膝关节前交叉韧带(ACL)损伤是常见的膝关节运动损伤 ，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，其中约65%的患者接受了重建手术治疗。

近年来，随着经济水平的提高和群众性体育运动的开展，我国的前交叉韧带断裂损伤已成为最常见的运动伤病之一，导致患者无法运动，影响日常生活活动能力。

微创术式的关节镜下进行的前交叉韧带重建手术用于治疗前交叉韧带撕裂已经替代了传统的开放式手术成为修复ACL,恢复膝关节功能并延缓膝关节退变的主要方法。

然而，在经历过一次ACL重建手术和康复治疗并回归运动的人群中，有25%-40%的风险再次遭受ACL损伤。

如此高的再损伤风险的原因不仅仅是ACL重建术后膝关节生理学和生物力学的改变，还有可能是神经系统发生可塑性改变造成的。

ACL本体感受器的缺失，炎症疼痛刺激，关节肿胀等会造成传入神经通路改变，初级感觉皮质神经支配减少，导致本体感觉诱发电位缺失，同时，传出神经通路也发生改变，Y运动神经元反馈通路中断，长延迟反射滞后，以及脊髓和皮质兴奋性的改变。

大脑的皮层组织发生持久性形态学或功能改变的能力叫做脑神经可塑性，脑可塑性改变包括脑结构的重塑和脑功能的重塑。

ACL断裂后和ACL重建术后韧带内机械感受器缺失，其本体感觉传入通路功能障碍，导致患者的中枢神经系统可塑性改变，神经肌肉控制发生代偿，最终影响患肢的平衡和稳定性。

随着技术的发展，磁共振成像以其非侵入性和高时空分辨率的优点应用于脑科学中日臻成熟完善。

使用基于解剖结构成像的体素基础形态测量学技术(VBM)与基于功能成像的依赖血氧水平的功能磁共振成像技术(BOLD-fMRI)在ACL损伤后患者脑结构重塑的特征和脑功能重塑的特征中的描述分析成为可能。

前交叉韧带断裂后的治疗和康复

1.保守治疗

通常认为，ACL断裂的患者如果希望重返运动的话，需要进行重建手术，然而，关于ACL损伤后最佳治疗选择的数据未成定论。

有报道称，ACL重建手术后的运动员重返运动率较高，精英运动员为83%，儿童和青少年为85.7%，青年运动人群为76%，而普通成人患者中，该比率下降为55%-63%， 这与仅进行保守治疗的运动人群患者基本相当， 说明ACL断裂后和重建术后的功能水平，与患者受伤前的运动能力密切相关。

另外有文献显示，进行外科手术重建韧带的患者存在大腿肌群力量降低和较高的骨性关节炎发生率，以及主观满意度差。

但是，在接受重建手术的ACL断裂患者中，重返运动者相比未重返运动者，具有较低的骨性关节炎发生率以及更强的日常生活活动能力，说明ACL重建术后患者通过合理的康复训练，其功能水平得到了提高。

Kovalak等将单纯前交叉韧带断裂患者分为重建手术组和保守治疗组，随访5年后发现，伤后进行手术组和伤后仅进行神经肌肉训练组在膝关节功能评分、单腿跳试验、关节本体感觉测试、肌力等方面并无显著差异，其结论是早期重建手术可能并不是ACL断裂患者重返娱乐性体力活动的先决条件。

部分研究显示，部分专门的膝关节功能评估的结果和ACL重建术后患者重返运动的能力存在相关，如单脚跳距离与ACL重建术后患者重返运动的能力高度相关，而KT1000所测的膝关节松弛度与ACL重建术后患者重返运动的能力并没有相关性。

因此，选择有针对性的功能评估方法能够为术后康复治疗的方向提供重要信息。

有些ACL断裂患者并不存在功能受限的问题，仅需要进行稳定性训练就可以重返伤前的运动，这部分患者约占三分之一，被称为“coper”无疑，保守治疗应当作为这部分人群的首选。

