人膝的前交叉（十字）韧带（ACL）上部分的股骨端起点在其外髁内面后,穿过髁间窝向前、向下并向内斜行，止于胫骨髁间隆起前方的骨面。

交叉（十字）韧带之解剖结构和力学知识等

其复合的作用包含有胫骨平台向前过度移动动作的控制、膝关节过度伸展的预防以及不正确或过度的膝内旋、膝内外翻的限制，是在人体胫骨平台的前向稳定控制中发挥重要作用的结构。

ACL的平均长度估值为35mm，其体部的平均直径约在11mm,该韧带的下端胫骨平台止点处的横截面最大左右向直径均值约是12mm，最大前后向直径均值约是17mm。

在伸膝位，ACL长轴接近垂直，屈膝90°时，在不同轴面前叉与股骨远端呈角：矢状轴约30°，冠状轴约20°，另外矢状轴与下端胫骨平台呈50°角。

此外，前叉从股骨远端至胫骨平台端围绕其中心线呈直角顺时针旋转的原因是其两端骨面附着方向的不同，上端股骨远端止点处是前后方向，下端胫骨平台止点处是左右方向。

韧带最细窄的位置是中间部分，左右向直径均值约是11mm，前后向直径均值约是4mm,横截面近似椭圆状，其横截面积男性平均约为45mm2，女性约为35mm2。当关节伸展时，韧带被拉伸呈现为扁带形，当关节弯曲时略微拧转。

ACL下端的胫骨平台附着区域的前缘至胫骨平台前缘的距离均值约是8mm,胫骨平台附着区域的前缘至髁间窝的距离均值约是21mm,胫骨平台附着区域中心点到后交叉韧带前缘的距离均值约是9mm。

二十世纪七十年代，有学者发现前叉韧带纤维下端附着点位置可分为两部分，分别是前内纤维部分VS后外纤维部分，前内部分平均长度约为32mm，后外部分平均长约17mm。

在ACL的近端股骨附着处，前内纤维部位于其后上部分，后外纤维部位于其前下部分；在ACL的远端平台附着处，前内纤维部位于其前内部分，后外纤维位于其后外部分。

对于防止胫骨平台矢状面过度移动方面，前内纤维部分作用至关重要，对于防止胫骨平台旋转异常方面，后外纤维部分作用明显。

前内纤维部分在上端股骨附着区域的横截面积均值约70mm2,在下端胫骨平台附着区域的横截面积均值约是115mm2；后外纤维部分在上述区域的横截面积均值依次约是90mm2及85mm2。

当屈膝呈直角时，ACL前内纤维部分的长度均值约35mm，中间部分长度均值约27mm，后外纤维部分长度均值约22mm。

在膝伸展的过程中后外纤维部分逐渐拉紧宽平化，当屈膝呈直角时，前内纤维部分拉紧并扭转，后外纤维部分放松接近水平面。

从ACL总体上来看，后外纤维部分大体位置在前内纤维部分的后方，也就是说，伸膝过程中后外纤维部分逐渐拉紧，屈膝过程中前内纤维部分逐渐拉紧。

ACL股骨止点位于外侧髁内侧壁后1/3,接近深层软骨的位置，多呈卵圆形，平均长度16.4mm(11.3-19.3mm)，平均厚度从7.85mm到11.23mm不等，平均面积为99.7mm2(80.9-117.2mm2)，其中，后外纤维靠上，前内纤维靠下。

ACL股骨止点表现出明显的个体差异，其前缘为住院医师嵴(RR)，RR从股骨髁下关节面延续到髁间窝，是ACL断裂关节镜重建时股骨附着点的个体化骨性标志，是韧带解剖重建时定位股骨隧道的重要信息来源。

在胫骨平台上的髁间棘前侧处，ACL的远端移行成头宽尾窄的梯形附着，前后长度为9.2-12.1mm,中间厚度为2.9-4.2mm。

胫骨平台上的前胫骨嵴、胫骨后嵴、内侧和中间髁间嵴、外侧髁间嵴分别从前、后、内、外四个方向包绕着ACL远端止点区，是明显的骨性标记物，而且外侧半月板前角与前部的ACL也有组织联系。

更进一步说，ACL在胫骨平台附着处的前内纤维部分靠前靠内，后外纤维靠后靠外。为提高在胫骨平台上的附着面积，韧带呈椭圆状散开，这也预防了膝伸直过程中其与髁间窝的碰撞。

