单束单隧道与双束双隧道重建膝前交叉韧带的生物力学对比研究

　　摘  要

　　［目的］研究双束股骨双隧道法重建前交叉韧带(ACL)恢复膝关节前后方向稳定性的能力，并与单束单隧道重建法进行生物力学性能的比较。［方法］应用跟腱分别采用双束股骨双隧道、单前内侧束和单后外侧束三种方法对10个新鲜尸体膝关节进行前交叉韧带重建。术后分别于膝关节屈曲0°、15°、30°、60°及90°时对胫骨施行±100 N的作用力，测量胫骨相对于股骨移动的距离。［结果］在屈膝角度较小(0°～30°)的情况下，单前内侧束重建法术后胫骨的移动距离与完整标本接近(P>005)；但屈曲超过30°，特别是超过60°后，单前内侧束重建法术后胫骨移动的距离明显大于完整标本(P<005)。在屈膝角度<60°的情况下，单后外侧束重建法胫骨移动的距离明显大于完整标本(P<005)：但屈曲超过60°胫骨移动的距离与完整标本接近(P>005)；在膝关节的整个屈曲范围(0°～90°)内，双束股骨双隧道重建法术后胫骨移动的距离与完整标本接近(P>005)。［结论］双束股骨双隧道重建法，在膝关节的整个屈曲范围(0°～90°)内，比单束股骨单隧道重建法能更有效的恢复膝关节的稳定性。

　　关键词：膝关节；  前交叉韧带；  双隧道重建；  生物力学

　　中图分类号  R687.2     

　　Biomechanical comparison of singleversus doublefemoral tunnel the anterior cruciate ligament reconstruction technique

　　ZHANG Wenqiang, WANG Chengqi, TANG Shengjian, et al.

　　Institute of Plastic Surgery, Weifang Medical College, Weifang, Shandong 261041

　　Abstract：［Objective］To study the outcome of the technique of doubletunnel with doublebundle tendon calcaeus(TE) for reconstruction of the anterior cruciate ligament for recovering the knee stability, and to compare with that of single femoral tunnel in biomechanics. ［Method］The anterior cruciate ligaments are reconstructed using tendon calcaneus  on ten fresh cadaveric knees by using the followed three techniques: double bundles, single anteromedial bundle (AMB) and single posterolateral bundle (PLB) respectively. After operation, force of ±100 N was applied on tibia and the distance of tibial translation toward thighbone on knee flexion at 0°, 15°, 30°, 60° and 90° was measured. ［Result］The distance of tibial translation was similar to that of intact specimen by using the technique of single AMB when the knee flexion degree was under 30°（P>005), but above 30°, especially 60°, the distance of tibial translation was longer obviously than that of intact specimen (P<005). When the knee flexion degree was under 60°, the distance of tibial translation was longer obviously than that of intact specimen by using the technique of single PLB (P<005), but above 60°, the distance of tibial translation was similar to that of intact specimen(P>005). At the different flexion degree(0°～90°), the distance of tibial translation was similar to that of intact specimen by using the technique of doubletunnel with doublebundle (P>005).［Conclusion］The technique of doubletunnel with doublebundle of TE for reconstruction of anterior cruciate ligament(ACL) can improve the knee stability at the different flexion degree (0°～90°) and is more efficiently than the technique of singletunnel with singlebundle.

　　Key words: knee;  Anterior cruciate ligament;  Double tunnels reconstruction;  Biomechanics

　　前交叉韧带(ACL)断裂后，应用自体移植材料重建前交叉韧带以恢复膝关节的稳定性已经广泛的应用于临床。术后病人迅速恢复膝关节的稳定性，早期下地从事生产、学习活动。但是术后随访的重建效果并不理想，部分患者术后膝关节仍然存在前后向的不稳定。随着对ACL解剖与生物力学特性的进一步研究，人们认识到ACL由前内侧束(anteromedial bundle,AMB)和后外侧束(posterolateral bundle,PLB)两部分组成。两束韧带在膝关节伸屈活动中各自的生物力学特性不同［1］。人们认识到传统的重建方法主要是重建ACL的前内侧束，这并不符合ACL自身的生物力学特点。因此我们提出一种新的重建方法，使移植物在重建后更符合ACL的生物力学属性，能够更有效的限制胫骨前后向移动，恢复膝关节的稳定性，预防骨性关节炎的发生。

　　1  材料与方法

　　11  实验材料

　　111  标本 

　　取死亡时间不超过24h的新鲜男性尸体的膝关节标本10具，左4具，右6具。死亡年龄为22～47岁(平均336岁)。膝关节标本经关节镜检查均无半月板及交叉韧带损伤，无明显骨性关节炎。膝上端至少保留20cm的股骨，膝下段保持完整。