Frobell等研究显示，随访五年，只有约半数采取保守策略的ACL断裂人群需要进一步的外科手术治疗。

Keays等的系统综述显示，约89%经过保守治疗的ACL断裂患者可以重返不同激烈程度的运动中，然而，绝大多数患者并不能重返伤前强度的运动。只有33%经过保守治疗的ACL断裂患者重返轴移运动，而59%的ACL重建术后患者重返了轴移运动。

上述研究提示，一方面，通过训练，保守治疗的ACL断裂患者可以部分达到重返运动的要求，另一方面，ACL断裂造成的机械性不稳可能无法通过训练完全代偿。

Cochrane综述得出结论，存在低质量的证据表明，ACL损伤后2-5年，手术或保守治疗的效果并无差别，但同时指出，有些研究的受试者经过系统的保守治疗后依然选择了手术治疗。

在一项回顾性研究中，Streich等在对进行ACL重建的患者与接受保守物理治疗的患者进行随访15年后比较时发现，在自我报告的结局和膝关节0A的发生率方面没有差异。

同样的，Meuffels等报道了10年后在膝关节0A、膝关节半月板病变、活动水平、客观和主观功能结局方面，采用保守策略的ACL损伤患者组和采取外科手术处理的患者组两者间差异并不显著，但手术组机械稳定性较好。

2. 重建手术治疗

美国ACL损伤的发生人数大概20万/年，2/3的病人选择韧带重建修复方案旳。在关节镜下进行的造成手术创伤较小的ACL重建术已经改变了传统的开放式手术方案成为修复ACL损伤，提高膝运动功能和减轻膝关节软骨退变的主流做法。

当前，我国仅北医三院一家每年ACL重建术例数就达到2000例以上。

ACL重建术方法有单束重建和前内侧及后外侧的双束重建两种，单束重建的好处包括手术相对来说工程量小、完成时间快、术后松动可能性低等，能较好的恢复韧带前后向稳定，比较经济；

而更接近功能解剖的双束重建更有助于膝关节的旋转稳定性，但是技术要求高，手术不可控因素多，同时过大的移植物使髁间窝狭窄，造成膝屈伸障碍并与后交叉韧带相互磨损，此外移植物的固定、术后功能康复、返修手术更加困难。

根据移植物不同又分为：一种是自体肌腱，有的使用带骨瓣的跟腱或髌腱组成的骨腱骨移植物，有的使用股薄肌腱及半腱肌腱组成的腘绳肌肌腱移植物；另外一种是同种异体肌腱；还有一种是人工LAS韧带。移植物的固定方式上多选择挤压螺钉固定。

近年来，有学者提出ACL解剖型重建，该手术依照韧带正常解剖结构，选择前内侧入路，在股骨隧道里固定移植物使之不撞击髁间窝，因为走行合理所以很少额外进行髁间窝成形，对膝部的骨性结构伤害较少，对韧带的生物力学特性恢复更佳，对膝部运动各方向的功能稳定性改善更好，避免继发膝关节退变与失稳而引起骨关节炎。

另外，ACL重建时保留残端的呼声越来越多。有研究声明重建组织血管化的加速、局部本体感觉的改善，手术并发症的降低均有赖于残端的功能，故ACL重建术应尽可能多的对韧带残端加以保护。

然而，有些研究者对保留残端的ACL重建手术提出不同意见，认为保留残端要求术者手术水平高，需花费更多的手术时间。

张磊等对ACL重建手术是否保留残端的术后效果的荟萃分析发现，保留残端在术后Lysholm评分、骨道扩大和本体感觉等方面显著好过清除残端手术的结果，显示残端保留ACL重建术对改善手术关节早期功能帮助更大。

还有学者对残端保留与否的术后效果的对比研究结果显示，术后半年残端保留组MRI信号更加接近正常，认为残端保留的韧带重建加速了重建组织的血管化。

如今，国内的关节镜下的微创膝ACL重建手术已开展多年，手术方面较成熟规范。然而，Zampeli等指出，ACL重建术后韧带张力与正常组织仍有差距。另有学者发现当ACL撕裂时，胫骨的旋转角度比健侧多约6°,ACL重建后该角度对比健侧则减少(0.2±6.1)°。