在ACL断裂重建术后发生的伸膝受限的一个常见原因就是，韧带移植物在胫骨平台附着处定位偏前并且呈圆柱形而非原韧带的椭圆形，致使新韧带在膝伸直过程被髁间窝挤压。

ACL外层由滑膜组织覆盖，内层又如肌肉组织一样分别由腱膜和腱内膜包绕，从组织构成上讲大部分属于胶原纤维，占其干重70%〜80%,呈纵行排列。

在该胶原纤维束中又有多种分型，I型胶原用于保持ACL的抗张力强度，为构成韧带的主要胶原成分；

III型胶原用于保持的稳定，但相对I型来说，弹力稍差仅构成细的纤维束，两型胶原组织比例改变会造成韧带结构稳定性变化；表达V、XH型胶原蛋白的多寡与女性ACL损伤具有相关性。

纤维母细胞是ACL的主要细胞成分，于韧带远端胫骨平台附着区域含量较高。

ACL附着在骨的部位表现为“潮线样(tidemarkline)”的四条条带，其构成依次为韧带组织移行为纤维软骨组织，胶原纤维穿行其中形成钙化的纤维软骨组织，最后移行成骨。韧带移行至骨的区域十分牢固，因此，ACL损伤一般出现在韧带中间位置。

由此可见，重建韧带恢复结构强度的关键在于其与骨的移行区域的牢固度，也就是“潮线样”条带移行组织的重建和修复才是ACL重建术后功能结构长久牢固的关键因素。

ACL自身内没有血液循环，主要依靠分布于其表面的滑膜皱襞组织中的发自韧带两端的少量毛细血管形成血管网络和关节液渗透支持。

膝中动脉穿过膝后部关节囊，进入韧带近端股骨附着区域的髁间窝附近，提供了该处的血供，而膝下动脉外侧支以及膝中动脉的下支提供了韧带的胫骨端的血供。

由于ACL两端移行区域无血液循环，这种情况可以通过显影剂血管造影观察到，造成了重建术后移植物附着区域修复速度低下。

ACL表面的滑膜中分布着来自之一的胫神经的纤维，并且其游离神经末梢又进入至韧带内部，末梢神经主要集中在该韧带两端1/3的股骨和胫骨移行附着处位置附近。

ACL的骨移行附着处及其在外层滑膜下的表层中含有数量巨大的能够感受来自外界的力的作用的机械感受器，这些感受并参与本体感觉传入的感受器主要包括四大类，分别是：鲁费尼小体，高尔基腱器官，潘西尼小体以及感觉神经纤维远端的游离神经末梢。

前交叉韧带具有丰富的机械感受器在本体感觉反馈和膝关节的功能维持中发挥重要作用，但是，主流观点认为肌梭才是本体感觉敏锐度的主要中介物。

因此，即使已有报道在ACL断裂后本体感觉敏锐度丧失，这种躯体感觉变化背后的机制也也还不完全清楚，也许比单纯的外周感受器损伤更难以解释，ACL重建手术没有办法重建相同的本体感觉功能，导致术后膝关节稳定和运动能力难以恢复。

在有关ACL极限强度的报道中发现，其最大抗拉力约为2000N，抗压能力约合36MPa，形变程度约为16mm，刚度约为700N/mm，这些数据大大低于发生在剧烈体育活动中产生的最大力量。

故，材料学方面特性的研究结论无法反映出在人体生理运动中整体受力和形变的状况，其形变度与关节运动角度、相关肌群力量大小、承受体重分量等因素皆有相关。

当伸屈膝活动时，ACL受力情况为：在屈膝15°时受力最大，如胫骨平台向前位移力量分别是110N和22N时，韧带受力约合111N和26N；屈膝90°时受力最小，上述情况相应约合71N和13N。

ACL的前内侧和后外侧两部分在膝运动整个过程中的受力情况并不一致，屈膝前内侧纤维部分受力要大于后外侧纤维部分，伸膝时情况刚好相反。

在胫骨平台向前位移力量分别达到110N和22N时两部分的极限受力角度情况为：外力较大的110N时前内侧纤维部分极限受力角度发生在屈膝60°、后外侧纤维部分为屈膝15°；外力较小的22N时前内侧部分产生于屈膝15°、后外侧部分则为伸膝0°。

另外，后内侧纤维在膝关节的旋转运动中发挥主要作用，随着膝关节的伸展，ACL通过股骨内旋帮助引导膝关节的螺旋锁定机制，并防止闭链中的胫骨内旋。

这一功能在需要变向和轴转的体育赛事中至关重要。在ACL的功能重建中，前内侧和后外侧不同的应力变化规律要充分考虑到。

普通运动时韧带的最大受力情况并不会达到极限。一般活动中，当屈膝活动度偏小时，伸膝肌群发力多，韧带感受到的应力偏大；屈膝活动度偏大时，屈膝肌群发力多，对前交叉韧带有所保护，使之受到的应力偏小。例如，在正常步行的起始足离地时韧带应力偏大，在终末足落地时应力较小。

