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关于ACL解剖，还有哪些需要学习关注的地方？

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2024

09.27
06:10:00

作者

Saul

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膝关节解剖的不同骨性和软组织参照点以及大体和微观结构一直是研究和分析的对象。在回顾最近的文献时，我们看到了寻求定义前交叉韧带（ACL）不同解剖学方面的广泛研究。本文的目的是回顾关于ACL及其形态学的最新文献，其中涉及其大体解剖形态和微观结构。


ACL由I型（90%）和III型（10%）胶原基质组成。其长度在27至38mm范围，宽度在10至12mm之间。ACL横截面积平均为44mm2，形状类似于沙漏或蝴蝶结。ACL束已被定义可分为前内侧、中间和后外侧束。观察到股骨和胫骨足印区在形状和大小上呈现出高度变异。此外，血液供应由膝内侧动脉提供，神经支配由胫神经分支提供。此外，ACL在功能上防止胫骨的前移，并稳定对抗胫骨的内旋和膝关节的外翻。
ACL的解剖形态以及其附着点存在很大的变异性。同时，其足印区的形状和大小已成为决定个体化ACL重建的一个重要因素。ACL在退变过程中形态学持续变异以及与解剖学风险因素相关的手术规划和决策制定等方面还有待进一步的研究。
最早的关于膝关节韧带结构和软组织的描述可以追溯到公元前3000年左右的埃及纸草卷轴。在罗马时代，Claudius Galen（公元前199-129年）使用了“ligamenta genu cruciate”这个术语，这正是我们现在所称的前交叉韧带（ACL）。历史上，解剖学家一直在提出形态学和生物力学的描述。1836年，Wilhelm和Eduard Weber发表了一篇关于下肢解剖学和生理学的文章。近一个世纪后，1921年，Testut和Jacob描述了ACL的平坦中段及其与外侧半月板前角和胫骨ACL附着点的关系。在后一种情况中，强调了膝关节结构正常生理学和受伤后该关节功能并发症的关系。如今，膝关节的不同骨性和软组织参考点以及大体解剖和微观结构仍在不断被描述和分析。过去十年中，已发表了超过2700篇关于ACL解剖学的文献和大约14900篇涵盖不同ACL相关主题的文献。健康个体、受伤后或外科治疗后的生物力学复杂性也在过去几十年中得到了广泛研究。此外，由于某些群体的个体解剖学倾向导致的可能风险因素，以及随之而来的ACL受伤后重建技术的修改，也已经被研究。在这些研究旨在定义ACL的每一个解剖特征、特定人群中的差异以及特定于ACL的术语和特征的日益共识化。它们包括股骨和胫骨附着点的结构、形状和位置、束的数量和中物质特征、不同解剖变异的这一韧带的血液供应和神经支配及其报告的百分比。

01

解剖学特征

作为广泛的定义，前交叉韧带（ACL）被描述为连接胫骨和股骨关节的单一结构。它起自于胫骨平台髁间隆突的前方与之间，并向后延伸附着在股骨外侧髁的后内侧部分。ACL拥有自己的滑膜，但仍被大体是关节内结构。以其独特性为特征，ACL本质上容易受到解剖和形态学变化以及生理老化的影响。

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图1 前交叉韧带解剖示意图（前面观、后面观、上面观、下面观）

02

微观解剖学


关于其组织学，ACL由高度组织的I型（90%）和III型（10%）胶原基质组成，占其干重的约75%。这种胶原被组织成20μm粗细的多束纤维，由直径从20μm到400μm的组群构成。其他物质构成了ACL干重剩余四分之一的其他物质。水在生理条件下占净重的60%。

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图2 标本示ACL的股骨附着点在韧带被切断之前和之后的情况。(a) ACL具有卵圆形/椭圆形的形态，其胫骨和股骨附着点完好无损。(b) 移除ACL后显示股骨足印区（白色虚线），其前界由外侧髁间嵴（住院医师嵴）形成，股骨外侧髁的后关节边缘形成其后界，与股骨后皮质相连。蓝色虚线代表直接纤维附着，红色虚线代表间接纤维附着。

（1）ACL束： 最初，ACL被视为一个单一的均质结构。在1938年，Ivar Palmer首次提出了双束ACL。然而，这种双束描述在几十年内并不广为人知。双束通常被定义为前内侧（AM）和后外侧（PL）束。它们通常通过束之间的组织鞘和它们附着点的不同位置来区分。两个束都根据它们在胫骨上的相对附着点来命名。

