后交叉韧带(PCL)损伤占门诊膝关节损伤的3%和急性外伤性膝关节积血的38%。PCL是膝关节中最强大韧带且对于维持膝关节稳定性而言必不可少,因此在创伤中,PCL损伤很少单独发生,约95%与其他韧带损伤同时发生。
图1
后交叉韧带的解剖及功能
1、后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)起自股骨内侧髁外侧面,向下后外方向走行,止于胫骨髁间棘后部,胫骨关节面后下方斜坡的凹陷处,并与外侧半月板后半角相连结(图2),长约38mm,宽约30mm,其股骨附着部的直径约是韧带中间部的2倍。PCL分为前外侧束(ALB)和后内侧束(PMB)。
PCL是膝关节最强大的韧带,其强度约为前交叉韧带的2倍,这与其股骨较大附着面积有关;PCL提供限制胫骨相对股骨向后滑移的95%的限制力,同时膝关节PCL具有控制胫骨旋转和内翻的作用。
PCL损伤后会引起膝关节的后向不稳和旋转不稳定,严重影响膝关节功能。PCL断裂后,在膝伸直位,旋转稳定性无明显改变,屈曲位则发生改变,断裂后抽屉试验移位阳性。
图2 后交叉韧带 (PCL) 的前视图(A)和后视图(B)。重点是 PCL 的前外侧束 (ALB)和后内侧束 (PMB) 的股骨和胫骨附着点以及骨性标志:滑车点、内侧弓点、束脊和香槟杯下降。ACL,前交叉韧带;aMFL,前半月板股骨韧带(Humphrey韧带);FCL,腓侧副韧带;PFL,腘腓韧带;pMFL,后半月板股骨韧带(Wrisberg 韧带);POL,后斜韧带
2、目前主流观点认为PCL可分为两束(图3),较为粗大的一束称为前外侧束 (anterolateral Bundle,ALB),较为细小的一束称为后内侧束 (posteromedial bundle,PMB),相对于股骨而言,两束的胫骨止点结合更为紧密且难以分开。
图3
Anderson等发现两束韧带的股骨止点上,ALB几乎是PMB的2倍大小,在其胫骨止点上,ALB的胫骨附着点面积约为88㎡,有一水平的骨突起将ALB与PMB分开;PMB的股骨止点附着面积在60-90㎡之间,胫骨止点附着面积为105㎡,其韧带较ALB更为致密,ALB在伸膝过程中处于松弛状态,而在半屈曲状态下达到最大张力,而PMB在伸膝和深屈膝过程中处于紧张状态,有证据表明ALB及PMB在活动过程中处于相互影响的状态,他们研究了PCL束的空间方向,并报告了屈伸膝过程中每束方向的变化阻止了另一束在约束胫骨向后运动中发挥完全优势;但Papannagari等认为两束韧带在活动过程中不产生交互作用,他们认为ALB和PMB的方向表明,在高屈曲时,ALB可能在限制外侧平移中起重要作用,而PMB可能在限制胫骨前后平移中起重要作用。
3、后交叉韧带和后纵膈的关系(图4):后纵膈位于膝关节后间室,前方与前交叉韧带内后缘延续,其后方与后关节囊相连。SS:前后交叉韧带隔膜;PSS:后纵膈;FP:后交叉韧带胫骨止点;M:内侧股骨髁;L:外侧股骨髁;T:胫骨平台;MM:内侧半月板
图4
三、后交叉韧带的损伤机制
据报道PCL损伤多数病例属于复合型损伤。屈膝时胫骨上端受到直接向后的暴力是最常见的损伤机制,且多属单纯型PCL损伤。例如摩托车手胫骨结节撞击仪表盘造成后交叉韧带损伤,即所谓的“仪表盘损伤”。
图5
另外,过伸也能引起PCL损伤,如跳远落沙坑时的动作。常首先表现为ACL撕裂,继而发展为PCL、后关节囊损伤,大多伴有半月板损伤。
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四、后交叉韧带损伤诊断
1.体格检查
急性PCL损伤也多表现为膝关节损伤的常见症状,如疼痛、关节肿胀、功能障碍等;陈旧性PCL损伤,如邻近结构不能代偿并发关节不稳,可出现上下楼及上下坡困难。急性PCL损伤因疼痛、关节积液、肌肉痉挛,往往很难发现阳性体征。临床对于PCL损伤的体检方法有以下几种:(1)后抽屉试验:患者平卧位屈膝90°屈髋45°,检查者在固定患者骨盆和足部的前提下,在旋转中立位、外旋15°和内旋30°的三种体位下前后推拉胫骨近端(见图7)。有时后抽屉试验阳性会被误认为前抽屉试验阳性,因PCL损伤后在自然体位下胫骨近端后沉,以此为起点作后抽屉试验阳性会造成前抽屉试验阳性的假象,因此检查时应对比双侧胫骨结节隆起的高度。