ACL损伤的研究

1.流行病学研究

前交叉韧带损伤是常见的膝部损伤之一，约占膝关节韧带损伤的56% 。 据调查，美国每年ACL断裂发病人数为8-25万，每年一般人群的发生率为38/10万，而从事足球运动人群的发生率更高为60/10万，最常见发生ACL断裂的运动项目为足球和篮球。

英国的研究结果显示，ACL断裂多为年轻患者，男性患者平均年龄为27.2岁，女性29.0岁，运动员患病年龄更小，在所有患者中，男性占76%，女性占24%。

近年来，随着经济水平的提高和群众性体育运动的开展，国内ACL断裂患者也呈现出类似的变化，陈连旭等的研究显示，ACL断裂患者平均年龄为29.7岁，其中男性患者平均年龄为28.8岁，占78.1%，左膝断裂与右膝断裂的比例为1：0.85 ， 最常见的损伤项目为篮球、足球和意外扭伤；

女性患者平均年龄为33.0岁，占21.9%，左右膝比例相差不大，最常见的损伤项目为意外扭伤，羽毛球和滑雪。在所有的运动伤中，非接触性损伤占35.3%，膝关节外旋伤占24.4%，内旋外翻伤占29.5%，外翻伤占17.7%。

2.诊断

典型的ACL损伤的病史包括一次跳跃或变向时的非接触性受伤，或者膝关节的直接冲击。

Wagemakers等总结了四条与ACL损伤显著相关的病史和体格检查指标：(1)存在或持续性渗出(OR,4.4；95%CI,1.4-14.5)；(2)外伤时有撕裂感(OR,6.1；95%CI,1.9-19.5)；(3)打软腿(OR,3.5；95%CI,1.1-10.9)；(4)前抽屉试验阳性(OR,6.4；95%CI,1.8-23.0)。

存在三条以上的情况，其阳性预测值为83%。Benjaminse等的对比研究发现，前抽屉试验、轴移试验和Lachman试验三者中后者的精确度最高，其阳性似然比为10.2(95%CI，4.6-22.7)，阴性似然比为0.2(95%CI，0.1-0.3)。

轴移试验的特异性较高为98%(95%CI，96-99)，而敏感度较低为24%(95%CI，21-27)，这是因为急性期患者存在肌防卫而使试验难以进行。

前抽屉试验的结果则与损伤时间有关，急性损伤时，敏感度为49%(95%CI，43-55)，特异性为58%(95%CI，39-76)，慢性损伤的患者，敏感度为92%(95%CI，88-95)，特异性为91%(95%CI，87-94)。

Simon等研究得出了类似的结果，建议诊断标准应结合病史和体格检查以便得出更准确的结果，同时指出测试者的规范操作是造成诊断结果偏差的重要因素。

Lelli等提出一种新的测试方法叫leversign，认为其特异性和敏感度较高,其做法是：受试者仰卧位，胫骨近端下面垫一拳，若被试ACL无损，则检查者从被试大腿处向下施压的同时被试脚后跟离开检查台，否则认为存在撕裂。

Reiman等通过系统综述指出，leversign具有中等强度的诊断准确度。

然而，也有研究显示，只有10%-15%的ACL损伤在最初的主观检查中被正确诊断出来，更多时候要结合影像学的检查结果进行诊断。

另外，VanEck等发现KT-1000在诊断ACL断裂方面具有最高的敏感度、特异性、准确度和阳性检出率。MRI和超声具有较高的可信度而关节镜检查仍然被公认为ACL损伤诊断的金标准。

3.神经肌肉风险因素

ACL断裂后关节两端接触面的压力分布以及面积大小有所变化，膝关节变得不稳，肢体运动特征随之变化，久而久之造成半月板以及软骨的磨损。

有研究提出， 膝内侧半月板损伤的发生率在ACL断裂3个月内为30%，3-6个月为40.6%，6个月-1年为51%，超过一年发生率超过60%，且以后角损伤多见。

这种现象是因为膝关节内侧半月板的后角可以阻挡关节过度前后向移位，前交叉韧带断裂后胫骨平台重复过度前后滑动冲击内侧半月板后角，大大增加了此处的损伤率。

由于内侧半月板损伤后其阻挡作用减弱，导致内侧间室压力增加，增加了关节磨损，同时，ACL断裂后原两端骨载重处受力变少，此区域的骨密度逐渐减小进而造成骨软骨面退化，上述两方面原因合力导致ACL断裂后骨性关节炎的发生。

