后交叉韧带(PCL)是稳定膝关节重要组成部分。但是韧带的复杂性使得其在关节稳定的作用和损伤后的治疗方式充满争议。需要充分掌握和理解PCL的功能,方可减少膝关节不稳定、骨关节炎的发生、以及随之而来的韧带移植重建或半月板修复技术等。最近的解剖和生物力学研究更好的阐述了手术相关解剖和PCL前外侧、后内侧束的作用。尽管非手术治疗曾被作为单纯PCL损伤的第一选择,可能基于相对于前交叉韧带(ACL),PCL损伤术后疗效差的缘故,目前越来越多的单纯PCL损伤或合并PCL损伤患者选用手术治疗,但最佳治疗方式存在一定的争议。为此本文针对PCL的解剖、流行病学特点、生物力学、临床诊断、治疗方式作一下总结回顾,并重点强调PCL重建手术各治疗选择的临床和生物力学依据。
PCL主要由2束组成,根据在股骨侧止点的位置,分为稍粗的前外侧束(ALB)和稍细的后内侧束(PMB)。但是对于胫骨止点,这两束结合更加紧密无法分开。2束股骨端止点到胫骨端止点的长度分别为12.1cm和8.9cm。股骨端附着点之间的距离的增加和附着骨的差异可能会影响PCL重建技术的选择。此2束股骨端、胫骨端附着点已有定性和定量,具体如下。
ALB股骨端附着点面积(112-118 mm2)是胫骨端附着点面积的2倍。通过关节镜下和影像学参数可确认术中ALB的标识。关节镜下的参考点,包括ALB中心距股骨滑车7.4mm,距内侧弓11.0mm,距远端关节软骨7.9mm(图1)。
Anderson等报道了ALB胫骨附着点面积为88mm2,位于PMB的后内侧边缘。一个称为“束脊”的水平骨性突起将ALB从PMB分开。关节镜下重要的的参考点,ALB胫骨附着点中心距半月板后内侧光泽的白色纤维6.1mm,距束脊4.9mm,距champagne glass drop-off 结构10.7mm。
图2 (A)关节镜下右膝关节PCL胫骨附着点及相关标志。(B)PCL胫骨附着点定量测量。ALB,前外侧束; PMB,后内侧束;m,肌肉。
有报道PMB股骨附着点的面积为60-90mm2。Anderson等定性地描述了PMB位于内侧髁间隆起近端,ALB前方,半月板韧带(aMFL)前方。关节镜下临床相关标识包括,PMB股骨附着点中心距内侧足弓11.1mm和距关节软骨缘的后点10.8mm(图1)。
PMB胫骨附着点的面积约105mm2,比ALB附着更牢靠。PMB的附着边界沿着ALB的后内侧方,为此有时可描述为有2臂。PMB最厚及功能最强的部分位于ALB后内侧。定量测量,PMB功能中心在胫骨内侧平台关节面凹槽中点外侧3.1mm,champagne glass drop-off 前侧4.4mm(图2)。
半月板韧带(MFLs)与PCL各束有着密切的联系(图3)。MFLs韧带也被称为Humphrey韧带、MFL后韧带(pMFL)、Wrisberg韧带,文献报道在膝关节中其存在率为74%-75% 和 59%-80%。 aMFL股骨附着点面积为35 mm2,远端与半月板后外侧角结合。文献报道股骨附着点是可变的,80%位于PMB远侧,20%位于ALB远侧。pMFL股骨附着点面积为31 mm2,靠近内侧髁间嵴和PMB。pMFL远端同样附着于半月板后外侧角。
原生物力学
以往认为PCL的2分束支功能是独立的,ALB主要负责膝关节屈曲而PMB主要负责伸展。但是最近的生物力学研究表明,此2分支存在协同的关系。Ahmad等研究PCL束的空间方位,发现在膝关节伸曲活动时, PCL的2分支方位均受到改变,防止胫骨向后活动过度。但是,Papannagari等通过体内分析发现2束并不存在相互作用和影响。
PCL以前被认为是主要对抗胫骨后移。而最近的研究更证实了其另一主要作用是对抗旋转,尤其在屈曲90°-120°时。Kennedy通过一项机器人研究,更加深入的解释PCL各束对膝关节稳定的作用,确定更加合理的功能。该研究中提出每束均具有小而有意义的抗胫骨后旋的作用,同时也揭示了在膝关节屈曲(0°-120°)时,ALB和PMB的相互共显作用(图4)。
