膝关节前外侧韧带解剖、生物力学及功能恢复

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.11.021

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

前外侧韧带：是人体膝关节的横向韧带，位于腓侧副韧带之前，1879年法国外科医生“保罗•希根”(Paul Segond)所记载，在记录里他描述为横向股骨和胫骨之间的韧带结构。

生物力学：应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程，研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。依研究对象的又分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。

背景：对于存在旋转不稳的前交叉韧带损伤是目前研究的热点，进一步认识前外侧韧带的解剖学和生物力学可以对膝关节旋转稳定性的恢复起到指导意义。

目的：系统回顾当前膝关节前外侧韧带的文献，明确膝关节前外侧韧带的发生率、解剖关系、形态、组织学以及生物力学作用和损伤机制。

方法：由第一作者检索PubMed/Medline数据库发表的关于膝关节前外侧韧带的论文。检索内容包括：incidence，anatomy，morphometry，biomechanics，histology of the ALL，并包括关于“Segond”骨折，并在在中国知网数据库、万方数据库、维普数据库检索“膝关节、前外侧结构、“Segond”骨折”，时间跨度从1878至2015年。并对检索内容进行归纳、总结、分析。共检索出文献362篇，其中英文文献342篇，中文文献20篇。按照纳入和排除标准筛选，共纳入42篇文献。

结果与结论：前外侧韧带出现率在83%-100%，对于前外侧韧带的骨性抵止点的描述差异很小。前外侧韧带在股骨抵止点位于外侧副韧带股骨抵止点的前侧及远端，跨越关节斜行插入到腓骨小头和胫骨的“Gerdy”结节之间。文献关于前外侧韧带的解剖和形态学的描述不同点在于：前外侧韧带在外侧半月板及关节囊附着部位的解剖。前外侧韧带主要的生物力学作用是控制胫骨过度内旋，组织学上微观结构为：平行状的纤维样韧带组织。通过前外侧韧带的胫骨附着点的撕脱骨折(“Segond”骨折)的部位可以准确显示前外侧韧带的胫骨足印点。前外侧韧带是膝关节前外侧面上独特的韧带组织结构，它可以控制胫骨过度内旋，膝关节过度屈曲内旋可引起“Segond”骨折。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

ORCID: 0000-0002-9019-8588(吴疆)

关键词: 组织构建, 组织工程, 膝关节, 前外侧韧带, 解剖学, 生物力学, 综述, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Anterior cruciate ligament injury accompanied by unstable rotation is a hotspot in sports medicine. Further understanding of the anatomy and biomechanics of the anterolateral ligament can play a guiding significance for the recovery of knee joint rotational stability.
OBJECTIVE: To systematically review current literature on the anterolateral ligament of the knee and to understand the incidence, anatomy, morphology and histology of the anterolateral ligament as well as mechanism of anterolateral ligament injury.
METHODS: The first author searched the PubMed, Medline, CNKI, Wanfang, VIP databases for articles specifically addressing the anterolateral ligament. Data extraction related to the incidence, anatomy, morphometry, biomechanics, and histology of the anterolateral ligament and its relation to the “Segond” fracture was performed. The retrieve time ranged from 1878 to 2015. Totally 362 literatures were retrieved, including 342 articles in English and 20 in Chinese. According to inclusive and exclusive criteria, 42 articles were included in result analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: The occurrence rate of the anterolateral ligament ranges from 83% to 100%, and this range occurs because of small discrepancies in the definition of the bony insertions of the anterolateral ligament. The anterolateral ligament originates anterior and distal to the femoral attachment of the lateral collateral ligament. It spans the joint in an oblique fashion and inserts between the fibular head and Gerdy tubercle of the tibia. Exact anatomic and morphometric descriptions vary in the literature, and there are discrepancies regarding the anterolateral ligament attachment to the capsule and lateral meniscus. The anterolaterial ligament is a contributor to the stability of tibial internal rotation, and histologically, it exhibits parallel, crimped fibers consistent with a ligamentous microstructure. The footprint of the anterolateral ligament has been shown to be at the exact location of the Segond fracture. The anterolateral ligament is a distinct ligamentous structure at the anterolateral plane of the knee, and it is likely involved in the control of excessive tibial internal rotation that can cause the Segond fracture.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

吴疆，黄竞敏，赵斌，曹建刚，陈啸. 膝关节前外侧韧带解剖、生物力学及功能恢复[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(11): 1658-1665.

