离体生物力学试验与运动医学查体之间常出现一组看似矛盾的现象:在保留髂胫束的无约束六自由度试验台上对膝关节单独施加5 N·m内旋力矩,孤立切断前交叉韧带(ACL)往往不会在任何屈膝角度引起具有统计学显著性的单纯胫骨内旋角增大[1,2],即便在特定胫骨固定装置下于屈膝30°测得统计学显著的旋转增幅,其骨针导航内、外旋均值增量也仅约2°–4°[3];而在球场急停变向或查体台行轴移试验(pivot-shift test)时,ACL断裂膝却可表现为明显的外侧胫骨平台前向半脱位与屈膝瞬间的弹响复位[4]。把膝关节“旋转稳定”简单等同于绕胫骨纵轴的单纯内旋度数增减,既无法解释孤立ACL断裂为何诱发典型轴移,也容易混淆查体阴性与阳性背后的力学状态:单纯轴向内旋角、外侧胫骨平台前向半脱位与连续屈膝中的轴移复位本属三种不同的物理运动,ACL在其中发挥的作用直接取决于外力组合、试验约束条件与屈膝角度。
一、轴向内旋、外侧平台前移与轴移复位的运动学区分
在膝关节三维运动学中,所有骨性运动均以胫骨相对于股骨的位置和姿态变化来定义[4]。临床交流中常被笼统称为“旋转不稳”的现象,实际包含三个不能互相替代的运动学量:
单纯轴向内旋角(isolated axial internal rotation)是指在规定屈膝角度下施加单纯内旋力矩时,胫骨绕其自身纵轴向内旋转的角度(单位:°)[1,2],反映膝关节抵抗单一水平面扭转力矩的限位幅度。
外侧胫骨平台前向半脱位(anterior subluxation of the lateral tibial plateau)是指外侧胫骨间室相对于股骨外侧髁向前滑移的线位移(单位:mm)[2,4]。在内外侧双间室共同构成的膝关节中,轴向内旋与间室前移在复合加载下并不按固定比例同步增减:当外侧平台前移大于内侧平台时,几何上表现为前移伴随内旋;当外加前向剪切力使内侧间室前移幅度更大时,外侧平台虽已发生明显前向半脱位,胫骨净内旋角反而可能较完整受载状态减小[2]。
Noyes等对组1共7具男性尸体膝(平均57 ± 18岁,范围24–79岁)采用六自由度机器人施加四自由度载荷,展示了轴向旋转角与间室位移的分离[2]。在屈膝25°、60°、90°单独施加5 N·m内旋力矩时(原文表3),切断ACL后胫骨单纯内旋角相对完整膝变化0.6°(95%置信区间[CI] −0.3°至1.4°)、0.0°(−0.1°至0.2°)与0.0°(−0.2°至0.2°)。在同一批标本于膝屈伸运动中施加100 N前向力、7 N·m外翻力矩与5 N·m内旋力矩并在屈膝25°取值(模拟轴移1,原文表2)时,切断ACL使外侧间室前移增加5.8 mm(95% CI 3.7–7.9 mm)、内侧间室前移增加8.3 mm(4.5–12.2 mm),胫骨净内旋角相对完整受载膝变化−4.0°(−7.9°至−0.1°);改用1 N·m内旋力矩(模拟轴移2)时,外侧与内侧间室前移分别增加8.8 mm(3.9–13.7 mm)和11.8 mm(6.8–16.9 mm),净内旋角变化−4.6°(−8.9°至−0.2°)[2]。由于100 N前向力在ACL缺失后同时拉动内侧平台大幅前移,单看内旋度数变化会漏掉外侧间室的前向半脱位,还可能因净内旋角变化呈负值而误判旋转方向。
轴移复位过程(pivot-shift reduction event)则是近伸直位外侧平台前向半脱位在屈膝加深时突然向后回移并伴随胫骨外旋的两阶段动态转换,全过程并非内旋角度随屈膝持续增大[4]。Naendrup等使用六自由度电磁追踪系统(位移精度0.5 mm、角度精度0.5°),记录25名不同资历临床人员(5类人员各5名,每人20次)及1名资深骨科医师(每具膝10次、共20次)在2具新鲜冷冻全下肢尸体标本上完成的520次徒手轴移操作[4]。两具标本均经关节镜下ACL切断联合外侧半月板切除制备(标本1呈粗大弹响的高度松弛,标本2呈滑移感低度松弛),属于2具合并损伤标本上的无肌肉抵抗重复手法记录,不能代表520例患者或孤立ACL断裂人群[4]。
实测六自由度曲线与原文表1区分了半脱位与复位两个运动阶段:近伸直位施加内旋与外翻应力时,外侧胫骨平台处于股骨外侧髁前方的半脱位位置;在筛入分析的阳性试验中,持续屈膝至34.9° ± 9.1°(高松弛标本)与34.7° ± 7.8°(低松弛标本)时启动急剧复位,外侧间室在平均0.18 s内向后回移(复位位移分别为17.3 ± 8.8 mm与8.8 ± 10.5 mm),并伴随胫骨外旋(分别为−19.3° ± 7.9°与−10.0° ± 9.2°)及内翻回摆[4]。按该文背景引述的经典机制解释(该实验本身未直接测量髂胫束张力或空间路径),复位发生需要检查者在屈膝过程中同步释放外翻与内旋应力,使髂胫束的被动向后牵拉引导外侧胫骨平台归位[4]。因此,手下感知的轴移“弹响”对应外侧平台向后滑回伴外旋的复位过程;上述约35°与0.18 s仅为两具合并损伤标本筛入试验的汇总值,并非临床固定不变的角度或时间常数,各自由度间的强相关性也主要反映同一复位运动内部的几何协同变化[4]。
原文成功试验判定阈值量纲矛盾:Naendrup等在方法部分“Quantitative criteria...”段规定,仅当外侧间室最大与最小前移之差大于全部外侧间室前移数值“标准差的平方根”(square root of the standard deviation)时,才将该次操作判为成功轴移试验。前移差值的单位为mm,标准差平方根的单位为毫米的平方根(√mm),两者量纲不一致;原文未公开分析代码,无法确认程序实际执行的筛选公式,也不宜自行改写为方差的平方根。由于筛入分析的201次阳性试验及其起点角度、持续时间等定量汇总均依赖该筛选步骤,这些具体汇总数值及所谓试验“成功率”(54%、30%、总体40%)不能作为徒手操作统一标准或临床诊断效能指标;该研究实测曲线所展示的近伸直前向半脱位与屈膝后移伴外旋复位的物理运动方向仍可采用[4]。
从解剖位置与受力几何看,ACL自股骨外侧髁内侧面斜向前、向内、向远端止于胫骨髁间前区。就绕胫骨中央纵轴的旋转力臂而言,位于关节中央的ACL在屈膝30°及以上确比分布在旋转轴外侧的髂胫束深浅层及前外侧关节囊短得多[1,5],但不能由“轴向旋转力臂短”推出ACL不参与旋转稳定:
第一点,在完全伸直位(0°),ACL部分纤维束处于受载张紧状态且斜行跨过关节中心,可直接分担单纯内旋力矩。Willinger等的六自由度机器人试验显示,0°时ACL对5 N·m单纯内旋的抗力矩贡献最高达16%(图2标P < .05)[1];Kittl等的ACL完整膝机器人队列(8具膝)中,0°承受5 N·m单纯内旋时唯有ACL单项抗力矩贡献达到统计学显著性(19.7% ± 7.9%,P < .01)[5]。
第二点,前外侧旋转不稳的前提是近伸直位外侧胫骨平台相对股骨外侧髁发生前向半脱位[1,2,4]。外侧胫骨平台矢状面呈微凸或平坦形态,近伸直位承受外翻压缩与内旋力矩时,胫股外侧关节面接触几何会产生促使外侧平台向前滑移的剪切分量;ACL作为限制胫骨前移的首要被动约束结构(见1.5章),在0°至中低屈膝角直接限制胫骨平台前向滑移[1,2,6]。ACL一旦断裂,近伸直位前向被动主约束丧失,外侧平台容易在内旋与外翻复合负荷下发生前向半脱位,继而在屈膝过程中出现复位错动[1,4]。
二、加载条件、屈膝角度与测量指标如何决定观察到的作用
不同旋转生物力学研究报告的数值常相差悬殊。除标本与组织处理差异外,主要原因在于各项实验测量的并非同一力学量,实验室“模拟轴移”的加载控制也不同于床旁动态轴移检查。
离体试验评价韧带旋转作用主要采用三类不可直接换算的指标:
- 原位力或直接测得的韧带合力(单位:N):在完整膝或重建膝承受外部载荷时,通过胫骨止点隔离骨帽测力计[6]、移植物力传感器[2]或六自由度机器人路径重放[7,8],测量整条ACL、各束或移植物承受的拉力。它反映特定姿势与载荷下的受载水平,不直接给出切断该韧带后的自由位移或旋转增量。