　　112  实验装置 

　　长春仪器厂生产的CSS-44020型生物力学试验机及装有CSS44020型生物力学试验机软件的电子计算机。试验仪的压力杆能垂直向下对胫骨施压，压力杆连接感应装置，可以5 N／s增长速度向下施压于胫骨，当压力达到100 N时不再增加并维持此压力。胫骨移动的距离可以通过感应器测得，通过胫骨向前后移位的距离来判断膝关节的稳定性，移位的距离越小，稳定性越佳。

　　12  实验方法

　　121  测量完整ACL的胫骨移动距离 

　　将ACL完整的下肢标本固定在生物力学试验机上， 分别于屈膝0°、15°、30°、60°及90°时，对胫骨矢状方向上施加100 N的前后方向的压力。记录胫骨相对于股骨的移动距离。

　　122  切断ACL的胫骨移动距离 

　　将此标本取下，关节镜下将ACL切断，漂浮残断予以清 除，缝合切口，同法测量胫骨移动距离。

　　123  三种方法重建ACL 

　　为了保持膝关节周围其他附属稳定结构的完整性和实验的严整性，我们不以膝关节周围的肌腱作为移植供体，我们取标本的跟腱作为移植物。取跟腱中间1／3长约150 mm、宽10 mm、厚8 mm。将肌腱做成“Y”型，末端分别编织缝合(图1)。

　　移植物胫骨定位在原ACL胫骨印迹样附着区的中心偏前内侧［2］，距胫骨前缘约16 mm，选用与移植物最大直径相适应的空心钻头，一般为8～9 mm；前内侧束(AMB)的股骨定位在原印迹样附着区的上缘靠近前内侧近一半的位置，(以髁间窝顶点为12：00，左侧前方是3：00，后方是9：00，左侧前方是9：00，后方是3：00，下方是6：00，右膝关节定位在11：00，左膝关节1：00)，直径一般为6 mm；后内侧束(PLB)在股骨的定点在原印迹样附着区的后半部，距外髁后侧软骨边缘3 mm处，直径一般为4 mm(右膝关节定位在9：30，左膝关节2：30)。两隧道间的距离应>3 mm，以防止两隧道之间骨质塌陷。

　　图1（略）编织后的肌腱首先进行AMB的重建，通过细软牙科钢丝将移植物导入关节腔，先用界面螺钉固定肌腱AMB的股骨止点，然后屈膝30°后抽屉位拉紧肌腱，同样方法将移植肌腱的胫骨止点端固定于胫骨上。将下肢标本固定在生物力学机上，与上述相同方法测量胫骨移动距离。

　　测量完毕后将标本取下，再次进入关节腔屈膝70°后抽屉位固定PLB。再次在生物力学试验机上测量胫骨移动距离。测量完成后，再将AMB切断，同法测量单独PLB重建后的胫骨移动距离。

　　13  统计学方法

　　用SPSS 115软件进行统计学分析，统计结果均用“均值±标准差”表示，以方差分析法检验。以005为检验标准。

　　2  结果

　　21  切断ACL后，胫骨移动距离明显增加(P<001)，并且随着膝关节的屈曲其值增大，当膝关节屈曲达90°时达到最大值1892 mm。结果见图2。

　　22  单独AMB重建，在膝关节轻度屈曲(0°～30°)范围内，限制胫骨前后移动，保持膝关节稳定性的能力接近于完整标本，与双束重建亦无统计学意义。但是随着膝关节屈曲角度的增加，胫骨移动距离明显增大，到90°时达到最大963 mm。特别是60°～90°范围内，单独重建AMB胫骨移动距离与正常完整标本有显著性(P<005)。

　　23  单独PLB重建，在膝关节屈曲0°～60°范围内，胫骨移动距离大于完整标本，最大时达564 mm，与完整标本有统计学差异(P<005)。60°～90°范围内，胫骨移动距离也大于完整标本，但是两者无统计学意义。