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图/表（结果） 1

2.1 膝关节前外侧韧带研究的历史早在，1879年，法国医生paul segond^[1]首先描述了人类膝关节前外侧面上“白色、弹性、纤维束带样组织”的存在，在膝关节过度内旋的时候可以引起该纤维束的紧张。以及由它引起的撕脱骨折。并将这种撕脱骨折命名为“Segond”骨折。后来相继有学者对膝关节前外侧面上的该纤维束进行了研究及描述，在1976年，Hughston等^[2^，^13]描述了膝关节前外侧旋转不稳，并描述了膝关节中1/3外侧关节囊韧带(midthird lateral capsular ligament)的存在，并描述该韧带起于股骨外髁，止于胫骨外侧平台边缘。在1979年，Woods等^[14]在Hughston之前工作得基础之上，描述了与前交叉韧带撕裂相关联的膝关节“中1/3外侧关节囊韧带”，半月板胫骨部位的撕脱骨折，在他描述的4例患者当中均存在前交叉韧带断裂并伴有膝关节前外侧面上的撕脱骨折。在此之后，Goldman等^[12](1988年)和Hess等^[15](1994年)经研究确立了当前统一的观点：“Segond”骨折是前交叉韧带断裂特征性的间接诊断标准。

自此，在paul segond等^[1]首先描述膝关节前外侧面上的纤维束样组织后，不同学者均对此进行了描述^[16-27]：“膝关节外侧副韧带前束”^[16]；“中1/3外侧关节囊韧带”^[2-3^，¹³^，^17-18]；“前斜束”^[4]；“前外侧韧带”^[19-20]。Claes等^[25-27]通过人类尸体的解剖，精确的描述了膝关节前外侧韧带的解剖位置以及骨性附着点。

2.2 前外侧韧带的出现率 LaPrade等^[21]应用影像学和解剖学的方法对膝关节前外侧韧带进行了研究。他将前外侧韧带命名为“中1/ 3关节囊韧带”，他在研究中认为该韧带附着于股骨外髁区域向远端穿行到胫骨“Gerdy”结节后面和腘肌腱裂孔前面，在胫骨附着点位于胫骨外侧关节面边缘。在他的研究中MRI结果均有一名影像学医师阅片，MRI影像序列包括：T-2加权像(层厚：3 mm)，T-1加权像(层厚：2 mm)，MRI投照方向包括：轴位，冠状位，矢状位，斜冠状位。在他的研究中20个膝关节样本均进行了影像学和解剖学研究，均发现了膝关节前外侧韧带的存在。Macchi等^[22]、Mazzuca等^[23]、Pietrini等^[24]在他们的影像学关于前外侧韧带的研究中也发现了前外侧韧带的存在。

Vincent等^[20]对30例全膝关节置换的患者进行了前外侧韧带的解剖研究，在30例膝关节置换的患者中均明确了前外侧韧带的存在，另外他们对10个新鲜的尸体膝关节进行解剖学研究，均发现了前外侧韧带的存在。

Claes等^[25-27]对41个前交叉韧带完好的尸体膝关节进行了解剖学研究，尸体的年龄从61岁到93岁，在他们的尸体研究中，41个样本有40个发现前外侧韧带的存在，出现率97%。在另外的一项Claes等的尸体膝关节研究中，他对29个有“Segond”骨折的样本进行了前外侧韧带进行解剖学研究，尸体的平均年龄81岁，他们的研究表明，在29例膝关节尸体样本中的膝关节外侧面上均发现了明确的韧带组织结构，该韧带走形从股骨外髁至胫骨平台近端前外侧。

Helito等^[28-30]对21个人类尸体膝关节(平均年龄61.5岁)进行了解剖学和组织学的研究，通过解剖研究在20个样本中可以明确膝关节前外侧韧带的存在。随后Helito等有对10个尸体膝关节(平均年龄62.8岁)进行了影像学和解剖学研究，均发现了前外侧韧带的存在。

Dodds等^[31]40个尸体膝关节(平均年龄75岁)进行解剖学研究，明确前外侧韧带的形态。在40个尸体膝关节中33个膝关节发现前外侧韧带的存在，出现率83%。Dodds等^[31]关于前外侧韧带的附着点的描述与之前的认识有所不同。之前的研究认为膝关节前外侧韧带是与关节囊紧密相连的结构，但他们认为前外侧韧带是外侧副韧带的浅层与半月板并不相关联。Dodds认为前外侧韧带在胫骨平台位于半月板的下方。解剖学认识的不同可能是导致他们的研究发现前外侧韧带出现率较低的原因。Claes等^[25]描述前外侧韧带股骨端位于股骨外髁的近端，外侧副韧带附着点的前方，Dodds等认为前外侧韧带股骨附着点略有不同，大约位于股骨外髁近端8 mm，后方4 mm。