图7
后抽屉试验分度:Ⅰ度:胫骨后移0-5mm,胫骨平台仍位于股骨内髁前方(图B)。、Ⅱ度:胫骨后移6-10mm,胫骨平台和股骨内髁齐平(图C)。Ⅲ度:胫骨后移>10mm,胫骨平台位于股骨内髁的后方(图D)。
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(2)股四头肌动力试验:PCL损伤患者,仰卧位屈膝90°可以发现胫骨上端明显的后移,出现下陷征。这时让患者主动收缩股四头肌,在伸膝的起始阶段可见后移的胫骨近端的向前移动。但是,在急性损伤时可不出现此征。
(3)反Lachman试验:患者屈膝30°时,检查者一手抓住股骨下端,一手抓住胫骨上端,向后推压,使其向后移位,如有超过健侧向后移位即为阳性。由于急性损伤的患者大多能耐受30°的屈膝,或者麻醉状态下(见图9),该试验可应用于急性期。
图9
(4)胫骨后沉试验:患者屈膝90°放松,检查者从膝关节侧面观察,胫骨前缘出现低于股骨髁前缘或低于健侧膝关节产生后沉的现象即为阳性,提示后交叉韧带损伤。
图10
(5)台阶征:屈膝90°,患者内侧胫骨平台相对于其股骨内髁失去正常1cm的台阶状前凸为阳性,提示后交叉韧带损伤。
图11
2.影像学检查
平片可以显示PCL撕脱骨折,若是韧带的纤维断裂,单纯的膝关节正侧位片常不能显示,此时需拍摄膝屈曲90°和屈曲20°的向后应力片。一般认为胫骨后缘至股骨后缘的距离达5mm时可以诊断为后交叉韧带损伤。
图12
MRI是PCL损伤诊断行之有效的手段,当怀疑PCL损伤而体检不确定时可以作MRI检查,MRI表现为PCL消失、变细、不连续、水肿增粗和信号异常(图13)。
图13
PCL损伤美国运动医学联合会将韧带损伤的严重程度分为3度:Ⅰ度:极少部分韧带纤维撕裂,伴有局部疼痛,无不稳定;Ⅱ度:较多的韧带纤维撕裂,伴有一定的功能丧失和关节反应;Ⅲ度:韧带完全断裂,伴有明显的关节不稳。
此外,它对整个膝关节组织损伤情况可以全面评价。关节镜被认为是诊断关节内组织损伤的“金标准”。但即使在直视下,也难以完全准确地评价韧带结构的完整性。总之,PCL损伤的诊断,主要依据临床表现,并结合一定的辅助检查,其中以MRI和关节镜的诊断价值较大。
五、治疗
与前交叉韧带 (ACL) 不同,PCL具有自然愈合能力,但许多关于非手术治疗的研究发现膝关节存在一定程度的残余松弛。对于单纯PCL损伤的治疗,以前学者们大多认为非手术而积极的股四头肌锻炼可恢复膝关节的稳定性,现在越来越多的研究支持对急性单纯性PCL损伤的早期修复或重建。
1.急性损伤的治疗
(1)保守治疗:保守治疗主要强调的是早期运动和积极的康复训练。用长腿石膏托功能位外固定4~6周,急性PCL损伤的患者在受伤后的第1周,表现为疼痛、关节肿胀和活动障碍,可应用冷敷、膝关节包扎及制动等来减少关节内的出血。
在疼痛和肿胀消退后,开始关节活动以及针对下肢肌肉力量的训练,特别是恢复股四头肌的肌力。许多研究认为,采用特殊设备和方法进行膝关节本体反射训练,增加膝周围肌肉的张力与反应,可达到良好的功能恢复。
图14
(2)手术修复:对于PCL撕脱性骨折的病例,在伤后3周内尽早进行手术复位内固定,可在关节镜下或以内外联合的手术方法,用粗丝线或钢丝作起止点修复。对于韧带纤维断裂的病例,Mariani等研究认为修复术后的交叉韧带,难以维持一个具有完全活动度的稳定膝关节。
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(3)韧带重建:韧带重建包括静力重建和动力重建,急性损伤多采用静力重建。PCL的静力重建方式包括前束的解剖重建、PCL的等长重建、后交叉韧带前束和后束的联合重建、多束的后交叉韧带重建等。韧带重建的材料来源主要有:自体组织,包括骨-髌腱-骨、半腱肌腱、腘绳肌腱和阔筋膜等;异体组织移植及人工材料。
