[科普中国]-膝关节韧带损伤生物力学

膝关节的运动伤害相当常见，而维持关节稳定的四条韧带：前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带以及外侧副韧带均是运动员常见的韧带伤害。膝关节韧带扭伤通常是因为受到膝内翻性应力、外翻性应力或扭转所造成韧带些微撕裂甚至断裂的现象。

近年来，后交叉韧带的伤害已逐渐备受重视，然而却少有文献探讨后交叉韧带合并关节后侧方结构损伤的病例。而Apsing等学者利用人体膝关节大体比较后交叉韧带重建以及后交叉韧带合并关节后侧方结构重建对于关节松弛度的影响。其研究结果显示，当后交叉韧带切除后，膝关节于0～100°弯曲时会产生过度的后向松弛位移2～9mm；即当后交叉韧带切除后的胫骨后移量会增加至10 ～26mm间。而单股或双股的后交叉韧带重建均能使膝关节的后向松弛度接近正常值，当膝全伸展时，双股重建的膝关节有较佳的表现。当后交叉韧带切除后对于胫骨外转的影响不明显，而在进行单股或双股重建后予以切除关节后侧方结构则不会减少膝关节的后向松弛度。而后交叉韧带重建后对于病理上的内翻松弛并无显着影响，然而关节后侧方结构重建却可将膝内翻松弛恢复至正常。后交叉韧带合并关节后侧方结构重建可恢复伤后不同的松弛度，而应用双股进行后交叉韧带重建则仅有小部份影响。

根据文献报导，慢性前交叉韧带缺损的患者有80%的比例产生软骨退化的迹象。前交叉韧带重建于临床上已属于相当成熟的技术，且已被证实可有效减少膝关节前方松弛的现象，然而有长期追踪报导却指出在接受重建以及保守疗法的患者于软骨退化发生率上相当接近。因此，Li等利用大体以及活体观察前交叉韧带缺损对于膝关节6个自由度的运动学变化，同时观察在运动学改变的情况下对于胫股骨接触的影响。于模拟特定肌肉载重的大体测试指出，前交叉韧带缺损的膝关节不仅增加胫骨前向的松弛度，亦会使胫骨内移量增加。在活体方面，专家观察到与大体测试近似的结果，且随着膝关节弯曲有增加的趋势。此外，当胫骨内移量增加时会使内侧股骨髁与胫骨的接触偏向胫骨脊的位置，此位置与前交叉韧带缺损患者被观察到产生退化性关节炎的位置一致。因此，当前交叉韧带缺损的患者接受重建术时必须要使胫股骨的接触位置恢复正常，可降低术后软骨退化的风险。

Andriacchi等人则假设前交叉韧带受伤所引起的软骨磨耗与步态的生物力学变化有关，因此以8位单侧前交叉韧带缺损的男性为受测者观察其胫股骨运动。研究结果显示，胫骨的内转量与胫骨外侧软骨的磨耗有显着的关系。当胫骨内转的偏移量增加时会使胫股骨让原本胫骨平台外侧的接触点偏向后方，而胫骨内侧的接触点则处于中间或前方。这些改变可能使部份原本低承载区域的软骨承重，进而使软骨产生磨耗。因此，如何让前交叉韧带缺损患者于转动运动机制恢复至正常是减少继发性退化性膝关节炎重要的因素之一。

Shelburne等人则探讨胫骨平台的后侧坡度与前交叉韧带受力间的影响。有研究指出当胫股骨接触产生一极大的压力时，胫骨平台的后侧坡度会使前交叉韧带产生非接触的伤害。研究结果显示，当前交叉韧带的受力无论增加或是减少，都与胫骨后侧坡度的变化有关。当胫骨前移量增加3 mm时，胫骨后侧坡度会增加5°。因此，当施行胫骨切除术时，即使仅有少量增加胫骨后侧坡度，亦会使胫骨前移量以及前交叉韧带受力于日常生活中增加。

扩展阅读胡耿丹, 王乐军, 牛文鑫. 运动生物力学. 同济大学出版社. 2013年12月, 第1版.

Yao J, Kuang GM, Wong DWC, Niu WX, Zhang M, Fan YB*. Influence of screw length and diameter on tibial strain energy density distribution after anterior cruciate ligament reconstruction. Acta Mechanica Sinica. 2014, 30(2): 241-9.

华英汇, 陈世益, 牛文鑫, 丁祖泉. 股内斜肌负载变化影响髌睷近端受力影响的生物力学研究. 中国运动医学杂志, 2008; 27(2): 184-8.

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牛文鑫 - 助理教授 - 同济大学医学院