一项有关ACL损伤后胫骨前移程度的文章指出，当韧带撕裂时胫骨前移(0.75±1.40)mm,而韧带重建后，对比健侧仍然前移了(0.2±1.1)mm。

综合以上，说明前交叉韧带重建手术并未完美模拟ACL的生物学功能，原因可能是本体感受器的破坏造成了神经肌肉功能的改变。

3.康复功能训练

前交叉韧带对膝关节稳定性至关重要的原因在于，前交叉韧带中的机械感受器可以提供本体感觉的传入信息，而这些本体感觉信息是Y肌梭维持运动中正常的肌张力、防止肌张力过高和大脑进行神经肌肉控制的基础。

损伤的韧带造成本体感觉的传入神经通路发生障碍，中枢神经控制减弱，导致运动功能下降，而前交叉韧带重建后，患者本体感觉传入通路建立，重建韧带中的本体感受器发挥作用，中枢神经对机体的调控恢复，使得患者膝运动功能得到一定程度的恢复。

一项荟萃分析证实了前交叉韧带断裂患者和前交叉韧带重建患者的本体感觉都比正常人群差，但是前者相比后者，膝本体感觉更差。

Cronstrom研究认为，前交叉韧带断裂后运动功能的下降与本体感觉变差相关，并指出前交叉韧带重建后患者膝本体感觉有所恢复，在康复过程中要强调神经肌肉控制能力的训练。

ACL断裂后会出现中枢痛觉处理的过度兴奋性，本体感觉和神经肌肉干预方法可以诱导大脑皮层功能重组，强化感觉运动功能，加强大脑对动作控制的敏锐性和准确度，有效改善膝关节动态平衡和协调性，预防膝损伤复发，本体感觉训练计划已被证明优于单独的力量训练方案。

神经肌肉控制训练的目的不仅是保存患侧膝关节的运动功能，还包括把患者的整体运动功能恢复到接近甚至超过伤前水平，来避免再次发生损伤。

训练的内容应该包括肌力，肌耐力，灵活性，协调性，运动模式等方面，在进行功能性活动训练中，要注意纠正错误的神经肌肉控制模式，如负重或落地时产生的膝外翻和躯干过度外移等， 这些错误运动模式将有可能导致前交叉韧带的二次损伤或其他结构的损伤。

良好的神经肌肉控制训练并没有统一的方法，Shim等针对ACL重建术后患者采用平衡球辅助的神经肌肉训练加强运动控制能力，肌电图结果显示，训练后患肢的股内侧肌、股外侧肌、股二头肌和半腱肌激活均较训练前有显著改善。

Lepley等认为肌肉离心收缩训练可以使肌肉形态学发生改变，加强a运动神经元募集以及改善大脑运动皮层兴奋性，是进行神经肌肉控制训练的好方法。

而神经肌肉控制训练可以促进大脑认知的发展，改善运动表现，减少运动相关损伤的发生已经是不争的事实。

膝关节的本体感觉

1.前交叉韧带中的本体感受器

1984年，Schultz首次观察到人ACL中存在本体感受器，Zimny指出前交叉韧带本体感受器集中散布位置在韧带两端的骨附着区和韧带表面的滑膜下及其附近的结缔组织，占其总体积的1%-2.5%。

膝关节中每种机械感受器又有其各自的形态和功能：鲁费尼小体形态变异度大，一般呈椭圆形，外层包膜薄并伸出轴突，长度50-500ym,用于感觉长时程低强度的机械力，与关节的运动、旋转和位置有关。

潘西尼小体一般为椭圆形，包膜较厚，长度150-600ym,用于感受快速低强度的机械力，与关节运动的初始、突然地变向和变速有关。

高尔基腱器官形态似纺锤形，包膜较薄，长度100-600帆，用于感受慢速高强度的机械力，与胫骨平台的移位和传递关节受到高强度冲击时的保护性信息有关。

游离神经末梢为脫髓鞘的神经，长度0.5-1.5ym,走行平行于韧带长轴，用于感受超出关节极限位置的高强度冲击力，与疼痛和炎症有关，其数量很少，只出现于ACL骨附着处周围5mm内，是单纯ACL损伤患者疼痛较轻的一个解释，此外还能调节血管舒缩。