- 复现基线运动路径的抗力或抗力矩贡献比(单位:%):先由六自由度机器人在给定载荷下记录基线三维运动路径,序贯切断目标结构后重放同一骨性路径,根据切断前后的力(N)或力矩(N·m)变化计算百分比[1,5,9]。各研究的分母定义并不统一,不能一概理解为“所有切断组织抗力之和”:Kittl等以ACL完整或ACL缺失相应初始参考状态的基线力或力矩为分母(第349页)[5];Parsons等将各韧带原位力矢量模除以初始准备状态完整力矢量模,并在第672页说明各结构百分比合计不等于100%[9];Willinger等第1139页图2报告的四项结构抗内旋力矩百分比同样不合计为100%(方法部分未规定四项归一化公式)[1]。这类百分比只代表特定基线路径下的抗力或抗力矩比例,不同于允许关节自由移位时的松弛度变化。
- 恒定外载下的自由松弛增量(单位:mm或°):切断目标结构后重新施加相同外力(N)或力矩(N·m),允许胫骨移动至新的平衡位置,测量前移毫米数或旋转度数的增幅[1,2]。由于关节软组织载荷—位移曲线呈非线性,切断一项在基线路径下分担15%–20%抗力矩的结构后,若其余协同结构随即张紧受载,自由旋转增量可能不足1°–2°;而在序贯切断模型中,切断主要前向约束或继续切断最后一项并联外侧约束时,均可观察到自由位移或旋转角明显增大[1]。
实验室“模拟轴移”与临床徒手轴移同样需要区分。临床轴移试验在近伸直位诱发半脱位后连续屈膝,观察外侧平台向后外旋的快速弹响复位[4];而实验室方案受夹具和控制模式限制,普遍缺乏体重轴向压缩、主动肌群收缩及髂胫束近端动态牵拉,且未将临床弹响复位时程或复位加速度作为检验终点[1,2,5,7,8]。Kittl等仅在屈膝15°、30°、45°定角施加8 N·m外翻力矩加4 N·m内旋力矩(未测0°、无外源前向力),只统计峰值外翻时抵抗4 N·m内旋力矩的降幅比例[5];Willinger等在光学运动学架上作0°–100°被动屈伸并施加5 N·m内旋力矩加8 N·m外翻力矩(无外源前向力、胫骨垂直悬吊),记录各角度准静态前移与内旋包络线[1];Noyes等则在膝屈伸运动中施加100 N前向力、7 N·m外翻力矩与5或1 N·m内旋力矩,仅在屈膝25°提取并报告间室位移与旋转值[2]。因此,实验室“模拟轴移”测得的毫米数或度数不能直接等同于临床轴移分度。
真实徒手轴移操作中检查者施加的外载构成与耦联运动顺序,在两项离体传感器与运动学研究中得到了直接记录[10,11]。Marom等在3具半骨盆至足趾完整的ACL切断全下肢标本上,由3名资深运动医学骨科医师执行徒手轴移试验(每名检查者对每具标本分析后4次操作),利用胫骨远端六轴力—力矩传感器结合光学运动捕捉与逆动力学,计算外侧间室最大前向半脱位(即将发生复位前瞬间)的关节载荷:在这一3具标本、3名检查者的描述性样本中,轴向压缩力平均达95 ± 15 N(95% CI 85–100 N),显著大于外加前向力(21 ± 27 N,95% CI 3–39 N)与内侧力(11 ± 15 N,95% CI 1–21 N,P < .0001);外翻力矩平均达8.5 ± 2.1 N·m(95% CI 7.0–10.0 N·m),显著大于内旋力矩(2.3 ± 1.3 N·m,95% CI 1.5–3.1 N·m)与屈膝力矩(1.4 ± 1.2 N·m,95% CI 1.0–2.2 N·m,P < .0001)[10]。尽管3名医师对同一标本给出的临床轴移分度一致,且施加的轴向压缩力、外翻力矩及较小内旋力矩(<5 N·m)高度接近,但不同检查者施加的前向力存在显著差异(P ≤ .024),伴随的外侧间室复位位移(不同检查者—标本组合介于6.5至33.9 mm)与复位起始屈膝角(6.8°至39.1°)也存在较大个体间差异[10]。更早的Noyes等1991年研究则由11名膝关节外科医师(分析10名,每人取第2次代表性试验)在单具联合切断ACL与浅层内侧副韧带(sMCL)长纤维的全下肢标本上执行徒手轴移:受检膝先在屈膝15.6° ± 5.2°达到最大胫骨内旋(15.8° ± 3.6°,范围11°–24°),随后才在屈膝25.3° ± 6.3°达到最大胫骨前移(外侧平台17.2 ± 2.0 mm,中央14.2 ± 2.3 mm,内侧平台11.2 ± 3.3 mm,范围6.0–16.9 mm);且在该具ACL+sMCL联合缺失标本上,检查者诱发的内旋角越大,内侧平台前向半脱位反而越小(r = −0.791,P < .01);作者推断其可能机制是较大旋转拉紧了残余完整外周结构,从而限制内侧平台前移(该实验仅测量运动学,未直接测定外周结构张力)[11]。这两项观察分别基于3具标本与单具合并内侧损伤标本,不能将95 N压缩与8.5 N·m外翻当成普适临床载荷标准,也不能据此将诱发旋转角与内侧位移的负相关当作临床操作禁忌,但直观说明了徒手轴移以轴向压缩与外翻力矩为主导、内旋力矩温和,且外侧平台前向半脱位与轴向旋转角峰值在时相和手法依赖性上并不重合[10,11]。
Markolf等在14具新鲜冷冻尸体膝(50–78岁)上将ACL胫骨附着软骨下骨帽机械隔离并连接三自由度测力计(屈膝30°、胫骨前后行程中点偏后位置调零;0°由2.5 N·m伸膝力矩定义),允许胫骨沿长轴旋转及水平面内外翻,自90°以约10°/s手动被动伸至5°过伸连续记录整条ACL合力;因老年松质骨在高负荷下偶发骨帽机械拉脱,原文图2A与图3A实测12膝,图3B实测13膝,其余图为14膝[6]。
测量结果显示,单项外载产生的ACL合力不能直接相加预测复合加载效应,且内旋叠加效应的方向随屈膝角度反转[6]。单纯100 N前向胫骨力下,ACL平均合力在30°附近约等于外加前向力,至0°升至外加前向力的约150%;在此基础上叠加10 N·m内旋力矩(图2A,12膝),屈膝小于20°(含0°与5°过伸)时ACL合力显著高于单纯100 N前向力,20°–40°差异无统计学意义,屈膝大于40°时ACL合力反而显著低于单纯100 N前向力[6]。相反,100 N前向力叠加10 N·m外旋力矩在屈膝大于10°后显著降低ACL合力,近90°时接近零(图2B,14膝);10 N·m内旋力矩叠加10 N·m外翻力矩在屈膝10°–70°产生的ACL合力显著高于单纯10 N·m内旋力矩,近全伸位差异未达显著(图3A,12膝)[6]。这表明内旋对ACL的增载集中在近伸直伴前向剪切或中屈位伴外翻组合下;由于采用无主动肌力与地面反作用力的老年标本被动伸展,骨帽失败取决于老年松质骨强度,不能据此推导活体韧带断裂载荷阈值、受伤概率排序或术后康复安全角度。
Kittl等采用六自由度机器人路径重放法,测试18具膝并纳入16具新鲜冷冻膝(平均69岁,范围52–93岁;ACL完整组与ACL缺失组各8具),按自浅向深固定顺序依次切除浅层髂胫束及相关支持组织(sITT)、深层与囊骨性部髂胫束(dcITT)、囊外前外侧韧带(ALL)、前外侧关节囊(Cap)与ACL,以相应初始状态力矩为参考基线计算抗力矩百分比[5]。
在5 N·m单纯内旋力矩下(原文表2),ACL完整组在0°时唯有ACL提供具有统计学显著性的抗内旋力矩贡献(19.7% ± 7.9%,P < .01),至30°、60°、90°降至8.9% ± 7.7%、1.0% ± 1.5%、0.9% ± 0.8%(均不显著),抗内旋主力转为髂胫束系统(sITT与dcITT在30°、60°、90°合计占44% ± 10%、76% ± 11%、71% ± 15%)[5]。在其15°、30°、45°模拟轴移(8 N·m外翻力矩加4 N·m内旋力矩,原文表3)中,ACL完整组的ACL贡献仅报告为16.8% ± 10.9%、10.4% ± 9.9%与5.1% ± 5.6%(均不显著)[5]。这一较低数值与该方案未测0°、未加前向力、ACL排在全部前外侧组织之后最后切断以及仅统计峰值外翻下抵抗4 N·m内旋力矩的降幅有关。