（2）ACL长度：长度是ACL形态学最常报告的指标之一。早期对ACL长度的研究涉及使用X光片、克氏针或数字化仪来收集测量数据。近年来，MRI已成为其测量的标准。

（3）中物质形态

在2012年，ACL研究人员将ACL描述为具有“丝带状”外观的结构。该韧带的中物质具有圆形或椭圆形的横截面，有一个椭圆形的峡部和较大的附着区域。因此，ACL也被描述为在对老年标本进行的研究中呈现出沙漏形或蝴蝶结形状。当膝关节弯曲并从前面观察时，ACL呈现出扭曲的外观，随着膝关节的伸展，这种扭曲会解开。
韧带的横截面积在ACL的长度上变化，其中中物质横截面大约为44mm2，而ACL的起始和附着部位的面积可能是这个面积的3倍以上。在几项结合了男性和女性数据的研究中，ACL的平均横截面积范围从30到53 mm2不等。
随着年龄的增长，在骨关节炎患者的ACL束中也观察到退行性组织病理学变化，表现为在这些患者中韧带更弱更薄。

（4）股骨和胫骨足印区

ACL胫骨和股骨足印区在不同个体之间在存在很大的变异。在股骨上，外侧髁间嵴（也称为住院医师嵴）和外侧分叉嵴可以用来确定两个束在外侧股骨髁上的确切附着点。这两个束的附着点由位于外侧髁间嵴后方的外侧分叉嵴分隔开。

①股骨足印区

股骨足印区的中心位置大约是外侧股骨髁近端至远端长度的43%，在髁间窝内。对股骨附着部位的研究表明，其横截面积大小范围在60到130 mm2之间。
ACL的股骨足印区是新月形的。其前界由外侧髁间嵴（住院医师嵴）勾勒出来。股骨外侧髁的后关节边缘与股骨后皮质相连，勾勒出其后界。ACL纤维在其股骨附着点的附着方式有两种已被描述。有一种是“直接型”，由密集的中物质纤维组成，附着在外侧髁的一个狭窄的椭圆形区域，允许力量逐渐消散，连接更牢固。然后是“间接型”，这是一种薄的、膜性的、外围纤维附着，这些纤维向外侧髁后侧扩散，在没有过渡区的情况下通过胶原纤维附着骨头，增加了附着部位的面积（扇形扩展）。这样它就形成了一个较弱的连接。中间束的纤维围绕ACL的中部螺旋排列，然后在股骨足印区附近变窄并横向变平。在之前的研究中，我们指出ACL的股骨附着部位随时间在其形态上呈现变化。它从年轻个体中的大的半圆形变为老年个体中的更小和扁平的丝带状。这一发现以及其他几项研究的发现强调了对年轻标本进行进一步研究的必要性。

②胫骨足印区

ACL胫骨足印区的中心位于后交叉韧带前15mm处，以及内侧至外侧距离的五分之二处。胫骨附着部位较大，最近的研究显示其横截面积在100到160 mm2之间。
已描述了三种主要的胫骨附着部位形状（椭圆形/圆形、三角形和C形），它们在后侧更宽，并位于髁间区前部。也有报道其他形态，如靴形、L形、J形和双C形。然而，大多数个体呈现椭圆形插入部位形状，其次是三角形和C形。
胫骨附着部位以斜向方向排列。它比股骨附着部位宽，并附着在外侧半月板前角旁边的明显滑膜鞘中。
前内侧束位于胫骨附着部位的前内侧，其内侧边界是内侧胫骨髁关节表面的前内侧边缘。后外侧束被认为位于髁间区的后外侧，其侧边界是外侧胫骨髁关节表面的内侧边缘。中间束在胫骨足印区的中央区域有附着。
胫骨足印区的宽度平均为12.6mm（7.7-16.3），平均厚度为3.3mm（2.5-3.9）。
胫骨ACL足印区在年轻和老年尸体标本之间也显示出形态变化。

（5）血液供应

中间膝内侧动脉是ACL的主要血液供应。然而，两侧膝动脉也有所贡献，并通过ACL的滑膜鞘进行扩散。包含血管干细胞的结缔组织隔膜将AM和PL束分开。该膜包含横向穿透韧带的周围韧带血管，并与纵向的韧带内血管网络吻合，为ACL提供血管化。

（6）神经支配

ACL由胫神经支配，该神经的神经末梢穿透后囊，并沿着滑膜膜旁的韧带路径运行。这种神经支配还由带来机械感受器的血管提供，这些机械感受器有助于ACL的本体感受功能。ACL中疼痛纤维很少，这解释了为什么在发生急性ACL撕裂后直到出现血肿之前很少感到疼痛。