尽管在之前的研究中关于前外侧韧带的出现率的报告有所不同，但大多数研究显示出现率将近100%，报道的出现率略有差别。关于解剖学位置的描述的微小差别可能是导致报告出现率有所差别的原因。以后的研究需要更大的样本量来确定前外侧韧带的出现率。

2.3 前外侧韧带的解剖和形态尽管膝关节外侧稳定结构的解剖已经基本明确，但关于前外侧韧带的具体解剖认识还十分有限。近些年更多的研究在描述前外侧韧带的局部解剖以及前外侧韧带骨性附着点，形态学的测量以及附近的解剖结构。

Johnson等^[3]进行了6个离断肢体标本的解剖学研究，研究关于“外侧关节囊韧带复合体”，他将前外侧韧带命名为前者。认为外侧关节囊韧带复合体存在垂直和水平结构。垂直的结构与骨骼、韧带、肌腱、并包括髂胫束相关联；水平的结构联接到外侧半月板。Johnson等描述外侧关节囊韧带在中心部位的纤维更厚，周围与外侧支持带结构相融合。股骨附着点反折到腓肠肌外侧头并延伸到腘肌腱鞘，远端附着于胫骨外侧面“Gerdy”结节部位，并描述该组织结构为一个突出的纤维样结构，在外侧关节囊和髂胫束之间。

Terry等^[5-8]对存在膝关节前外侧旋转不稳的19个新鲜冷冻膝关节进行了解剖研究。Terry等^[5-8]描述了前外侧韧带的组成，包括：深层的骨筋膜层；以及浅层的髂胫束层。他们特别提出该韧带深层在近端附着于外侧腓肠肌筋膜，形成三角形的韧带结构插入到胫骨，在胫骨附着部位位于Gerdy结节的后方，附着点的后侧和远端为腓骨。Terry等和LaPrade等^[5-8^，^21]对30个新鲜的冷冻尸体膝关节的后外侧结构进行了解剖，Terry和LaPrade等描述了中1/3外侧关节囊韧带位于股骨外髁近端及前侧，在远端附着于胫骨平台关节面边缘“Gerdy”结节的后侧。

Milch等^[32]通过研究“Segond”撕脱骨折描述了该骨折为外侧关节囊韧带损伤引起的骨皮质撕脱骨折。Campos等^[4]进行了尸体膝关节的解剖，来研究“Segond”骨折的发病机制。他们结合了解剖学和影像学的研究来明确膝关节外侧软组织的结构。他们证实了前斜韧带的存在，描述该韧带为来源于外侧副韧带并联合髂胫束止于胫骨。此外他们描述了外侧关节囊韧带为一个垂直的独立结构，在关节囊部位增厚，前侧为髂胫束后侧为外侧副韧带。向远端附着于外侧胫骨平台(为“Segond”撕脱骨折的部位)。

Cruells Vieira等^[9]解剖了10个新鲜尸体膝关节描述了髂胫束以及周围解剖结构。特别描述了一个独立的韧带结构组织。该韧带组织结构附着于股骨外髁和胫骨平台“Gerdy”结节的外侧，为腓肠肌筋膜的延续结构。Cruells Vieira等认为骨筋膜层是膝关节伸直位限制前外旋转的重要结构。

“Vincent”等^[20]对全膝关节置换的患者进行了膝关节前外侧韧带的解剖研究。在30个全膝置换患者中均确认了前外侧韧带的存在，并描述前外侧韧带起源于股骨外髁并向前和向下延伸到外侧半月板和胫骨平台。另外他们对10个尸体膝关节进行解剖研究，发现9个前外侧韧带位于股骨外髁腘肌腱的前方，剩下的一个膝关节前外侧韧带位于腘肌腱后方5 mm处。在胫骨端均位于胫骨近端前外侧面，“Gerdy”结节后侧。“Vincent”等描述：前外侧韧带相对平直，平均宽度：(8.2±1.5) mm，厚度：2.0-3.0 mm，平均长度：(34.1±3.4) mm，在膝关节屈曲90°，胫骨向前移位的时候前外侧韧带紧张。Vieira等^[33]也描述了前外侧韧带的存在，为髂胫束深层的纤维组织，在屈曲内旋时紧张。