Willinger等纳入22具非配对尸体膝(平均57岁,范围47–65岁),其中10具用于六自由度机器人定角路径重放(0°、30°、60°、90°),另12具用于六自由度光学运动学自由加载架(排除2具技术错误后分析10具,0°–100°被动屈伸),在同一研究内对照了抗力矩贡献与自由松弛增量[1]:
- 5 N·m单纯内旋力矩:机器人测试ACL、Kaplan纤维(KFs)、前外侧关节囊/韧带(C/ALL)与外侧半月板后根(LMPR)四项结构,ACL仅在0°提供显著抗内旋力矩贡献(最高16%,图2标P < .05),30°及以上不显著;KFs在60°与90°显著高于C/ALL,90°时KFs达44% ± 23%(P < .01)、C/ALL为14% ± 13%(P < .05)[1]。光学运动学架上,孤立切断ACL在0°–100°任何角度均未引起显著的单纯内旋角增大[1]。
- 5 N·m内旋力矩 + 8 N·m外翻力矩准静态模拟轴移:叠加8 N·m外翻力矩后,即便无外源前向力,孤立切断ACL仍在屈膝0°–50°引起显著胫骨前移增加(图5A),并在0°–40°引起小幅显著内旋增加(均值 ≤ 2°,图5B标P < .05)[1]。随后合并切断外侧结构(KFs + C/ALL + LMPR),在10°–100°进一步显著增大前移与内旋(相对孤立ACL切断状态P < .001;50°–100°内旋平均再增7°,切断KFs后可增至多5°,100°时总内旋高于完整膝8°)[1]。这说明孤立ACL切断在复合外翻—内旋下主要表现为0°–50°的前移失稳,而非大幅单纯内旋增大。
原文统计方法与结果表述矛盾(第1139页):Willinger等第1139页统计方法段声明,运动学试验中单个次级约束结构切断后的松弛增量未作统计检验、仅作描述性报告(三种次级切断顺序每亚组3或4具膝);同页结果段却写明在ACL缺失膝上单独切断KFs、C/ALL或LMPR均“未显著增加”胫骨前移。该句未经检验的“未显著增加”不能作为单一外侧结构无作用的统计学依据;已完成重复测量方差分析的整条ACL切断效应及外侧结构合并切断效应仍可采用[1]。
Noyes等在15具男性尸体膝上使用六自由度机器人与四自由度加载方案评估重建及关节外固定效应[2]。该研究两组设计不同:组1(7膝,57 ± 18岁)依次测试完整膝、ACL切断、中央足印区10 mm单束骨—髌腱—骨(BPTB)重建、切断ALL与髂胫束囊骨性部、手动张力髂胫束固定(屈膝10°中立旋转位施加13.3–22.2 N张力);组2(8膝,51 ± 6岁,范围42–62岁)全程保留ACL完整,仅在完整ACL膝上切断ALL/ITB后行低张力髂胫束固定(屈膝30°中立旋转位施加8.9 N张力)[2]。两组同时存在ACL状态、固定构造、固定角度与张力差异,并非单纯固定张力的随机对照。
组1在膝屈伸加载、屈膝25°取值的两种模拟轴移下,中央BPTB重建将ACL切断后的外侧间室前移差值缩减至相对完整膝0.7 mm(95% CI −0.6至1.9 mm)与1.0 mm(−0.5至2.6 mm),BPTB移植物原位力分别为153.5 N(95% CI 108.0–199.0 N)与162.6 N(145.1–180.0 N)[2]。继续切断ALL与髂胫束囊骨性部后,25°模拟轴移外侧间室前移变化0.3 mm(0.1–0.5 mm)与0.1 mm(−0.3至0.6 mm),5 N·m单纯内旋在60°与90°均增加2.9°(95% CI分别为0.9°–4.8°与0.6°–5.2°);再行13.3–22.2 N手动张力髂胫束固定后,25°、60°、90°单纯内旋相对BPTB重建状态分别减少7.3°、16.1°与21.9°[2]。
这些均值结果不能简化为“BPTB重建已使全部指标恢复统计等效”。该研究以两个配对单侧t检验(TOST)评估等效性,预设界值为位移 ±2 mm、旋转 ±2°,规定P < .05方为检出统计学等效(P = .82或.99表示未能证明等效,不能按常规差异检验解释为“无差异”)。按第2688页正文所列P值,组1行BPTB重建后在25°模拟轴移下的间室前移比较(P = .07、.13、.14、.18)均未达到P < .05等效标准,25°下100 N前拉(Lachman加载)时内侧间室前移差值亦留有2.3 mm(−0.7至5.3 mm)及伴随内旋变化−4.3°(−8.6°至−0.1°)[2]。
原文摘要与正文及表格多处统计数值不一致(第2683、2688–2690、2692页):Noyes等有三组报告矛盾:(1)组1行BPTB重建后模拟轴移1的外侧间室前移差0.7 mm,第2683页摘要所列P = .70,第2688页正文所列P = .07(原文未说明何者为笔误,按原文所列两值均未满足P < .05等效标准,均值接近与统计等效成立须分别表述);(2)组2(ACL完整膝)行低张力髂胫束固定后60°单纯内旋相对完整膝差值为−4.2°(第2690页正文与第2692页表5的95% CI为−9.8°至1.4°),第2683页摘要却将4.2°的95% CI写为1.9°–6.8°(对应前一步切断ALL/ITB后增加4.3°的区间),故不能采用摘要该区间证实60°轻度过度约束;(3)第2683页摘要称手动张力固定使模拟轴移1外侧前移下降4.8 mm的95% CI为1.4–8.1 mm,第2688页表2与第2689页正文实为−8.8至−0.9 mm(幅值0.9–8.8 mm);摘要另将组1切断ALL/ITB后90°内旋增加2.9°的P值写为.99,第2688页正文所列为.82。解读时舍弃摘要中的冲突P值与错配区间,采用正文与原表均值说明间室位移与单纯内旋角的分离及该零时点模型的受载表现[2]。
与Willinger等[1]和Noyes等[2]在无约束六自由度系统上未检出单纯内旋角显著增大不同,Lorbach等在20具尸体膝上于屈膝30°施加5、10、15 N·m单纯内旋和外旋力矩,同步采用骨针光学导航与足踝靴式旋转计(Rotameter)测量,报告切断ACL后内、外旋角均出现统计学显著增加[3]。以直接反映胫股骨性旋转的骨针光学导航数据为准(原文第724页表1;靴式旋转计包含踝关节、距下关节及软组织顺应性):在5 N·m下,胫骨内旋角由完整状态的22.8° ± 8.0°增至后外侧束(PLB)切断后的24.5° ± 7.6°(P = .016)及整条ACL完全切除后的25.6° ± 7.5°(相对完整态P < .0001,PLB切断与完全切除间P = .145);外旋角由15.8° ± 7.6°增至18.0° ± 7.6°(P = .023)与19.6° ± 8.5°(相对完整态P < .0001);总旋转活动度由38.5° ± 9.6°增至42.5° ± 8.5°(P = .004)与45.3° ± 8.6°(相对完整态P < .0001),10 N·m与15 N·m下完全切除ACL后同样显著增加[3]。该研究与六自由度无约束试验的差异同其特定方法条件有关:原文第722页说明标本准备时“切除完整关节囊以外的全部软组织”,未交代是否保留关节囊外的髂胫束及Kaplan纤维;旋转力矩系通过固定于小腿石膏/金属杆及足靴上的手把手动施加,胫骨旋转轴受装具机械约束而非六自由度自由浮动;且固定先切PLB而未随机化切割顺序,并仅测试了屈膝30°单一角度[3]。
原文显著性判定与摘要结论前后矛盾(第721、723–725页):Lorbach等将统计显著性水准设为P ≤ .05,但第723页正文与第724页表1将5 N·m靴式旋转计(Rotameter)内旋在PLB切断后的P = .052判为具有统计学显著性;同时,第721页摘要与第725页讨论笼统声明“完全切断ACL与单纯切断PLB相比在任何加载条件下均无统计学差异”(该表述仅符合骨针导航数据),而第723–724页结果正文报告的Rotameter数据中,PLB切断与完全切断ACL在5 N·m外旋(P = .023)、5 N·m总旋转活动度(P = .022)及15 N·m总旋转活动度(P = .035)上均报告了统计学显著差异。因此不采用其靴式旋转计数据及摘要的笼统无差异表述,仅参考其骨针光学导航在屈膝30°特定约束条件下测得的旋转角变化[3]。
