荐读：最新膝关节功能概念全面解析！

众所周知，膝关节的解剖与功能关系密切。随着人类的进化，膝关节在适应着负荷和应力中进化。尽管膝关节的解剖是存在个体差异的，但是其中不变的的是它的复合功能——通过不同的结构（股骨、胫骨、髌骨和腓骨，韧带、肌腱、肌肉和关节囊）构成最佳的关节功能。只有少数解剖结构单独地对应某一种特殊功能。通常来说，任一方向的膝关节活动都是由多种解剖结构通过复杂的协同合作达成的结果。

膝关节由内侧胫股关节、外侧胫股关节、髌股关节、和近端胫腓关节构成。关节周围韧带为膝关节提供全方位的被动稳定性。在我们的日常活动中，膝盖承受了人体的绝大部分体重，并支撑我们完成大范围的屈伸、内外旋转动作。膝关节是一个滑车关节，它主要的运动是滚动、滑移以及旋转。膝关节可以向六个方向自主活动，转动的动作包括屈伸、内外旋和内外翻。通过压缩或牵引膝关节，可以在前后位、内外侧及肢体纵轴方向上产生平移运动（如图1所示）。

图1 膝关节在6个方向上的自主活动(上排：内外翻、屈伸、内外选择；下排：内外侧、前后方及肢体纵轴方向上平移运动)

与开放性手术相对比，现下大多数关节重建手术是靠关节镜的方式完成，相对而言，针孔式手术侵入式风险较低。与此同时，外科关节医生对复杂的开放性解剖学缺乏日常的可视化操作。正是因为开放性解剖学知识在我们的日常实践中已经很少提出，所以强调它对于膝盖复杂解剖学/功能变得尤为重要。这就是本文的目的——详解膝关节解剖学的系统性回顾，强调膝关节的功能的复杂性，对最新的膝功能知识做一个综述。

在膝关节中，中心枢轴是由前后交叉韧带和半月板股骨韧带构成的，如图5所示。半月板引导膝关节的旋转稳定，两个半月板均插入髁间隆起及其周围，并与前交叉韧带(ACL)和后交叉韧带(PCL)有联系。周围韧带，如内外侧副韧带，主要功能是提供被动稳定，以抵御内-外翻以及内外旋转。膝关节的运动范围由前后交叉韧带的四连杆结构的方向决定，即前后交叉韧带的的股骨止点（前交叉韧带为双束双止点，后交叉韧带为单束单止点），如图2所示。通常情况下，曲线是修复或重建撕裂韧带时必须考虑的最重要的生物力学原理。对于每个膝关节，所有修复或重建的韧带都需要在曲线的理想路径上，否则它们将会断裂或拉长。为了更好地理解等长和不等长的概念，必须这两个概念进行简要地解释。当韧带在膝关节屈伸过程中不改变其长度时，定义为等长。而相反的结果，则定义为不等长。ACL的核心概念便是关节屈伸过程中是等长的，等长的概念如图2所示。因此，ACL的非解剖止点重建会导致ACL张力增加和长度改变。在长度变化过大的情况下，ACL重建会出现失败。

图2 ACL止点位置的等距概念：ACL止点靠前（a），则在屈曲40°时太松（b），在屈曲120°(c)时太紧，因此，非等距重建容易造成失败。

膝关节的人体解剖遵循这些生物力学原则。因此，这为膝关节损伤结构的外科重建奠定了基础。在过去，我们已经了解了膝关节重建失败的原因，最主要的原因是非解剖外科重建。解剖重建是膝关节手术的关键。只有当外科医生知道什么是正常的解剖结构时，受损的膝关节的解剖结构才能够顺利重建。膝关节的解剖是膝关节功能的基础，因此，我们旨在对膝关节的相关解剖进行描述，并对膝关节的复杂功能进行详细的运动学解释。

膝关节中枢轴系统

ACL的撕裂破坏了四杆机构系统并扰乱了滚动滑动机制。在前交叉韧带撕裂的情况下，股骨髁向后滚动的距离太大，然后突然地校正、向前弹入正常的生理位置。显然，枢轴移位试验表明，前交叉韧带不完整时会导致胫骨向前半脱位的发生。在膝关节屈曲的早期，胫骨前外侧象限通过内旋转和外翻力量向前移动，当膝关节屈曲至20°-40°时，胫骨的复位是由髂胫束引导的。1977年Müller首次给出了枢轴位移的运动学解释。当理解膝关节交叉韧带的四连杆系统的关系时，可以更好地解释中枢轴运动机制。最近，枢轴运动机制被认为可以代表前外侧关节囊（新命名为前外侧韧带）的损伤。