由于PCL的解剖结构和损伤的复杂性,在考虑PCL-R时对特定的手术技术没有达成共识。许多生物力学和临床研究工作已经使技术的发展侧重于自然膝关节运动学的解剖学恢复。不同重建技术之间的差异主要取决于隧道放置、移植物选择、移植物定位和固定以及关节镜或开放手术方法的选择。
单双束重建
虽然研究已报道,单束(SB)和双束(DB)PCL-R都改善膝关节运动学,生物力学结果最近表明DB PCL-R更接近近似韧带的天然状态。但大量基础研究通过模拟单束重建和双束重建,对比术后膝关节稳定性、韧带的张力变化以及施加负荷后韧带变形情况,结果表明双束重建在解剖和生物力学方面更接近正常的PCL。
Race 对单束等长重建、单束解剖重建和双束解剖重建进行比较,结果发现等长重建后伸膝时移植物过分紧张,而屈膝时又松弛;单束解剖重建术重建了ALB,屈曲60°时,移植物能发挥正常作用,90°~130°时松弛;双束重建才能在整个活动过程中维持膝关节的松紧度。双束重建手术能更加精确地模仿PCL的两束,能恢复在各个屈膝角度时的正常活动。
PCL的特殊结构与膝关节复杂运动相适应,膝关节屈伸并非简单的铰链运动,是由一系列多轴心三维运动组成,屈伸活动时横轴不断变化,轴心活动曲线呈“J”形。因此,单束重建PCL 仅能保持膝关节某一位置的稳定性。
但也有学者得出了相反的结论。Bergfeld 通过生物力学研究发现,PCL 的双束重建较单束重建无任何优势。Wang等研究发现双束重建和单束重建在术后功能评分、韧带松弛度等方面无明显差异。2008年Whiddon等也采用inlay技术比较了单束、双束PCL重建效果。认为对单纯PCL损伤膝,双束较单束重建在屈膝30°时过度限制了膝外旋,而没有进一步减少胫骨后移,这种过度限制可能是导致骨关节炎的一个危险因素。
单束重建在临床上能取得成功,可能因为单束重建模拟的是ALB,而ALB是PCL的主要功能部分,还可能是因为PCL损伤往往还残留有部分或全部后外侧束纤维和板股后韧带,它们对单束重建有重要的加强作用。目前关于双束重建和单束重建仍有较大争议,双束重建是否就是理想的重建方法,尚有待进一步临床研究证实。
图16 经胫骨和胫骨嵌体后交叉韧带重建技术的示意图。单束(a)和双束(b)经胫骨技术(右膝,前视图)。单束(c)和双束(d)胫骨嵌体技术(右膝,后视图)
双束重建隧道定位
PCL双束重建中一般采用单胫骨骨道或胫骨嵌入技术(inlay技术),与PCL解剖情况差别明显。为了更好的解剖重建PCL,提高重建效果,学者开始提出PCL双束4骨隧道重建,即将ALB与PMB胫骨隧道分开。
由于PCL中每束纤维在屈伸膝过程中都有各自的紧张模式,将骨隧道定位于原止点内很重要,既可以复制原韧带的紧张模式,又可以在恢复原韧带的作用。现在常用的胫骨双隧道的位置主要有两种,ALB和PMB分别呈上下位或水平位分布。
股骨隧道的位置较多,有研究将AL束隧道定位于1:00,PM束隧道定位于2:30。另有研究则将AL束隧道定位于1:00,PM束定位于3:00~4:00。还有报道将AL束隧道定位于11:00,PM束隧道定位于9:00。
等长重建
PCL等长重建是指移植物两端的固定点间的距离在膝关节活动中保持恒定,以避免术后因受到不同张力被过度拉伸而松弛或两端固定失败。其优点是允许术后早期的关节活动,以避免长时间的关节制动对膝关节造成的黏连、活动度丧失,以及软骨退变等不良影响,使术后康复时间大为缩短。
学者们研究正常成人的新鲜膝关节标本发现,绝对等长点实际上并不存在,但都发现了使移植物长度变化最小的点,即近似等长点。被广泛用作交叉韧带重建移植物的髌腱和跟腱,其胶原纤维在出现断裂以前具有15%的弹性,在游离移植后的变性修复过程中,虽有所下降,但仍可保留部分弹性及机械强度。研究表明,影响等长的决定因素是PCL 股骨附着部上的各点,胫骨附着点影响甚微,这一结果已得到普遍认同。
但学者们对股骨等长点的位置的研究结果差异较大。Kurosawa 将PCL分为前、中、后3束,测试发现中束最等长,前、后两束均不等长。而Covey采用与Kurosawa相似的方法将PCL分为前、中、后纵、后斜4 束,发现后纵、后斜两束最等长,但这两束只占整个PCL纤维的5%~15%。