除内旋与前外侧旋转方向外,ACL在限制前内侧旋转不稳(anteromedial rotatory instability,AMRI)中的贡献同样高度依赖加载组合与屈膝角度。Herbst等在8具尸体膝(平均79.8岁,范围63–96岁)上采用六自由度机器人路径重放法(0°–120°),按自浅向深固定顺序依次切断缝匠肌筋膜/前内侧支持带(SF/AMR)、前内侧关节囊(AMC)、浅层内侧副韧带(sMCL)前/中/后三分之一纤维、深层内侧副韧带(dMCL)、后斜韧带(POL)与ACL[12]。在5 N·m单纯胫骨外旋力矩下,30°–120°抗外旋主力为sMCL(占25.2% ± 7.4%至36.9% ± 15.4%),0°时以SF/AMR(19.5% ± 11%)及AMC+dMCL(20% ± 11.5%)为主,ACL贡献占比很小;一旦改为134 N前向力联合5 N·m外旋力矩(模拟AMRI),ACL在近伸直与轻屈膝位成为最大约束结构(0°占43.7% ± 16.6%,P < .01;30°占50.2% ± 16.9%,P < .05),屈膝60°时与sMCL共同分担(ACL占31.2% ± 19.8%,sMCL占27.2% ± 10.4%),至屈膝90°与120°时转为sMCL占最大比例(90°为36.8% ± 16.4%,120°为28.5% ± 13.6%,且各角度内侧结构中均以sMCL前部纤维贡献最大)[12]。这说明单纯外旋力矩主要由内侧结构抵抗,而当外旋伴随前向剪切载荷时,近伸直及轻屈膝位的前向主约束仍由ACL承担(需注意该实验将sMCL纵向劈分为三束并在固定顺序最后切断ACL,束间可能存在张力传递从而影响线性叠加解释,且未测试内侧半月板切除,不能据此直接简化为未经临床验证的Slocum试验角度诊断公式)[12]。
表1 四项关键离体旋转实验的方法特征与主要方向性差异
| 研究与样本 | 加载与运动控制 | 测量指标(均无体重压缩与临床弹响测定) | ACL相关主要差异 |
|---|---|---|---|
| Markolf等 1995 [6](14膝;部分组合12–13膝) | 90°至5°过伸连续被动伸展;100 N前向力与10 N·m旋转/内外翻组合 | 隔离胫骨骨帽直接测ACL合力(N) | 前向力叠加内旋在<20°增载、>40°减载;内旋叠加外翻在10°–70°高于纯内旋 |
| Kittl等 2016 [5](16分析膝;完整与缺失各8膝) | 机器人定角5 N·m纯内旋;15°–45°外翻+内旋(未测0°,无前向力) | 重放路径相对初始状态基线的抗力矩占比(%) | 纯内旋仅0°时ACL抗力矩显著;15°–45°峰值外翻下抗内旋力矩占比不显著 |
| Willinger等 2023 [1](机器人10膝;光学架另10膝) | 机器人定角;光学架0°–100°被动屈伸测纯内旋及外翻+内旋 | 机器人抗内旋力矩占比(%);光学架自由位移/角度(mm/°) | 纯内旋仅0°抗力矩显著,自由内旋无显著增加;加外翻后0°–50°前移显著增加 |
| Noyes等 2018 [2](组1重建7膝;组2保留ACL 8膝) | 六自由度机器人四自由度屈伸加载;模拟轴移于25°取值 | 间室前移(mm)、内旋角(°)与BPTB力(N);TOST等效检验 | 切ACL后纯内旋几无变化而25°模拟轴移间室前移大增;BPTB缩减前移均值差但未达等效标准 |
三、前内侧束与后外侧束在复合旋转载荷下的协同受力
在临床与教学文献中,过去曾流行一种机械二分法,认为ACL前内侧束(AMB)专门限制胫骨前移,后外侧束(PLB)专门控制膝关节旋转及轴移。Gabriel等[7]与Wu等[8]在六自由度机器人与通用力—力矩传感器(UFS)系统上完成的原位力测量证明,这种“一束管前移、一束管旋转”的简单分工并不符合实测力学表现(关于两束解剖附着及单纯前向、肌肉载荷下的完整张力特征,分别见1.1章与1.8章)。
Gabriel等在10具新鲜冷冻膝上先记录完整膝受载下的六自由度运动路径,随后切除其余软组织保留孤立股骨—ACL—胫骨复合体,按功能分束随机先后切除股骨止点骨块并重放原路径计算原位力[7]。在10 N·m外翻力矩加5 N·m内旋力矩复合旋转载荷下(仅测试屈膝15°与30°):
- 屈膝15°(伴随前移3.7 ± 2.2 mm):整条ACL合原位力为46 ± 21 N,其中AMB为30 ± 15 N,PLB为21 ± 11 N,AMB受力显著高于PLB(P < .05)[7]。
- 屈膝30°(伴随前移5.7 ± 2.7 mm):整条ACL合原位力为43 ± 19 N,其中AMB为35 ± 16 N,PLB为14 ± 6 N,AMB受力同样显著高于PLB(P < .05)[7]。
15°时两束原位力模值的标量相加(30 N与21 N)大于整条ACL合原位力(46 N),原因在于AMB与PLB的原位力是空间方向不同的三维力矢量,矢量模值相加不等于合矢量模值;此外,作者单独记录到钝性分离两束会引起微小的束间力学干扰(60°前向加载时最大为7.8 ± 7.0 N)[7]。
原文图表角度范围、样本年龄统计及讨论扩展问题(第85–88页):Gabriel等第87页图2前向加载柱形图出现了屈膝120°数据及显著性标记,而摘要与第86页方法均只说明测试至90°,120°的加载方法未在文中交代,不能作为有效结果引用;第85–86页同时报告10具膝供体年龄为50 ± 10岁、范围46–66岁,若±10代表样本标准差,在n = 10、均数50、极值46–66条件下数学上可能的最大样本标准差约为8.43岁,三项统计量不能同时成立(原文未给出逐例年龄或±的统计定义,引用供体年龄时须注明该矛盾)。第88页讨论另称改变内旋力矩大小时上述趋势依然一致,但全文仅测试了5 N·m内旋力矩加10 N·m外翻力矩单一组合,该跨力矩扩展断言无本组数据支持;其15°与30°实测复合旋转束力结果不受影响[7]。
Wu等在8具保留膝周软组织的新鲜冷冻膝(平均55岁,范围47–60岁,男7具、女1具)上,经内侧小切口交替先后于股骨附着处切断AMB或PLB,每次逐层缝合切口后重放完整膝运动路径[8]。在相同的10 N·m外翻力矩加5 N·m内旋力矩复合旋转载荷下(原文结果文字与图4仅报告了0°和30°两个角度的数据):
- 屈膝0°:AMB原位力为59.9 ± 27.5 N,PLB为40.9 ± 23.7 N,两束共同承受高负荷且束间差异未达统计学显著性[8]。
- 屈膝30°:AMB原位力为75.5 ± 42.5 N,PLB为35.9 ± 31.4 N,AMB受力显著大于PLB(P < .05)[8]。
将两项不同实验室、不同软组织保留方式的研究合看,结论一致:在近伸直及轻屈膝位承受外翻加内旋复合载荷时,PLB确有实质性参与,但AMB全程共同分担负荷,且在15°–30°的原位力均值反而显著高于PLB[7,8]。从几何机制看,外翻合并内旋在近伸直位诱发明显的胫骨平台伴随前移(如Gabriel等测得的3.7–5.7 mm前移[7]),整条ACL胫骨止点随之向前内侧移位,AMB与PLB随该复合运动同步受载[7,8]。
这两项分束测力研究也有明确的适用范围。Wu等测得的束力绝对值高于Gabriel等,两研究在供体年龄、关节周围软组织保留方式(保留膝周软组织并缝合切口对比孤立骨—韧带复合体)、起始被动路径残余力容差(5 N / 0.5 N·m对比0.5 N / 0.2 N·m)及分束操作细节上同时不同,未在同一批标本上交叉测试,上述方案差异均可能影响测得的束力幅值。两文均重放完整膝路径测力,既未测试单束切断后的自由松弛幅度,也未涉及移植物重建,因此这组数据用于纠正“PLB专管旋转”的片面认识,不能直接充当解剖双束重建在临床旋转稳定或远期疗效上优于解剖单束重建的证据[7,8]。