在过去的几年中，前交叉韧带（ACL）的解剖被重新认识。ACL的横截面形状被认为是“不规则”的，而不是圆形、椭圆形或任何其他简单的几何形状。形状随膝关节屈曲角度的变化而变化。从运动学上讲，前内侧束（AM）在膝关节屈曲期间是紧张的，后外侧束（PL）在膝关节伸展和膝关节内旋转期间是紧张的。前交叉韧带的股骨插入部位为半月形。它显示的附着处长度为13-25mm，宽度为6-13mm。但是，也有其他的学者发现ACL附着点是圆形或椭圆形。现在，ACL的双束问题仍然是存在争论的。最近一项由等人进行的MRI和尸体解剖研究，结果未显示明显的ACL束状结构。这项详细的解剖学研究发现了ACL从股骨止点到ACL中段是呈带状结构的。在距离股骨止点2~3 mm处，前交叉韧带呈带状结构且AM和PL束之间没有明显的界限。

尚需解决的问题是，“解剖上到底ACL有多少束？”一束？两束？三束？在临床上，这个问题很重要，因为只有了解胶原纤维的复杂结构及其功能，ACL的功能才能被更好地重建。在经历了短暂的非解剖重建前交叉韧带手术时代之后，双束重建已经从单纯的技术上的考虑转向解剖学上的考虑。然而，ACL的解剖仍然存在一定程度上的简化。ACL有两个甚至三个功能主束：前内侧束( ，AM)、后外侧束( ，PL)和中间束( ，IM)。这些束的命名与它们的胫骨止点位置有关。

但是，等学者持不同的观点，他们的研究发现ACL是6-10束或多束的。前交叉韧带(ACL)向股骨和胫骨止点方向呈散开状，这意味着ACL在中点处较窄，在股骨、胫骨止点附近较宽。和O‘Brien等学者研究了前交叉韧带(ACL)轨迹在膝关节伸直和屈曲过程中的长度变化规律。他们概述了一种渐进式的韧带纤维募集方式。在膝关节屈曲时，ACL的位置几乎是水平的，当力臂较长，较少的纤维被募集于限制胫骨前移。在膝关节伸直时，ACL更垂直，它的力臂更长，几乎所有的纤维都被招募，用于限制胫骨前移(如图3，4所示)。这一结果很重要，因为ACL的长度随膝关节屈曲角度的不同而变化，这意味着它在大多数情况下不是等距的。在此研究结果的基础上，我们可以推测，在进行ACL重建时即使股骨隧道稍有变化，也可能对ACL的长度和张力有很大的影响（如图5所示)。

图3 膝关节屈曲-伸直时ACL和PCL对纤维束的募集（ACL在伸直时募集更多的纤维，PCL在屈曲时募集更多的纤维）

图4 ACL的胫骨、股骨处附着点

图5 中枢轴系统

显然，ACL的非等距和多束结构是ACL重建的关键因素。最优的ACL重建应从运动学、生物学和解剖学三个方面恢复ACL的功能。在刚开展前交叉韧带重建时，我们尝试进行解剖的单束前交叉韧带重建，并在20年内没有改变这一技术。十年前，我们将这项技术改良为采用自体骨-髌腱-骨移植的双切口来解剖重建前交叉韧带。尽管重建方式改变了，但是隧道的位置始终是解剖上的位置，从未改变。

研究后交叉韧带(PCL)的试验较ACL少，但上述原则也适用于PCL。PCL是膝关节最强大的韧带，由多束组成，多数作者认为有2-3束：前外侧束(ALB)、后内侧束(PMB)和中间束。然而，又一次，等学者发现PCL可能是6-10束或多束结构。PCL的长度和宽度均大于ACL。PCL是限制胫骨后移的主要结构，其次是限制胫骨外旋转。PCL的前外侧束(ALB)、后内侧束(PMB)在膝关节屈曲过程中具有限制胫骨后移的稳定功能。虽然ALB对膝关节在15°~90°的活动范围内，起主要的限制胫骨后移的作用，但是PMB在其中也起到辅助作用。PCL还在膝关节全活动范围内起到限制胫骨内旋转的作用。当膝关节屈曲超过90°时，后交叉韧带对限制胫骨内、外旋转起到重要的作用。