Claes等^[25-27]在他们解剖的41个膝关节中40个膝关节中发现了一个明确韧带结构组织，该韧带位于膝关节前外侧面上，不同于前侧关节囊，联接股骨至胫骨(图1)。在所有的膝关节中前外侧韧带的在股骨大多数主要位于股骨外髁；外侧副韧带股骨外髁附着点的前方；腘肌腱股骨附着点的近端的后侧。在大多数的膝关节中前外侧韧带的表层纤维穿行股骨远端外侧面与大腿外侧肌的走形方向一致，前外侧韧带侧近端后侧纤维与外侧副韧带融合。在膝关节中立位屈曲90°和伸直位时前外侧韧带的长度分别为：(41.5±6.7) mm；(38.5±6.1) mm。提示在膝关节屈曲中度屈曲位时前外侧韧带更为紧张。

前外侧韧带在股骨点测量的平均宽度为：(8.3±2.1) mm；在关节线水平变窄平均宽度为：(6.7±3.0) mm。前外侧韧带斜行穿入到胫骨近端前外侧面，与外侧半月板体部中1/3边缘相连。前外侧韧带的半月板附着部位被分为半月板股骨端(外侧半月板上面)和半月板胫骨端(外侧半月板下面)。在外侧半月板切除后，关节线水平的前外侧韧带的厚度为(1.3±0.6) mm。

在远端，前外侧韧带插入到胫骨近端，形成了关节囊增厚的反折。在胫骨的附着部位为：“Gerdy”结节中心点后方(21.6±4.0) mm；腓骨小头顶点前方(23.2±5.7) mm。距离胫骨外侧平台近端软骨面的距离为(6.5±1.4) mm，前外侧韧带远端宽度增大，在胫骨近端的宽度为：(11.2±2.5) mm。一般情况下，前外侧韧带胫骨的附着点位于“Gerdy”结节和腓骨小头连线中点的位置。

Helito等^[28-30]对21个尸体膝关节进行了解剖学研究明确的发现了前外侧韧带的存在。股骨附着点位于外侧副韧带股骨附着点的前侧和远端，贴近于股骨外髁软骨面。在前外侧韧带的长度方面他们的描述与其他的研究有所不同，他们的研究认为前外侧韧带胫骨附着点到胫骨软骨关节面的距离为：(4.4±1.1) mm。前外侧韧带的平均长度为：(37.3±4.0) mm (范围，33-46 mm)；平均宽度：(7.4±1.7) mm (范围，5-11 mm). 平均宽度：(7.4±1.7) mm (范围，5-11 mm)。平均厚度：(2.7±0.6) mm (范围，2-4 mm)，近一步的研究，Gossner^[34]通过MRI检查发现前外侧韧带的存在。Helito等^[30]、Rezansoff等^[35]通过影像学的方法评估了前外侧韧带股骨和胫骨的附着点。通过尸体样本的膝关节解剖，Helito等^[30]确定了前外侧韧带的附着点和走形。在股骨端位于外侧副韧带附着点的前方平均：(1.9±1.4) mm，远端平均：(4.1±1.1) mm，在胫骨端距离外侧关节软骨面平均：(4.4±0.8) mm。影像学定位点位于股骨髁皮质线(Blumensaat line)的(47.5±4.3)%以及股骨髁皮质线的下方(3.7±1.1) mm的部位。冠状位，在股骨端前外侧韧带距离股骨后髁线平均为(15.8±1.9) mm，在胫骨端距离关节线下方平均为(7.0±0.5) mm。侧位像前外侧韧带的附着点位于胫骨平台(53.2±5.8)%的部位。

Dodds等^[31]对40个尸体膝关节进行解剖研究来研究膝关节前外侧结构，他们通过股二头肌和髂胫束的入路来解剖深层结构。他们经研究明确前外侧韧带为关节外结构，斜行方向穿行外侧副韧带表面。以扇形面附着于股骨端，位于股骨外髁最高点近端8 mm，后方4.3 mm。前外侧韧带与关节囊并不联合也不附着于外侧半月板。在胫骨端附着于“Gerdy”结节和腓骨小头中间的位置。外侧副韧带远端纤维组织附着于前外侧韧带后方。