单束交替切断后的自由位移测试则从位移增量的角度补充了两束的分工特征。Zantop等在10具尸体膝(53–71岁)上采用六自由度机器人交替先行切断AMB(5膝)或PLB(5膝)[13]:在134 N单纯前向力下,单独切断AMB在屈膝60°(15.9 ± 1.8 mm对比完整态7.1 ± 3.0 mm,P = .001)与90°(12.7 ± 2.0 mm对比6.7 ± 2.9 mm,P = .001)引起显著胫骨前移增加,而单独切断PLB在屈膝30°引起显著前移增加(14.9 ± 1.2 mm对比8.2 ± 1.8 mm,P = .003);在屈膝0°与30°施加10 N·m外翻加4 N·m内旋复合载荷时,单独切断PLB使胫骨前移显著增至9.8 ± 1.1 mm(0°)与11.7 ± 2.0 mm(30°)(对比完整态3.3 ± 0.9 mm与5.3 ± 1.9 mm,P = .003),而单独切断AMB后的前移(4.1 ± 1.4 mm与6.3 ± 1.0 mm,P = .08)未达统计学显著性[13]。这与Gabriel等[7]、Wu等[8]并不矛盾:在完整膝原位路径重放中,AMB与PLB共同承担0°–30°复合载荷下的高张力;而在单束切断自由移动试验中,记录的是剩余一束与外周结构允许胫骨发生多少额外毫米位移,两者测量的是不同的物理指标。
原文摘要指标表述与正文实测变量不符及亚组统计说明缺失(第223、225页):Zantop等第223页摘要称在复合旋转载荷下单独切断PLB引起“复合旋转显著增加(significant increase in combined rotation)”,但核对第225页结果正文与图3纵轴可知,该实验在10 N·m外翻加4 N·m内旋下实际测量并报告的变量为胫骨前移距离(单位:mm),全文未报告复合载荷下的旋转角度(°)变化;此外,10具标本分为5膝先切AMB、5膝先切PLB(每个单束缺失状态仅n = 5),第225页统计方法仅写明采用双因素重复测量方差分析,未说明如何处理两个n = 5非完全交叉亚组的数据结构。引用时须将该结果准确限定为复合外翻—内旋载荷下的自由胫骨前移变化[13]。
四、前交叉韧带缺失后外侧软组织、外侧半月板及胫骨平台几何的协同作用
ACL在近伸直位限制外侧胫骨平台前移并分担0°内旋力矩;一旦ACL断裂,前外侧软组织与外侧半月板的受载状态随之改变,是否合并这些结构损伤或存在特定胫骨平台后倾几何,直接影响旋转与前移松弛的幅度(前外侧复合体各解剖结构的精细附着与组织学关系详见1.7章)。
1. ACL缺失后的载荷转移与切断顺序依赖
Kittl等对ACL完整膝(8具)与ACL缺失膝(8具)的对照测量表明,失去ACL会改变伸直位抗内旋力矩的分配[5]。在屈膝0°承受5 N·m单纯内旋力矩时(原文表2),ACL完整组中深层及囊骨性部髂胫束(dcITT,涵盖股骨髁上附着、室间隔旁附着及逆行附着,即Kaplan纤维与囊骨性部系统)的抗内旋力矩占比为4.3% ± 3.9%(无统计学意义),ACL是唯一显著约束(19.7% ± 7.9%);而在ACL缺失组中,0°时dcITT的抗内旋力矩占比升至18.3% ± 11.4%(P = .027,显著高于ACL完整组,P < .01),成为0°位唯一达到个体统计学显著性的抗内旋结构[5]。
进入屈膝30°、60°、90°后,无论ACL是否完整,整个髂胫束系统(浅层sITT联合深层dcITT;其浅层切除范围包含邻近股二头肌腱膜扩张部与外侧支持带,不能等同于孤立窄束)均承担主要抗内旋力矩,在ACL缺失膝的5 N·m单纯内旋下合计占58% ± 10%(30°)、80% ± 13%(60°)与76% ± 14%(90°),在45°模拟轴移(8 N·m外翻力矩加4 N·m内旋力矩)下占72% ± 14%[5]。相比之下,位于外侧副韧带浅面的囊外ALL在ACL缺失膝单纯内旋各角度占2.3%–4.9%(0°、30°、60°、90°分别为4.4%、4.9%、2.3%、3.3%),在15°–45°模拟轴移下占2.9%–6.9%[5]。
Willinger等的光学运动学试验则从自由松弛增量展示了协同限位与切断顺序依赖[1]。在ACL切断基础上,研究者将10具膝分为三种次级结构切断顺序(每亚组3或4具膝,原文图6、图7)。尽管小亚组样本不能用于定量排序,三组曲线呈现出一致的顺序效应:在准静态模拟轴移下,当前外侧结构中尚存KFs或C/ALL任一完整约束时,切断另一项引起的松弛增幅较小;最大的前移与内旋增幅均出现在KFs(图6B、7B)或C/ALL(图6C、7C)作为最后一项前外侧约束被切断时[1]。原因在于并联软组织协同分担负荷:只要其中一组跨关节前外侧纤维保持完整,外侧胫骨平台仍受到一定程度的位移限制;当ACL与并联的前外侧深浅层结构均被切断后,该模型中的外侧前移与内旋松弛随之明显增大[1]。
2. 前外侧韧带(ALL)力学贡献争议与急性期临床影像—查体对照
围绕ALL是前外侧旋转稳定的主要还是次要约束,文献中曾出现看似对立的两极结论:Parsons等2015年的机器人研究报告5 N·m内旋下ALL在屈膝35°以上的原位力贡献比达30%–45%并超过ACL(作者随后发表回复说明测试前已反折浅层髂胫束且切开范围含深面部分外侧关节囊)[9,14],而Hohmann等2025年的系统综述则称零时点尸体研究未提供ALL显著限制胫骨前移或内旋的确凿证据[15]。
Parsons等解剖12具新鲜冷冻尸体膝,因1具膝未识别到ALL而排除(第670、672、673页),实际测试11具(来自8具遗体,平均76.3岁,范围35–92岁),在六自由度机器人上采用区组随机顺序切断ACL、外侧副韧带(LCL)与ALL,重放基线路径并将各结构原位力矢量模除以初始准备状态的完整力矢量模计算百分比(第671页;第672页说明各结构百分比合计不等于100%)[9]。在5 N·m单纯内旋力矩下(原文表4),ACL原位力占比由0°的36%、15°的35%、25°的30%随屈膝递减至35°–90°的22%–15%(60°最低为15%,90°为18%),而“ALL”占比由0°的5%升至35°的30%、45°的37%、60°的44%、75°的45%及90°的39%(在134 N前抽屉下ACL占49%–60%,ALL占1%–4%)[9]。
该研究在标本准备、切割范围与归一化计算上均不同于Kittl等[5]和Willinger等[1],直接影响跨研究比较:据Parsons等第670–671页方法及作者回复信第NP22页,力学测试前研究者将浅层髂胫束自近端反折至Gerdy结节,但明确保留其深面的囊骨性层完整,同时保留开放的内侧髌旁关节囊切口;在胫骨外侧平台水平切断ALL时,经外侧半月板下方一并切开了深面紧贴的部分外侧关节囊;贡献比则按力矢量模比值计算而非抗内旋力矩降幅比[9,14]。因此,上述30%–45%反映的是浅层髂胫束反折(保留深层囊骨性层)准备状态下、ALL连同深面部分外侧关节囊的原位力矢量模比值,不能直接等同于浅层髂胫束完好膝中孤立ALL的抗内旋力矩占比[9,14]。
原文样本识别率计算错误(第672页):Parsons等在第672页结果首句写明在“83%”的标本中识别出ALL,这与第670页方法、第671页表2、第673页讨论及图3、图4图注一致记录的“解剖12具膝、1具因未见ALL排除、11具识别出ALL并完成力学测试”(11/12 ≈ 91.7%,10/12方为83.3%)相互矛盾[9]。故不采用“83%”这一错误百分比,其11具膝实测力学数据仍可在“浅层髂胫束反折(保留深层囊骨性层)、深面部分外侧关节囊连带切开”的准备条件下用于方法学比较[9,14]。
另一端,Hohmann等2025年纳入22项尸体生物力学研究的系统综述(第4883页方法排除研究髂胫束、Kaplan纤维及外侧关节外肌腱固定术的文献;第4884与4896页说明未计算运动学总体汇总效应量)得出阴性结论[15]。尽管该文标题写为“ACL缺失膝与ACL重建膝”,其摘要与正文结论实际限定在零时点尸体测试中未见ALL在ACL完整膝与ACL重建膝中显著限制前移或内旋的确凿证据,这本身不能用来否定ACL缺失合并前外侧损伤时的协同失稳,也不能代表已被其排除在外的髂胫束与Kaplan纤维系统[15]。