半 月 板

半月板在胫骨平台上一个可移动的结构，以适应股骨髁部的滚动、滑动和旋转运动。股骨髁和胫骨平台的吻合间隙由内侧半月板和外侧半月板来填充。两个半月板都固定在周围包膜上，前后角固定在胫骨平台。在关节囊上，有着大量对本体感觉很重要的游离神经末梢。内、外侧半月板的两个前角与横韧带相连，横韧带最终与髌腱相连。此外，内侧半月板还与内侧副韧带相连。内侧半月板后角被固定在后斜韧带(POL)。外侧半月板也是动态活动的，腘肌的肌腱广泛地与外侧半月板后角相连。当膝关节屈曲时，腘肌将外侧半月板拉向后方。

在膝关节屈曲过程中，股骨髁与胫骨平台的接触点向后移动。同时，半月板随着股骨髁和胫骨平台接触点的变化而活动，内侧半月板向后移动6mm，外侧半月板向后移动12mm。此外，膝关节屈曲过程中，两个半月板均存在形变，外侧半月板较内侧半月板形变更加剧烈。根据的观点，可以将影响半月板运动的因素分为主动因素和被动因素。影响半月板活动的被动因素是半月板在膝关节屈曲-伸直过程中受到股骨髁的向前、向后推动。主动因素有：伸膝时，半月板被连接髌骨和横韧带的纤维牵拉向前方，同时，半月板股韧带也向前牵拉半月板；屈膝时，半膜肌肌腱向后方牵拉内侧半月板，外侧半月板受到腘肌的牵拉向后方移动。半月板与胫股关节也存在耦合运动，当胫骨外旋时，外侧半月板受到向前的牵拉，内侧半月板受到向后的牵拉；胫骨内旋转时，外侧半月板受到向后的牵拉，内侧半月板受到向前的牵拉。

上述半月板的耦合运动解释了半月板在旋转运动中的脆弱性，外侧半月板的活动度明显高于内侧半月板。一方面，这是由较高的内侧半月板撕裂率反映出来的，因为固定的半月板不能很好地代偿旋转和牵拉的受力，另一方面，膝关节外侧间室相对于内侧间室而言，是移动度更大的膝关节间室，外侧半月板切除比内侧半月板切除的并发症更大，常常加剧骨关节炎进展。此外，外侧半月板部分切除术后的短期预后也较差。根据最近的一项研究，一名优秀足球运动员重返赛场的时间是在外侧半月板部分切除后7周，而在内侧半月板部分切除后5周。相较于外侧半月板部分切除术，接受内侧半月板部分切除术的运动员重返赛场的几率要高出5.99倍。

膝关节内、外侧间室

稳定间室和活动间室

内侧间室处在膝关节两根最强的韧带后交叉韧带（PCL）和内侧副韧带之间，被牢牢的限制住，是稳定性最高的膝关节间室。内侧间室的旋转偏移较小，内、外旋转轴都位于内侧室中。当膝关节伸直、胫骨外旋时，内侧副韧带(MCL)紧张；当膝关节屈曲、内旋时，内侧副韧带松弛。

与膝关节内侧间室不同，外侧间室可称为活动的间室。这是由于旋转轴是以内侧间室为基础的。因此，外侧间室没有明显的韧带限制其活动，它直接毗邻胫骨和股骨。外侧副韧带(LCL)从股骨延伸到腓骨，因为胫骨近端关节需要在膝关节屈伸过程中活动，所以外侧副韧带同样需要改变长度从而适应膝关节的屈伸。腘肌在稳定外侧间室上发挥重要作用，它有三个肌腱束作为一个主要的静态结构限制胫骨的向外旋转。第一条腱束，由半月板上方和下方的滑膜组成，也称为腘肌-半月板纤维束，直接附着于外侧半月板的后臂。第二条腱束为腘腓韧带，它连接腓骨头和腘肌腱。它是腘肌中最厚的部分。第三条腱束从LCL下方延伸到其止点，位于股骨LCL止点的远端。腘腓韧带的撕裂会增腘肌的旋转自由度减弱其限制胫骨外旋的作用，胫骨外旋活动度增加1cm。髂胫束(ITT)附着在Gerdy结节上，起着膝关节前外侧稳定器的作用(如图6所示)。最近，人们重新认识到前纵韧带（ALL）的重要性，然而，其明确的功能和解剖描述一直是模糊和不一致的。主流的意见为ALL起源于股骨外上髁，位于腘肌止点的近端、后方。它连接外侧半月板，止点距离胫股关节面5mm、Gerdy结节后方。在膝关节屈曲并且内旋胫骨平台时，ALL处于最紧绷的状态。因此，ALL的作用是限制胫骨内旋。

图6 髂胫束（ITT）

总 结

这种对复杂膝关节功能的回顾是了解复杂膝关节功能的一种方法。到目前为止，已有大量的科学数据和解剖学信息得到研究，但我们必须将这些知识应用于外科手术中，以期获得更好的手术效果。