由于不同学者采用的实验方法不同,对膝关节周围软组织保留情况不同,以及对膝关节所加应力状态各异,导致他们之间的结果差异较大。很多研究表明,等长点的纤维占整个PCL纤维的很小比例,在等长点重建PCL势必使大多数PCL 的纤维得不到重建而不能恢复PCL 原有的生理功能。
近年有学者提出,等长重建PCL术后效果欠佳,而非等长重建时,胫骨的运动更符合生理条件下的运动情况,移植物的机械和运动性能优于等长重建。
杀伤角效应与锐角效应
杀伤角效应:1992年在“Themeeting of the American Academy of Orthopedic Surgeons (美国关节外科学术大会) ”上, Marc Friedman 首次将PCL 移植物与胫骨隧道之间的锐角称为“killer turn”。“killer turn”对移植物的破坏作用主要表现为: 使其磨损、变细和撕裂,最终导致不可逆性的拉长; 并且单纯皮质外固定移植物的微动加重了骨道口与移植物的摩擦以及延缓了腱骨愈合。
胫骨侧“killerturn”导致移植物的松弛被认为是PCL 重建失败的重要原因之一。减小“killer turn”的方法有:Inlay 技术、建立外侧胫骨隧道、解剖固定、复合固定、保留残端重建、打磨隧道口边缘。Inlay 技术可以直接显露PCL 胫骨止点,达到解剖固定,避免transtibial技术中的“killer turn”,有更好的生物力学稳定性,神经血管损伤的危险较小。
胫骨隧道内口应在中线偏外,如在中线偏内侧,会与髁间窝内侧壁发生切割,同样易损伤韧带。Huang 等利用生物力学研究证实,将胫骨隧道由前内侧方向改为前外侧方向不仅对关节稳定性无影响,而且有效地减少了“Killer turn”的角度。
锐角效应:2003 Handy提出股骨侧移植物与骨隧道存在“critical corner ”(转角),并可以造成移植物的磨损。Patricia 将股骨隧道边缘对移植物的磨损作用称为“ actue angle effect”(锐角效应)。目前常用的两种减小锐角效应的方法是应用小号界面螺钉配合皮质外固定的复合固定技术,通过加大骨隧道与股骨髁侧壁夹角以及对于骨隧道边缘进行打磨的骨隧道技术。
2.陈旧性损伤的治疗
目前对于陈旧性PCL损伤的治疗疗效不理想,治疗方案因人而异,部分患者通过肌肉训练,可以缓解症状;保守治疗无效关节失稳者可考虑手术。但术前需明确:①不稳定的原因及程度;②患者的实际困难和对患肢功能的要求;③关节面的情况;④肌肉的条件。重建方式包括静力重建和动力重建两大类。
3.PCL-R并发症
据报道,单独和联合PCL-R的并发症发生率高达53%,可分为通常与手术相关的并发症和与PCL-R中的不同技术固有相关的并发症。PCL-R中众所周知的膝关节手术并发症包括术后血肿、手术部位感染、关节纤维化、反射性交感神经营养不良综合征、膝前痛、感觉异常、神经血管损伤、深静脉血栓形成和移植失败伴复发性疼痛和不稳定性。膝关节后部神经血管结构的医源性损伤是PCL-R中最可怕的并发症。这种情况很少见,精确的解剖知识和透视引导下90°屈膝时的胫骨隧道钻孔可能有助于预防医源性神经血管损伤。在翻修PCL-R的情况下,必须考虑疤痕形成,这可能会改变神经血管结构的自然过程。
六、康复治疗
很少有研究比较PCL缺陷患者的手术和非手术治疗;然而,已经确定的是与手术治疗相比,非手术治疗会导致明显更多的后续半月板损伤以及更高的OA发生率和更高的TKA手术率。无论是非手术治疗还是术后护理,康复方案在文献中的报道不一致。在PCL-R之后,建议在前3-6周内使用膝关节支具提供胫骨后部支撑并锁定在完全伸展位,然后进行长达6个月的功能性支具,以促进愈合并固定胫骨防止后半脱位。
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图18 Winkler PW等建议的PCL损伤的非手术和术后治疗方案。PCL后交叉韧带,PT物理治疗,PTS胫骨后支撑,ROM (ex/flex)运动范围(伸展至屈曲),w周。