03

生物力学

从功能上讲，ACL具有几个作用。它防止胫骨在股骨上的前移，作为对抗胫骨内旋和膝关节外翻的次要稳定器。它维持正常的膝关节生物力学运动以防止半月板损伤。组成ACL的两个束具有独特的功能，允许ACL的正常生物力学。前内侧束在屈曲时紧张，而后外侧束在伸展时紧张。解剖和生物力学特性表明，中间束与前内侧束相似。
在完全伸展时，ACL吸收了75%的前移负荷，在30至90度屈曲时吸收85%。失去ACL会导致屈曲期间这种耦合旋转的幅度减小，以及膝关节不稳定。ACL的平均拉伸强度约为2200牛顿，但会随着年龄和重复负荷而改变。

04

当前ACL解剖学研究的临床相关性

（1）个体化解剖ACL重建

ACL解剖重建的外科目标是尽可能接近地模仿原始韧带解剖学，以恢复膝关节的功能。这意味着恢复原始尺寸、胶原方向和插入点。解剖ACL重建基于四个基本原则：（1）恢复前内侧和后外侧束；（2）通过将隧道对齐到正确的解剖位置来恢复原生ACL附着点；（3）正确张紧每个束；以及（4）通过确保隧道直径和移植物大小根据其原生插入点的特征来确定，使重建适应每个患者。
附着点的形状已成为决定个体化ACL重建的一个因素。有研究表明，不同形状可能需要不同类型的重建以确保适当的足迹恢复。例如，“C形”的胫骨足迹可能更适合使用双束技术恢复，而“椭圆形”的胫骨足迹可能足以使用单束技术恢复。
Dimitris等人指出，在ACL断裂的膝关节中，与ACL完好的膝关节相比，AM束的股骨起源在近端至远端方向上更靠后，而PL束的起源则在大致相同的前后方向上更靠远端。ACL重建的股骨隧道应在股骨足迹的前内侧束区域内深（近端）和高（前部）于髁间窝内，因为组成剩余股骨足迹的纤维附着力较弱，承受的负荷较少。
解剖双束重建在过去十年中越来越受欢迎。因此，一些生物力学研究报告称，在短期随访中，它更接近于恢复健康的膝关节运动学。此外，临床研究已经证明，与单束重建相比，它在膝关节松弛度和移植物失败方面有更优越的结果。这需要详细了解ACL断裂患者的前内侧和后外侧束的解剖学，因为ACL断裂的膝关节和健康膝关节之间可能存在潜在差异。然而，大多数最近的研究至少有5年的随访显示，中期和长期结果相似。双束重建被认为在预防骨关节炎进展或获得更好的临床结果方面并不比单束重建更有效。

（2）ACL老化

平均年龄和预期寿命以及老年人口的体育活动水平正在上升。这导致了老年人口与运动相关的损伤增加，他们期望恢复到受伤前的活动水平。
ACL以其独特性为特征，天生就受到解剖和形态学变化以及生理老化的影响。因此，ACL的外科重建更广泛地应用。如今，需要外科ACL重建的50岁以上患者占有相当大的比例，研究得出结论，这种手术在缓解症状、恢复功能和重返体育活动方面显示出良好的结果。
与ACL老化相关的重要的形态学因素是其股骨和胫骨足印区以及束退化。随着年龄的增长，由于直接纤维的退化，间接纤维增加，导致老年患者附着力减弱。两个ACL束都会经历老化，前内侧束有53%的退化变化，后外侧束有78%的退化变化。随着后者变化更为严重，有髁间窝狭窄和髁间窝骨刺的建议。
一些ACL重建技术已经修改了传统的股骨圆形隧道，并用类似扁平矩形隧道的形状替换，使用矩形股四头肌腱移植物或“扁平”的腘绳移植物，目的是提供生物力学优势。然而，重要的是要考虑根据患者年龄ACL形态配置的变化，因为不同的ACL与年龄相关的特性可能不适合所提出的重建技术。


05

结论


ACL的解剖学及其附着点存在很大的变异性。同时，足印区的形状和大小已成为决定个体化ACL重建的一个因素。ACL老化方面的形态学变异的持续性以及在解剖学风险因素中手术规划和决策制定的重要方面为进一步研究留下了空间。


参考文献：

Morales-Avalos R, Torres-González EM, Padilla-Medina JR, Monllau JC. ACL anatomy: Is there still something to learn? Rev Esp Cir Ortop Traumatol. 2024 Jul-Aug;68(4):422-427. English, Spanish. doi: 10.1016/j.recot.2023.02.005. Epub 2023 Feb 12. PMID: 36787832.
-END-

声明：本文为原创内容，作者Saul，观点仅代表作者本人，仅用于学习交流，未经授权禁止转载！


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