系统综述原表转抄、分组归属与引文对应多处严重错误(第4886、4897–4898、4899.e1页):Hohmann等对关键原始实验的数据整理有五处严重错误:(1)第4886页表2将Parsons等实际测试的11具膝误印为41具,将屈膝45°的“45°: 37%”漏字误印为“4°: 37%”,并将该研究基于初始准备完整态路径重放测得的原位力占比误归入“ACL Deficient”(ACL缺失)栏;(2)同页表2将Kittl等2016年表2中ACL完整膝屈膝30°深层及囊骨性部髂胫束(dcITT)的25.6% ± 9.0%误记为ALL贡献“30°: 26%”(原表ALL实为11.0% ± 9.7%),且表内标注的参考文献7在第4898页文献列表中实为Kittl等2018年综述而非2016年原始实验;(3)第4897页讨论与第4899.e1页附录将Parsons等屈膝35°(30%)误写为30°,把Kittl等ACL缺失膝在0°、30°、60°、90°单纯内旋下的ALL占比(2.3%–4.9%,概括为2%–5%)错配至模拟轴移角度(15°–45°),并漏记Kittl等已完成5 N·m单纯内旋测试[5,9,15]。因此不能采用该综述对上述研究的定量转述与方案归因;其指出的尸体零时点实验普遍样本量小、供体高龄及加载方案异质性大等方法学局限仍可参考[15]。
综合原始实验[1,5,9,14]可知,前外侧软组织并非单一窄带:在髂胫束深浅层及其股骨远端附着保持完整时,屈膝30°以上的关节外抗内旋主力来自髂胫束—Kaplan纤维—囊骨性部复合系统,ALL与前外侧关节囊作为并联次级结构协同限位;在ACL缺失基础上合并深浅层前外侧约束损伤时,离体模型中的前移与内旋松弛幅度均高于孤立ACL切断状态[1,5]。
在临床急性ACL损伤队列中,术前MRI显示的Kaplan纤维或ALL信号异常却未必直接对应麻醉下轴移分度的显著升高[16,17]。Devitt等纳入267例伤后60天内行MRI检查并接受初次ACL重建的急性患者(平均伤后至MRI为5.0与3.5天,平均伤后至手术为33.4与33.2天),MRI检出Kaplan纤维损伤47例(17.6%):Kaplan纤维损伤组与完整组在麻醉下轴移分级分布上未检出统计学显著关联(P = .600;2级轴移分别为70% [33/47]与75% [165/220],3级轴移分别为6.4% [3/47]与5.0% [11/220]),但Kaplan纤维损伤与术中关节镜证实的外侧半月板撕裂显著相关(55% [26/47]对比31% [68/220],P = .010)[16]。Tokura等则在98例伤后90天内行MRI且同时可辨识ALL与Kaplan纤维的初次ACL损伤患者中(两者均无损伤43例[43.9%]、单纯ALL损伤32例[32.7%]、单纯Kaplan纤维损伤12例[12.2%]、ALL与Kaplan纤维同时损伤11例[11.2%]),于全身麻醉下采用电磁追踪系统与手法分度评估术前轴移:四组间胫骨复位加速度(分别为1.4、1.4、1.4与1.7 m/s²,P = .856)及IKDC手法轴移分级分布(P = .247)均未检出统计学显著差异[17]。临床MRI观察未检出显著关联并不否定前外侧结构的离体力学功能;临床MRI信号高或部分拉伤不同于尸体标本的手术完全横断、伤后等待手术的数周内关节外纤维可能发生亚急性瘢痕修复、双结构同时损伤亚组样本量较小(n = 11)以及伴随半月板或骨性形态差异的混杂,均是造成离体横断模型与临床影像队列差异的可能原因(这两项影像学研究本身未直接检验上述机制,也不能据此推导前外侧联合手术的临床指征)[16,17]。
原文表2行标签、表注及部分连续变量P值与正文或统计方法不一致(第1265–1266页):Devitt等第1265页结果正文说明33.4 ± 13.8天与33.2 ± 13.5天为受伤至手术间隔(time from injury to surgery),第1266页表2却将该行误标为“Days from MRI to surgery(MRI至手术天数)”;表2脚注c声称对低级别与高级别轴移及Lachman试验进行卡方检验,但全文未报告任何Lachman试验数据;且按表2所列样本量、均值、标准差及方法部分规定的Student t检验无法复现表内年龄(P = .627)与外、内侧胫骨后倾角(P = .963、.650)的P值。上述人口学行与表注报告问题不影响表2中轴移分级分布(1级44/220对11/47,2–3级176/220对36/47,卡方检验P = .600)未检出统计学显著关联的结果[16]。
3. 外侧半月板及后根在ACL完整与缺失状态下的不同角色
除关节外前外侧软组织外,关节内的外侧半月板同样影响前外侧旋转稳定。Willinger等通过在半月股骨韧带(板股韧带)附着点外侧横断外侧半月板后部来模拟外侧半月板后根完全失功状态(这一断离位置同时消除了板股韧带对后角的悬吊牵拉,不等同于板股韧带完整的中内侧部分撕裂或全部临床后根撕裂类型)[1]。
对比机器人路径重放与光学运动学自由加载,LMPR的作用表现出ACL状态依赖与载荷方向特异性[1]:
- ACL完整状态下:机器人路径重放显示,LMPR对5 N·m单纯内旋力矩的抗力矩贡献无统计学意义(该研究未在ACL完整膝上单独切断LMPR测量自由内旋角变化),却在0°–90°全部测试角度对外翻力矩提供显著抗力矩贡献(P < .001;在后5具加切浅层内侧副韧带[sMCL]的标本中,sMCL为抗外翻首要结构,LMPR承担显著次级抗外翻作用),同时在0°–90°显著限制胫骨后移(90°最高占12%,P < .01)[1]。原因在于外翻力矩直接压缩外侧胫股间室,后根完整的半月板能够将垂直与外翻压力转化为环形纤维张力(环向应力),抵抗外侧关节间隙塌陷与外翻倾斜。
- ACL缺失并承受模拟轴移载荷时:一旦失去ACL的前向主约束,外翻力矩压缩外侧间室的同时推动凸面股骨外侧髁在失去半月板环形围拢的外侧平台上滑动,半月板外凸与环向张力丧失遂使外侧平台更容易向前外侧滑移;Willinger等的三种次级切断顺序描述性曲线显示,在ACL切断膝上切开LMPR会与KFs、C/ALL损伤叠加,进一步加重模拟轴移下的前移与内旋[1](Naendrup等制备高度与低度松弛轴移标本时,同样采取了ACL切断联合外侧半月板切除[4])。
内、外侧半月板在单纯前拉与轴移中的角色差异,在Musahl等对8具遗体16侧配对全下肢标本(平均51岁)的骨针导航试验中也得到了印证(详见1.5章第三节)[18]。在ACL切断基础上,配对标本随机先行内侧半月板全切(8膝)或外侧半月板全切(8膝):机械化轴移试验中,外侧半月板全切显著增大外侧间室前移(先切时组内由10.5 ± 3.5 mm增至16.6 ± 6.0 mm,增幅6.1 mm,P < .01;后切时增至19.0 ± 4.6 mm,P < .05),而先切内侧半月板未引起轴移外侧间室前移的显著改变(P > .05);反之,在屈膝30°的68 N器械Lachman试验中,先切内侧半月板使胫骨前移显著增加5.5 mm(由5.9 ± 3.1 mm增至11.4 ± 5.2 mm,P < .001),先切外侧半月板的组内前移增幅(1.9 mm,P > .05)则无统计学显著性(该研究仅作亚组内切除前后比较、未作两组间直接统计检验,采用全半月板切除模型,且因旋转角测量重复性差未报告旋转度数,原文第1596页)[18]。
原文结果数值排版与基线复述不一致(第1594–1595页):Musahl等第1594页结果正文将内、外侧半月板均全切后的Lachman前移误印为“11.9.0 ± 2.9 mm”;第1595页结果首段将先切内侧半月板组在ACL切断状态下的外侧间室轴移前移写为10.9 ± 4.0 mm,同页第二段复述同一基线值时却写为10.0 ± 4.0 mm。上述排版瑕疵不改变各亚组内部切除前后的显著性方向,但引用时须结合其仅作组内比较、未作组间直接统计检验及全半月板切除的实验条件加以限定[18]。