以上提到的文献关于前外侧韧带的解剖和形态不尽相同。不同点在于：①前外侧韧带是否为单一结构。②在近端及远端的具体附着位置。③前外侧韧带与周围结构的关系。在近端前外侧韧带被描述为筋膜或骨与筋膜结合的结构。造成这些区别主要的原因为：①软组织结构的交叉联合。②解剖技术和工具的差异使得解剖结构不能具体明确。希望，下一步通过解剖工具和技术的统一化可以明确：①前外侧韧带是联合结构(Claes等^[31]提出)或者为独立于关节外的结构(Dodds等^[31]提出)②前外侧韧带是否直接附着于外侧半月板。Dodds等^[31]反驳了之前的研究认为前外侧韧带非直接附着于外侧半月板。

2.4 前外侧韧带的组织学结构 Vincent等^[20]描述前外侧韧带为束带状结蹄组织周围有滑膜组织包绕。在外侧半月板近端的前外侧韧带主要为韧带结构，周围组织为神经血管和脂肪组织，前外侧韧带为平行、波浪状的胶原纤维组成的韧带或肌腱组织。

Helito等^[28-30]通过苏木精-伊红染色法分析了10个前交叉韧带样本，采样于前外侧韧带股骨端部位、胫骨端部位、半月板部位。他们的研究显示前外侧韧带的组织结构为：排列有序的致密结蹄组织，纤维成份为胶原纤维和小细胞物质。通过组织学的研究发现前外侧韧带为有别于关节囊的韧带微细结构。到目前为止，还没有进行关于前外侧韧带的分子结构的分析研究，下一步还需要通过免疫染色的方法进一步明确的前外侧韧带的成份。Caterine等^[36]通过影像学研究发现前外侧韧带为高密度的胶原纤维结构组织，附着于股骨外髁至胫骨外侧面。

2.5 前外侧韧带的生物力学尽管还没有关于膝关节前外侧韧带具体的生物力学特性的研究、以及前外侧韧带对于整个膝关节运动力学作用的研究，但相关的文献认为前外侧韧带为膝关节的外侧稳定结构^[20^，²⁵^，^31]。相对于外侧副韧带的附着点前外侧韧带的附着点更为偏前，可以提供膝关节前侧和旋转的稳定性。Dodds等^[31]也提出在膝关节内旋扭力达到5 Nm时前外侧韧带的长度会增加。这种长度的变化预示着，通过膝关节屈曲角度的变化，前外侧韧带可以控制胫骨内旋。通过光谱仪测试在膝关节伸直位或中立位旋转是前外侧韧带的长度没有变化。最近，Claes”等^[31]提出前外侧韧带可以提供胫骨的旋转稳定性并总结大多数前外侧韧带的损伤多数位于胫骨侧。此外，他们提出在前交叉韧带重建的病历中，前外侧韧带的损伤率可达到(78.7%)。Tavlo等^[37]通过尸体膝关节的研究认为前外侧韧带是膝关节内旋的重要稳定结构。Lutz等^[38]通过通过尸体研究显示胫骨内旋时，前外侧韧带紧张。Zens等^[39]通过尸体膝关节研究认为，前外侧韧带为非等长结构，在屈曲内旋时紧张，在膝关节屈曲90°内旋时最为紧张。Caterine等^[36]进一步的研究需要通过光谱仪来测试：①前外侧韧带对于胫骨-股骨稳定性的作用。②前外侧韧带损伤后对于膝关节运动力学的影响。③以及在其他软组织结构损伤后前外侧韧带所起到的生物力学作用。

2.6 与“Segond”骨折相关的研究在1879年，法国外科医生Paul Segond等^[1]首先描述了在膝关节屈曲内旋时发生在胫骨平台外侧近端的骨皮质撕脱骨折。在20世纪70年代后期相关文献再次提出了“ Segond”骨折以及对膝关节稳定性的影响。“Segond”骨折或在影像学上的膝关节外侧关节囊的征象可以因膝关节内旋引起，特别是在前交叉韧带断裂的同时^[40-42]。但是软组织损伤引起的撕脱骨折存在一些争议问题，因为没有该软组织结构的正式名称以及相关的解剖学描述。一些作者描述了一些结构例如：前外侧韧带；外侧副韧带前斜束；外侧关节囊韧带；中1/3关节囊韧带髂胫束；或者以上提到的结构的复合结构引起的“Segond”骨折。最近，“Claes”等^[27]阐述发生在胫骨的“Segond”撕脱骨折部位为前外侧韧带的足印点，“Segond”骨折为前外侧韧带引起的撕脱骨折。在“ Claes”的另外一项研究通过MRI证实“Segond”骨折与前外侧韧带相关联。进一步的研究需要大量的证据提示“Segond”撕脱骨折与前外侧韧带密切相关联。

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