涂俊等的研究显示，伤后尽快进行手术重建的患者载重处骨软骨退变率约40%，所包含的三、四级骨软骨退变只有27%，而髁间窝狭窄发生率仅为14.5%,髌股关节III度和IV度的严重软骨损伤发生率占16.7%；

延期治疗组负重区软骨损伤发生率为54%，其中III度和V度的严重软骨损伤发生率占59.3%，髁间窝狭窄发生率达到54%，髌股关节III度和V度的严重软骨损伤发生率占28.6%。

提示韧带断裂后早期行ACL重建术可预防半月板以及软骨的继发损害。

Koga的研究表明，ACL损伤发生在初始足部接触地面时10-40毫秒期间的运动过程中，比如变向、落地、减速和轴转等运动。

为了阐明生物力学和神经肌肉系统在ACL损伤特别是非接触性损伤风险中的作用，已经进行了大量的研究。研究结果支持这样一种观点，即在动态运动过程中，从躯干到踝的所有主要平面的控制不良是导致ACL损伤的主要风险因素。

躯干躯干位置的改变对力量衰减和下肢运动学有很大影响。 运动练习的表现，如落地或变向切时躯干弯曲度变小可作为ACL损伤的危险因子，由于膝伸肌用力和股直肌的活动增加，这可能会增加膝前向的剪切力和ACL的应力。

此外，它可能导致髋伸肌用力、臀大肌活动和髋部减震的减少。

性别也是ACL损伤的相关因子，相比来说，女性具有更高的风险程度 ，在垂直下落跳跃过程中，膝对髋的力矩比值更高，而在下落跳跃减速过程中，她们的膝外翻角度较大，髋伸肌力矩和减震能力较低，因此增加了ACL损伤的风险。

在冠状面 , 躯干位移也与ACL损伤有关 。 地面反作用力(GRF)落于膝外侧可能增加膝关节外翻角度和扭矩，这是造成ACL损伤的已知危险因素之一。在一项前瞻性研究中，Zazulak等发现，在突然力量释放后，躯干外侧位移的增加预示着膝关节韧带损伤。

将躯干位移与躯干本体感觉不良及腰痛病史结合，女性ACL损伤预测准确率达91%oHewett等在ACL损伤的在体分析中发现，女性将躯干移至ACL损伤侧下肢的外侧，这一现象在男性中并不常见。

髋

在冠状面， 在跑步，单腿跳任务和变向活动时女性臀内收角度峰值被发现更大 。据报道，髋内收角是唯一一个有统计学意义的能够预测膝外展角增加的因素，这是在无预期的变向活动时ACL损伤的一个风险因素。

髋部力量减弱也与前交叉韧带损伤有关。双侧髋伸展、外旋和外展的减弱均与膝外展角度和力矩相关。在一项研究中，在落地任务中髋外旋扭矩最弱的那组人群表现出最大的膝前向剪切力，髋外展力量的不足是ACL断裂的独立预测因子。

膝

已有文献证明， 膝屈曲小于40°时水平面和冠状面的负荷使ACL应力最高 。在膝关节屈曲角较低时，股四头肌对胫骨施加的前向力较高，而前交叉韧带和腘绳肌对这种力的抵消作用较差，因此，小的膝屈曲角度的策略增加ACL损伤的风险是可行的。

在一项系统性回顾中发现， ACL损伤通常发生在膝处在或接近完全伸展位时。

大腿股四头肌及其拮抗肌群腘绳肌的激活模式的变化可能改变前剪切力和膝伸肌力矩，从而使个体更易发生ACL损伤。女性倾向于用增强的四头肌激活作为运动策略，对胫骨和ACL产生了更大的前剪切力。

动态任务中，ACL断裂者的膝伸肌力矩不对称度4倍于对照组。女性采取的增强股四头肌力矩以及使拮抗肌群腘绳肌激活减少的运动策略，造成了腘绳肌与股四头肌的力矩比减低。

膝关节的动态外翻扭矩可能会显著增加胫骨前移和ACL的负荷。 与男性相比，女性在运动策略中表现出更多的膝外展力矩和角度。与未受伤的运动员相比，遭受ACL损伤的女运动员着地时，膝外翻力矩大2.5倍，膝外展角度多8°,GRF高20%。

踝/足

在矢状面，踝吸收冲击和防止胫骨前移的能力对维持ACL的稳定性至关重要 。在落地时的初始触地中，踝跖屈处于最大的位置，减震效果最好，GRF最少。在健康男性进行落地任务时腓肠肌和比目鱼肌提供了一个显著的后向力防止胫骨前移。

文|骨伤科王大夫

编辑|无名