4. 轴向压缩与内外侧胫骨后倾角不对称对旋转运动学的影响
在承受体重或轴向压缩载荷时,膝关节是否产生伴随的胫骨内旋,取决于内、外侧胫骨平台后倾角(PTS)的几何对称性及ACL状态[19,20,21]。Markolf等在8具青年ACL完整尸体膝(平均24.3岁,范围18–34岁)上采用六自由度机器人与胫骨骨帽测力计测试25 N、250 N(0°–50°)及500 N(0°–30°)轴向压缩:增大轴向压缩力在全部受测角度显著增加胫骨前移并在屈膝超过5°–15°后显著增加ACL原位力,但在该组ACL完整标本的任何受测角度均未检出胫骨内旋角或外翻角的统计学显著变化[19]。
原文方法部分缺失胫骨后倾角测量说明与数据(第632页):Markolf等第632页方法部分称胫骨矢状面z轴方向“按上文胫骨后倾角测量所述(as described above for tibial slope measurements)”确定,但全文既无后倾角测量方法说明,也未报告任何后倾角数值;该研究仅能说明青年完整ACL标本在受测轴向压缩下的前移与ACL张力变化,不能用于定量推导后倾角度数效应[19]。
当进一步区分内、外侧间室后倾角差值时,平台几何不对称对轴向旋转的影响便显现出来。Wang等在13具尸体膝(平均45 ± 11岁)上于屈膝15°施加10→300 N轴向压缩:在ACL完整状态下,胫骨表现为内侧间室后移1.6 ± 3.1 mm(即前移−1.6 mm)、外侧间室前移3.4 ± 5.3 mm及伴随胫骨内旋3.9° ± 5.4°,其中轴向压缩诱发的内旋角与外侧PTS(β = 1.25 °/°,P = .044,校正R² = 0.26)及外侧减内侧PTS差值(β = 1.19 °/°,P = .003,校正R² = 0.53)显著正相关[20]。切断ACL后(内侧间室位移−0.7 ± 4.8 mm,外侧间室前移6.4 ± 8.9 mm,胫骨内旋5.4° ± 8.5°),内旋与后倾角的单变量关联减弱,而134 N模拟Lachman前向松弛度与轴向压缩诱发的内旋角呈负相关(β = −1.96 °/mm,P = .026,校正R² = 0.32);从几何上看,前向松弛较大的ACL缺失膝在轴向压缩下内侧间室也更容易发生前移,可能缩小外、内侧间室前移差并减少净内旋度数(属13具标本的观察性回归结果)[20]。
Nejima等在8具ACL完整尸体膝(平均67.8 ± 2.4岁)上采用3D打印单髁截骨楔块(−5°、0°、+5°、+10°),于屈膝0°与20°施加500 N轴向压缩直接验证了单侧与双侧后倾角改变的差异[21]:当内、外侧PTS同步对称改变时(L5M5、L-5M-5对比L0M0),胫骨内旋角无显著变化;而改变外侧减内侧PTS差值(ΔPTS)则在同一屈膝角度下显著改变胫骨内旋——在屈膝20°下,外侧PTS单独增加10°(L10M0对比L0M0)使胫骨内旋增加3.4°(P = .036),内侧PTS单独增加10°(L0M10对比L0M0)使胫骨内旋减少9.1°(P = .032),外侧正倾伴内侧负倾(L5M-5)产生比L0M10大13.5°(P = .003)、比L-5M5大10.7°(P = .003)的胫骨内旋(在0°时分别相差7.6°与7.2°,P ≤ .018)[21]。解读该研究须注意其将原生膝屈膝0°、20 N压缩下的位置设为统一测量基准(原文第3174–3175页),原生膝仅由0°屈至20°在20 N下即存在11.4° ± 2.3°的内旋与8.6 ± 3.0 mm的表观前移,且实验仅在ACL完整态及500 N轴向压缩下完成,应以同一屈膝角下不同楔块状态间的差值来理解内外侧后倾不对称的旋转效应[21]。
五、床旁旋转相关检查与重建后残余不稳的临床解释
骨科与运动医学医师常用的前向松弛检查(Lachman试验、90°前抽屉试验)、单纯轴向内旋评估与轴移试验,各自施加不同的外力组合、调动不同的主要被动约束结构(表2)。
表2 三类床旁膝关节稳定性检查的负荷、主要约束与对应表现
| 检查类别 | 主要负荷与观察量 | 主要被动约束结构 | 离体与临床对应要点 |
|---|---|---|---|
| 前向松弛检查(Lachman、90°前抽屉) | 矢状面前向剪切力;胫骨前移与终点感 | 0°–90°以ACL为首要约束(AMB、PLB协同)[1,5,7,8];大位移下次级结构分担 | 孤立完全ACL断裂即可致前移增大与软终点(见1.5章) |
| 单纯轴向内旋评估 | 水平面单纯内旋力矩;胫骨内旋角 | 0°时ACL抗内旋力矩显著;30°–90°主要由ITB深浅层及KFs承担,C/ALL协同[1,5] | 无约束架孤立切ACL单纯内旋常无显著增加[1,2],特定固定装置下30°可增约2°–4°[3];合并切前外侧结构后明显增大[1,2,5] |
| 轴移试验(Pivot-shift test) | 近伸直轴向压缩+外翻+温和内旋致外侧半脱位,屈膝释力后移伴外旋复位[4,10] | 近伸直ACL限前移与0°内旋[1,2,5,6],LMPR及外侧半月板抗外翻与轴移前移[1,18];屈膝KFs/ITB与C/ALL限位[1,5] | 孤立ACL撕裂可阳性,清醒特异度高、敏感度中等[22];合并外侧及外侧半月板切除加重模型失稳[1,4,5,18] |
1. 清醒轴移试验与活体闭链及步态旋转运动学观察
轴移试验贴近患者主诉的急停变向错动机制,但徒手诱发轴移要求受检下肢肌肉放松,以便近伸直位产生外侧平台前向半脱位,并在连续屈膝过程中出现后移伴外旋复位[4]。Sokal等2022年针对清醒、未麻醉临床查体诊断ACL部分或完全撕裂的系统评价与双变量随机效应Meta分析(纳入24项排除合并其他膝韧带损伤的研究,其中17项以关节镜或切开探查为金标准、7项以MRI为参考标准;QUADAS-2评估24项中2项为低偏倚风险;12项进入双变量模型汇总)显示,清醒状态下轴移试验的汇总特异度为94%(95% CI 88%–97%),汇总敏感度为55%(95% CI 47%–62%)(阳性似然比10.70,阴性似然比0.48)[22]。
因此,在门诊清醒查体中,检出明确的轴移试验阳性支持ACL撕裂诊断;但轴移试验阴性不能用来排除ACL撕裂[22]。急性期疼痛、关节积液引起的腘绳肌与股四头肌保护性协同收缩会主动限制胫骨移动,检查者手法偏离多平面应力施加与释放节奏也会掩盖复位错动[4,10,22];门诊清醒轴移结果不能与手术室全身或椎管内麻醉肌肉松弛下的轴移检查直接等同比较。当清醒患者轴移阴性而病史提示典型变向扭伤伴关节肿胀或打软腿时,应结合Lachman试验及MRI进一步核实[22]。
在活体主动负重与步态运动中,肌肉控制与动作调整同样会影响旋转失稳的显露程度[23,24]。DeFrate等采用双平面透视结合3.0-T MRI三维配准,测量8例单侧ACL断裂患者在手扶护栏保持平衡条件下的准静态单腿弓步下蹲(0°、15°、30°、60°、90°):伤侧相对健侧完整膝的显著胫骨内旋增加检出于屈膝15°(5.7° ± 4.2°对比约3.5°,增加约2.2°,P = .030,同时伴随约1.9 mm显著前移,P = .037;0°位前移亦显著增加约3.5 mm,P = .00067),而在0°、30°、60°、90°未检出具有统计学显著性的内旋角度差异[23](Burks曾致信指出该团队同月在《J Bone Joint Surg Am》发表了受试者与方法重叠的软骨接触论文,汇总证据时不应作独立样本重复计入[25])。
