织,并有可能在一定程度上影响取材部位的功能或引起一些症状。

1.骨—髌腱(中1/3)—骨复合体:髌腱中1/3初始强度为2900N,为正常ACL的168%;髌腱内1/3初始强度为2734N,为正常ACL的158%。以上是髌腱宽度为10mm时的张力强度范围,随其取材宽度变化有所增减。

2.腘绳肌腱:单根半腱肌腱的断裂强度是1216N,为正常ACL的70%,反折成双股后可达到2329N。单根股薄肌腱初始强度可达到838N,为正常ACL的49%,反折成双股能达到1550N。半腱肌腱与股薄肌腱单根并用,初始强度平均可达2736N,大于正常ACL的断裂强度,接近髌腱中1/3的强度。

半腱肌腱与股薄肌腱双折并成4股应用,初始强度平均可达4589N,远大于髌腱中1/3的初始强度。自体移植物优点首先是经济,因为异体移植物和人工韧带都是通过商业化途径来获取的;另外因为是自身的组织,在移植物与骨隧道的愈合方面,相对于异体和人工材料可能更加有优势。而自体移植物最大的缺点就是“拆东墙补西墙”,可能导致取材部位的病损,如取BTB可能引起“膝前痛”(尤其在经常取跪姿的人群)、“髌骨骨折”等。虽然取腘绳肌腱,目前没有明显的取材部位病损的证据,但是有研究报道对于膝关节屈曲肌力有影响,可能会影响专业足球后卫运动员的竞技水平。

㈡同种异体材料

取材及使用方便,又可避免因取自体材料所造成的局部损伤和对功能的影响。但由于可能发生排异反应、传染性疾病以及供体来源的限制,尚未广泛应用。另外因为异体移植物采用放射源消毒,因而可能降低了韧带的力学强度。异体移植重建材料有跟腱、髌腱、半腱肌腱、股薄肌腱等。

㈢人工材料

人工韧带具有来源广泛、使用方便、不传染疾病,并可避免应用自体材料所引起的局部损伤等优点。临床亦有应用,并有一定时间内较好的临床随访结果。但其生物相容性、刚度及应力集中、应力阻挡作用、韧带与骨道口及髁间的磨损,以及材料老化等问题仍有待进一步解决。

根据国外近十年的经验,人工韧带效果较好。它最大的优点是术后恢复快。因为不论自体或异体韧带,都是生物学结构,需要经历“在塑形(remodeling)/再韧带化(religamentization)”的过程,这一过程通常需要6个月~1年左右,而再塑形完成之前韧带过早承受应力会导致松动。人工韧带因为不需要经历“再塑形”过程,因而可以早期恢复运动,对于专业运动员需要尽快重返赛场者尤其适合。但是,人工韧带远期效果到底如何,目前尚无定论。另外,人工韧带大约需要4万元左右,对多数病人来说负担较重。

四、前交叉韧带部分损伤的诊治

ACL纤维束由前内束(anteromedia band,AMB)和较大的后外束(posterolateral bulk,PLB)组成。Girgis和Furman等研究发现由于AMB在屈膝时紧张,PLB在伸膝时紧张,保证了膝关节屈伸运动中始终有部分纤维束维持张力,保证了膝关节的稳定。

ACL部分性断裂表现为AMB或PLB的损伤,因症状、体征不典型诊断较困难,即使是MR检查也因残存完整的部分ACL纤维束,使得结果模棱两可;从而导致确诊往往过分依赖于关节镜检查。

ACL损伤的体格检查,主要有前抽屉试验、Lachman试验和转轴试验等。常规的前抽屉试验为屈膝90度时向前牵拉胫骨近端。由于PLB屈膝时松弛,ADT仅反映AMB的完整性。Lachman试验是屈膝15度位的抽屉试验,由于此时AMB处于松弛状态,Lachman阳性提示PLB断裂。转轴试验(Pivot  Shift  Test,PST)方法很多,包括外侧轴移、屈曲-旋转试验(flexion-rotation-drawer test)、Slocum试验等等,意义大致相同。所谓“轴移”,指的是患者在进行膝关节旋转运动中,由于ACL稳定功能的丧失,导致股骨与胫骨之间相对移位的感觉,有的病人主诉为轻度“脱臼”感,轴移试验人为地再现这种感觉。在ACL部分性损伤中。只有当PLB断裂时才会出现PST阳性。因此,ACL部分性损伤中,PLB断裂时,ADT不明显、Lachman试验和PST明显阳性;AMB断裂时,ADT明显阳性,Lachman试验和PST不明显。

MRI可以显示出ACL是否损伤,但对于区分完全性损伤和部分性损伤价值不大。Lawrence等研究发现MRI上完整纤维束、波纹状或弯曲的ACL,以及ACL后外侧密度不均的团块,往往显示ACL的部分性损伤。

关节镜检查无疑是诊断ACL损伤的金标准,有经验的关节镜外科医生完全有能力区分ACL的AMB损伤、PLB损伤或完全性断裂。然而,镜下难以判断残存的ACL纤维束是否能满足稳定患膝的要求。Fritschy等对43例ACL部分损伤进行前瞻性研究,发现很难就关节镜下所见的ACL损伤程度来评价预后。

ACL损伤的治疗目的是减少或消除关节不稳,重建患膝的功能性稳定。治疗方式主要包括保守治疗和手术两大类。保守治疗是在限制患膝运动量的基础上,通过患膝肌力、活动度和本体感觉的训练来达到功能性稳定的目的。手术治疗则是通过移植物重建正常ACL的稳定机制。选择治疗方案的参考因素有:患者的年龄,职业与运动量,又无其他韧带、半月板、软骨损伤等。

五、前交叉韧带重建手术的适应症

1、存在关节功能性不稳者,即不能满足患者需要的关节功能,不能达到伤者理想的生活和运动水平;

2、同时存在半月板损伤,进行半月板修复手术的(没有满意的关节稳定,修复半月板难以愈合);

3、中老年以下(<50岁)患者重建指征相对放宽;50岁以上患者是否重建,需要考虑前交叉韧带损伤前膝关节的退变程度和功能情况,退变严重的倾向于二期选择关节置换手术。

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