综合上述观点，膝本体感觉精确度和损伤ACL残端里负责本体感觉的机械感受器的数目有相关性，并且随着病程变长，韧带残端里机械感受器逐渐退化，从而影响膝本体感觉精确度。

2.膝本体感觉的测定方法

关节角度重现法，又称位置觉重现法，分为主动关节位置觉重现和被动关节位置觉重现两种。目的是测量本体感觉中的关节位置觉得精确度。主动关节位置觉重现相比被动的方法，准确性较差，更易受患者的主观因素影响，所以临床使用率低。

主动关节位置觉重现是把被试被动屈膝到所设置的角度（如0°、90°）,固定短时间（如3s）用于体会该角度，接着，被试的膝关节跟随设备匀速缓慢往复运动，至被试者认为达到前述规定角度时按停机器。

被试结束角度和设定角度的差值即为被动关节位置觉重现法所求得的数据。被动关节位置觉重现法是针对膝运动觉进行测试，是被广泛接受的最敏感的测量方法。

通常由静止开始，仪器固定被试膝关节，设置缓慢的角速度（一般为0.5-2.5°/s）启动，当被试发觉膝运动时按停仪器，仪器起始设置的角度数与被试发觉到运动时的角度数之差即为所求。

其他方法有：体感诱发电位法，用于检验自体感觉反射通路，得出传出通路的活力、肌张力的改变和肌肉收缩能力的结果。

视觉模型法，要求被试者根据自身膝关节定位的角度在模型上实现该角度，或通过观察膝关节模型的角度然后被试者自身关节做运动达到该角度，用被试的关节角度和模型角度的差值来表示膝关节本体感觉的准确性。

3. ACL重建术后膝本体感觉的研究进展

重建术后移植物中存在本体感受器的再生和神经传导通路的恢复。

Shimizu等运用自体骨-腱-骨移植物重建兔的前交叉韧带，对照组采用健侧对比，手术后14天没有观察到移植物内含有本体感受器，术后28天观察到少量潘西尼和鲁费尼小体。

与健侧差异明显，术后56天，移植物中鲁费尼及潘西尼小体数目与对照组相比无显著差异，说明术后14天至2个月期间移植的韧带内有感受器再生及传导通路恢复。

另有研究观察电刺激作用于人前交叉韧带移植物，发现部分被试者胫骨平台前移程度明显下降。

在另外未发现胫骨平台前移程度改善的被试者中绝大部分产生了体感诱发电位，证实移植韧带与腘绳肌发展出有功能的反射通路，移植物产生了本体感受器并建立了神经传导通路。

重建术后膝本体感觉得到一定程度的恢复。Angoules等测量了前叉重建术后被试的关节位置觉和感觉阈值，一组实验组为自体腘绳肌移植物重建组，另一组实验组为自体骨-髌腱-骨移植物重建组，并将被试健侧作为对照组。

分别在手术前、术后3个月、术后半年及术后一年四个时间点评价被试，结果显示术后半年及术后一年重建侧膝本体觉和健侧本体觉无显著差异，而且不同重建物术后患侧本体感觉组间差异不明显。故该学者推测膝本体感觉功能在行前叉韧带重建术后半年即达理想。

综合以上可以认为，ACL重建术后确实存在本体感受器的再生和神经传导通路的恢复，然而有关本体感觉和膝关节功能的测试结果却存在巨大差异，提示患者本体感觉并未完全恢复正常，其脑功能的重塑可能造成了本体感觉恢复的复杂性。

4. ACL在平衡和姿势稳定性方面的作用

平衡和姿势控制能力是运动的基础，是一个复杂的认知处理过程，需要前庭觉，视觉和本体感觉的共同调节。 其神经控制机制分为感觉、运动和认知三方面，感知部分根据外界环境的改变调节着感觉和运动功能，并对外界改变做出反应。