有文献报道在膝关节屈曲0°-120°时,完全切断PCL可明显增加胫骨后移。为此,异常平移和旋转的幅度似乎取决于是一束还是两个束都损伤。Markolf等报道了在膝关节屈曲0°,单纯切断PMB,胫骨后移最大值为1.06mm,而屈曲到90°时,其最大值并未改变。 Kennedy等报道了在屈曲90°时,单纯切断PMB后,胫骨后移较PMB完整情况下多后移了0.9mm。而单纯切断ALB,则增加2.6mm。完全切断两束,在膝关节屈曲0°-120°时,相对于单纯切断其中一条,胫骨后移明显增加,在屈曲90°时后移增加至11.7mm。
类似的,Harner等报道PCL完全缺损导致在膝关节屈曲90°时,胫后后移增加11.4mm。因此,很明确PCL任何一条分支损伤都会影响胫骨后移。
PCL除了提供对抗胫骨后移的作用,有研究报道也指出具有抗旋转保护膝关节稳定性的作用。之前的生物力学研究表明,PCL切断后胫骨外旋明显增加。为此,最近很多文献研究PCL内旋和外旋动力学。切除PCL导致胫骨内旋和外旋增加。有文献报道体内PCL缺失导致膝关节准静态负重屈曲时导致内旋增加,但与完整组并无统计学差异。一般认为,PCL对抗旋转的作用比以往认识更广泛,为此在PCL损伤时也应重点评估膝关节内旋、外旋的稳定性。
对于每束的力量强度变化,文献报道是存在争议的。Fox等报道外加胫骨后负荷、屈曲角度增加时,ALB和PMB的原位力量增加。Harner等发现双束重建PMB 在屈曲30°时原位力量最大,但是前面的两篇研究都采用的是叠加原理计算原位力量,这个需要单独计算各束间的相互作用。为此,如果假定每束是相互独立的,则可能无法采用叠加原理精确确定PCL各束的力量大小。Kennedy等最近通过直接测量分析双束重建的移植固定角度ALB和PMB的力量,从而解决这一问题。研究者发现在膝关节屈曲0°-120°胫骨后应力时,移植ALB力量峰值出现在中度膝关节屈曲,移植PMB力量峰值在膝关节充分伸展和深度弯曲。因此证明ALB和PMB存在显性的关系。
单,双束PCL重建的生物力学比较
生物力学比较单束和双束PCL重建的动力学和移植力量强度,表明双束可提供功更强的稳定性。而且,有文献报道过相对于切断PCL或单束PCL重建,双束PCL重建可减少胫骨后移。Wijdicks等报道了在膝关节屈曲90°时,单束重建时松弛增加为4.8mm,而双束重建松弛仅增加0.6mm(图5)。同样观察双束PCL重建不仅可减少松弛读,还可减少胫骨内旋和外旋。
相反的,Markolf等认为双束PCL重建可能会过度限制膝关节活动,暴露移植物和增加受力。然而,研究者的手术技巧仅有1条拉紧原则,ALB移植物固定在屈曲90°,PMB固定在屈曲30°。Kennedy等最佳研究双束PCL重建时不同角度固定的临床疗效,发现PMB固定在15°要优于0°。为此,Markolf等观察的过度限制的现象可能由于移植PMB在30°角度固定。
单束或双束PCL重建时移植韧带的固定角度可影响关节松弛程度。多项研究表明单束PCL重建韧带固定在90°可获得最佳的膝关节活动和原来力量。然而,固定在75°-105°不同角度之间也可获得不错的膝关节动力学改善。对于,双束PCL重建,PMB应该固定在0°,而ALB应该在90°-105°,这样可避免过度限制膝关节活动。需要更多的研究评估这些发现对临床的作用或帮助获得很好的临床治疗效果。
单纯后交叉韧损伤较为罕见,常与其他膝关节损伤合并发生,包括前交叉韧带(ACL)损伤、内侧副韧带(MCL)损伤、后外侧角(PCL)损伤。最近不少研究利于界定和评估韧带受伤同时伴完全PCL撕裂(III级)患者的发病率。文献报道约79% PCL III级撕裂患者伴有多条膝关节韧带损伤。46%,31%和62%PCL损伤患者分别伴有ACL, MCL, 和PLC韧带损伤。Spiridonov等报道了类似的研究结果,PCL重建术中,只有18%患者因单纯PCL损伤,剩余患者均伴有其他手术。
PCL损伤常因为运动或创伤,尤其是车祸或交通伤害。有文献报道美国高中生膝关节损伤中2%为PCL损伤,此外,交通伤引起的PCL撕裂占57%。最后无论单纯PCL损伤和合并其他损伤,男性均比女性更为常见,约为73%-97%。
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