　　24  双束股骨双隧道重建法重建后在膝关节的整个伸屈范围(0°～90°)内，都能有效地限制胫骨移动，恢复膝关节的稳定性。两组数据之间无统计学意义（表1）。

　　表1  不同方式重建ACL后，膝关节不同屈曲角度胫骨移动距离（略）

　　图2  不同方式重建ACL后，在膝关节不同屈曲角度胫骨移动距离（略）

　　3  讨论

　　31  本实验的研究依据

　　ACL由前内侧束和后外侧束两部分组成，两束韧带在膝关节活动中的生物力学特性不同，韧带各束纤维的长度和张力随着膝关节的伸屈活动发生变化，总是保持有部分的韧带纤维处于紧张状态，从而维持膝关节的稳定性［3，4］。前内侧束在膝关节自伸直位屈曲至30°时逐渐缩短，然后随膝关节屈曲逐渐延长。在股骨ACL附着区正中点重建的韧带，既不具有ACL总体的生物力学特性，又不具有前交叉韧带各束的生物力学功能，很难恢复到正常状态。我们采用在膝关节不同屈曲角度分别于不同位点固定其中一束的办法来解决这个问题，这种手术方式基本上模拟了ACL生理状态下的生物力学特性，使重建后的ACL能够更有效的起到稳定膝关节的作用。

　　32  ACL在胫骨与股骨表面的附着面积基本相等，笔者认为，ACL典型的附着代表着它的多功能性。我们这种重建方法使重建后的ACL附着面积增大，弥补了单束重建法造成的纤维缺失，这有助于ACL在不同的角度起到稳定膝关节的作用。

　　33  传统的ACL重建术都是以重建ACL的AMB的功能为主，而重建后的ACL在小角度的膝关节活动中也确实起到了稳定膝关节的作用。但是人类的活动大都在膝关节屈曲0°～70°完成的，生理状态的ACL，在一部分韧带纤维紧张的同时，另一部分处于松弛的休息状态，当另一部分紧张而起到稳定膝关节的作用时，这一部分又处于松弛状态。如此循环而使韧带的各个部分得到休息，以防止韧带因过度疲劳而松弛，保持韧带的生物力学特性。单纯的一束重建后，当膝关节受到来自各个方向的负荷，为了维持膝关节的稳定性，移植物长期处于紧张状态，最终造成移植物的疲劳、拉长、弹性丧失，不能维持膝关节的稳定性。有研究表明ACL重建后，仅在2年左右的时间里，能起到维持膝关节稳定性作用。

而双束重建的ACL，由于移植物分别起作用，是重建后的ACL在膝关节伸屈活动中处于交替紧张和松弛的状态，避免了因移植物持续处于紧张状态，而造成的疲劳松弛。理论上比单束重建具有更为持久地稳定性［5］。

　　34  固定移植物时要使膝关节处于后抽屉位，并且拉紧韧带，使在关节腔内的移植物处于紧张状态。因为有学者提出由于移植物的暂时失营养，患者下床活动后，必然会使移植物相对松弛一些，这样可以相对缓冲一下韧带的紧张度，避免因韧带自身的松弛而带来的关节不稳。

　　4  结论

　　41  单束AMB重建术后在膝关节小范围(0°～30°)活动时可以起到稳定膝关节的作用，但是屈曲较大范围(60°～90°)的膝关节活动，其稳定性不好。

　　42  单束PLB重建术后在膝关节小范围(0°～30°)活动时，稳定性不好，但是屈曲范围较大。

　　43  双束股骨双隧道重建ACL，从生物力学角度考虑，无论是在维持膝关节的稳定性上还是在术后远期效果上都明显优于单束股骨单隧道重建法。

　　参考文献：

　　［1］  Tatsuo Mae MD，Konsei Shino MD，Takahide Miyama MD,et al．Singleversus twofemoral socket anterior cruciate ligament reconstruction technique：biomechanical analysis usinga robotic simulator arthroscopy［J］．The Journal of Arthroscopic and Related  Surgery，2001，17，(7)：708-716.

　　［2］  徐卿荣，朱振安．前交叉韧带股骨等距重建位置的比较［J］．中国矫形外科杂志,2004,12(10)：771-773.

　　［3］  Dienst M,Burks RT,Greis PE．Anatomy  and  biomechanics  of anterior  curciate ligament［J］．Orthop Clin North(Am),2002,33(4)：605-620.

　　［４］  Rizzo M,Holler SB,Bassett FH．Comparison  of males’ and females’ ratios of anteriorcmciateligament width to femoralintercondylarnothwidth：a cadaveric study［J］.Am J Orthop,2001,30(8)：660-664.

　　［5］  陈百成，毛远青，高石军．双束股骨双隧道法重建后十字韧带的实验研究［J］.中华骨科杂志，2005，23（5）：308-312．

　　潍坊医学院整形外科研究所， 山东潍坊市胜利东街288号 261041

　　解放军第89医院全军创伤骨科研究所，山东 潍坊 261021