平衡和姿势控制测评方法

足底压力平板：记录测试足底压力中心点在平面上的位移幅度、频率和速度等时间和空间信息，帮助测试者判断受试者的静态姿势控制，但是，该方法对功能活动下的姿势控制的评估并不敏感。

Biodex平衡系统：该系统为一个多轴向的可调节稳定等级的不稳定平板，用于评估受试者的动态稳定性，可以得到受试者前后向、内外向和综合的稳定指数。

Biodex稳定指数客观、数据化的表达了位置觉感受器的准确度以及动态不稳定情况下的神经肌肉协调性，但是，该方法无法用于评估下落等功能活动的稳定性。

改良星偏移平衡测试(mSEBT)：星偏移平衡测试多用于动态平衡的评估，受试者先后在几个方向单腿下蹲，同时测量非支撑腿所能够到的最远距离。

改良星偏移平衡测试将原测试方法的8个方向简化为前向、左后向、右后向三个方向，其具体使用方法为，在地面上画出前向、后内向、后外向(各相距120°)三个带有距离刻度的方向线。

患者双手叉腰、裸足，患侧下肢大脚趾放在三个方向的中心点，健侧大脚趾沿方向线尽量伸向远处，在完成一次无负重触地后返回，记录该距离。

患者患足移动或健足负重触地均为不成功。患者事先每方向进行4次练习以学习该测试动作，每方向进行三次成功的测试并各自取平均值。所测数据除以受试者腿长得出可以用于对比的标准化数值。

这项测试具有简单易行的可操作性并且重测信度较高，可作为下肢损伤风险的预测评估指标，当所测数据小于94%腿长时，女性下肢受伤风险提高，当左右腿前向所测数据差值大于4cm时，男性下肢受伤风险提高。

Gonell等证实，双侧下肢在后内侧方向测试数据相差4cm以上的运动员，其受伤风险是对照组的3.86倍，而在各方向上得分较低的运动员受伤风险是对照组的大约2倍。

Cug等对足球运动员与*坐静**少动者进行改良性偏移平衡测试比较发现，运动习惯对膝本体感觉有重要影响。

跳跃测试： 是前交叉韧带重建术后最常见的功能测试方法,包括四项 ：单腿跳,交叉腿跳,三步跳和6米计时跳 ，具体操作以单腿跳为例，患者患侧单腿站立，尽力向前跳，测量该距离。

事先进行单脚跳的练习直到自我感觉可以完成该测试，健侧足落地或者身体其他部位着地来平衡身体均为失败，共进行三次成功的测试并取平均值，得出的数据需要经过标准化处理方能进行比较，常用的处理方法称为肢体对称指数(LSI),即(患侧数据/健侧数据)X100%。

Reinke等研究发现，hoptest的结果和国际通用的膝关节评估量表IKDC、KOOS均相关，并且与其中的三步跳一项相关度最高。

Logerstedt等做了类似的研究，结论是hoptest结果和IKDC2000的评估分数之间存在相关，可以在预测ACL重建术后病患人群的膝关节功能方面发挥良好的作用。

其中交叉跳和6米计时跳预测效果最好，交叉跳测试的敏感度达到88%，因为交叉跳要求受试者在额状面、矢状面和冠状面具备良好的力量和协调性，对受试者的神经肌肉控制能力要求最高。

Sueyoshi等的研究发现，跳跃测试与运动员屈膝力量的等速肌力测试结果存在相关，能够很好地反映运动员的膝关节功能。

有综述显示，恢复正常功能的前交叉韧带术后患者在术后6-9个月时的跳跃测试得分高于90%LSI,在术后1年时，其单腿跳、交叉跳和三步跳测试得分中位数为93%LSI,6米计时跳为96%LSI。

但是在疲劳状态下，其单腿跳得分显著下降，提示术后6个月以上患者神经肌肉控制能力仍然与健康人群存在差异。

文|骨伤科王俊杰

编辑|无名