原文冠状面对线例数之和超出总样本量(第1244页):DeFrate等全文纳入8例单侧ACL断裂患者,但第1244页结果部分描述完全伸直位冠状面对线时写为“6例呈外翻对线、6例呈内翻对线(6 patients had a valgus alignment, and 6 patients had a varus alignment)”,合计12例与总样本量8例矛盾;不采用其冠状面对线计数描述,矢状面与水平面位移及旋转测量结果仍可参考,但小样本观察的可靠性受此报告质量限制[23]。
Bohn等采用皮肤标记簇三维红外运动捕捉与测力台,横断面比较了44例单侧ACL断裂患者(伤侧ACLD对比健侧ACLI)与16名健康对照者在赤足自然步行、慢跑及下楼梯接90°变向旋转(pivoting)三项任务中的旋转运动学与动力学[24]。在全部三项任务中,患者伤侧与健侧之间的峰值胫骨内旋角均未检出统计学显著差异(步行:伤侧9.2°对比健侧8.6°,均显著小于健康对照的14.2°,P < .001;慢跑:伤侧18.9°对比健侧20.5°,均显著大于健康对照的13.9°,P = .014与P = .001;下楼梯90°变向旋转:伤侧28.2°、健侧27.9°、对照29.7°,三组间无显著差异),各组间的动态旋转刚度(力矩增量与旋转角增量之比)亦无显著差异;慢跑时患者健侧承受的净外旋力矩(0.25 N·m/kg)高于伤侧(0.14 N·m/kg,P = .015)与对照组(0.10 N·m/kg,P < .001)[24]。这提示ACL断裂患者在实验室可预判任务中可能存在双侧对称的步态适应,但该研究未采集肌电数据(肌肉协同收缩仅为可能机制假说),皮肤标记簇受软组织滑动伪影影响,且未检出双侧内旋角显著差异并不代表旋转生物力学已恢复正常生理状态[24]。
原文表2与讨论正文均值不一致(第6–7页):Bohn等第6页表2报告ACL缺失膝在下楼梯90°变向旋转(pivoting)任务中的平均胫骨内旋角为28.2°(95% CI 23.9°–32.4°),第7页讨论部分引述表2该数值时却写为“28.5° (Table 2)”。这一0.3°的转抄差异不改变三组间未检出统计学显著差异的结论[24]。
2. 明显旋转不稳与可能合并损伤的临床辨认
在离体序贯切断模型中,孤立ACL切断在准静态外翻加内旋加载下主要引起近伸直及中低屈膝角的前移增加,合并切断前外侧软组织与LMPR则会使前移和内旋在更宽屈伸范围内显著增大[1,5]。离体松弛度增量不能与临床轴移分度一一对应,既不构成单一组织的定位规则,也不能用来推导手术或关节镜检查指征。临床遇到明显的旋转松弛或显著轴移时,骨科医师可结合受伤病史、其他体格检查与MRI等影像学表现,注意辨认两类可能并存的损伤:
- 前外侧复合体损伤:股骨远端后外侧Kaplan纤维、髂胫束深层囊骨性部及前外侧关节囊/ALL的水肿或连续性中断(前外侧结构的解剖与影像特征详见1.7章)[1,5]。
- 外侧半月板后根及体后部损伤:外侧半月板后根附着、板股韧带连接及半月板体后部的撕裂或实质性缺损;若患者已有独立手术指征并已进行关节镜手术,可在术中一并观察上述结构完整性[1,4,18]。
在年轻高风险临床人群中,麻醉下高度轴移(IKDC 3级,即粗大弹响复位)与多项全身松弛、半月板、骨性后倾及病程因素相关。Batty等对STABILITY多中心随机对照试验的618例14–25岁高风险初次ACL断裂患者进行了事后多变量逻辑回归分析(该试验入组标准要求满足以下四项条件中的至少两项:参与竞技性急停变向运动、2级及以上轴移、全身韧带松弛[Beighton评分≥4分]或任一侧膝反张>10°;610例完成麻醉下轴移分级,其中2级占75.4%、3级占12.0% [73/610],548例数据完整者进入回归)[26]。多变量分析识别出6项与麻醉下3级高度轴移独立相关的因素:Beighton全身松弛评分(每增加1分比值比[OR] = 1.17,95% CI 1.06–1.30,P = .002;若以被动膝过伸>10°替代Beighton评分入模,OR = 2.30,P = .002)、男性(OR = 2.30,95% CI 1.28–4.13,P = .005)、内侧半月板后三分之一撕裂(OR = 2.55,95% CI 1.11–5.84,P = .03)、侧位X线片内侧胫骨后倾角>9°(OR = 2.35,95% CI 1.09–5.07,P = .03;系按该数据集交互作用探索选定的二分类界值,并与内侧半月板后三分之一撕裂存在交互作用)、外侧半月板后三分之一撕裂(OR = 1.76,95% CI 1.01–3.08,P = .048)以及受伤至手术病程超过6个月(OR = 1.70,95% CI 1.00–2.88,P = .049)[26]。与此同时,在完成术前基线问卷的586例患者中,3级高度轴移组与非3级轴移组在主观IKDC评分(52.4 ± 2.0对比54.0 ± 0.7,均值±标准误,P = .47)、ACL生活质量量表(ACL-QOL,27.7 ± 1.7对比29.5 ± 0.6,P = .33)、KOOS总分(58.6 ± 2.0对比59.9 ± 0.7,P = .27)及全部KOOS子量表上均未检出统计学显著差异,仅四项疼痛强度量表(P4,0–40分制,原文表3注a说明按中位数与四分位距报告)3级组中位数为11、四分位距为13,非3级组中位数为8、四分位距为14(P = .04,差值低于该量表最小可测变化值9分)[26]。由于该队列本身为预设高风险人群(非3级组中绝大多数为2级轴移)且伤后患者可能主动限制高风险活动,术前麻醉下3级轴移与基线主观评分缺乏显著差异的现象不能说明高度轴移对远期功能无关[26]。
原文排除时间窗、讨论比值比表述及置信区间符号存在多处不一致(第4–7页):Batty等存在三处报告矛盾:(1)第4页方法部分写明排除伤后3个月(3 months)内记录基线患者报告结局(PROMs)的病例,第6页表3脚注b却写明排除伤后30天(30 days)内记录基线PROMs的11例患者;(2)第4页结果正文与第5页表2报告男性发生高度轴移的比值比(OR)为2.30(95% CI 1.28–4.13,P = .005),第7页讨论部分却写为“男性发生高度轴移的可能性高出74%(74% more likely)”,原文未说明该数值来源;(3)第6页表3中KOOS疼痛子量表两组均值差为1.0,但所列95%置信区间印为“(3.5 to 5.4)”,区间不包含均值差1.0(疑漏印下限负号)。解读时应以表2回归结果与表3大部分PROMs无显著差异的总体趋势为准,不采用讨论中的“74%”及表3该处异常区间[26]。
3. 重建后残余旋转不稳的机制区分与证据适用条件
临床上部分患者在关节内单束ACL重建术后,被动前向松弛改善,却仍残留阳性轴移或运动中旋转不稳。Kocher等对202例初次孤立性ACL重建术后随访至少2年(平均35.9个月)患者的回顾性分析(排除合并半月板缝合/切除及软骨处理者,占同期1537例初次重建的13%)显示,与术后KT-1000手动最大前拉双侧差值及Lachman分级同主观症状无显著关联(均P > .05)相反,术后残余轴移分级(IKDC A级正常占67%、B级滑移占26%、C级弹响占6%)与患者主观满意度降低(P = .03)、部分及完全打软腿发作(均P = .01)、急停与扭转困难(均P = .01)、活动受限(P = .01)、主观整体膝功能异常(P = .03)、运动参与受限(P = .02)以及较低的Lysholm评分(A、B、C级分别为89.3、83.3与76.3分,P = .01)均呈统计学显著相关(属筛选后孤立重建亚组中22项未作多重比较校正的单变量关联观察)[27]。结合包含重建状态测试的离体实验(Noyes等[2])与各项序贯切断研究[1,5,7,8],分析术后残余旋转不稳须区分“零时点实验直接观测到的结果”与“基于受力几何作出的机制推演”。
在Noyes等的组1零时点尸体模型中,置于原生中央足印区的10 mm单束BPTB移植物在屈膝25°取值的模拟轴移下承受较高原位力,缩减了ACL切断后的外侧间室前移均值差(虽未达到该文预设的TOST统计等效标准);继续切开ALL与髂胫束囊骨性部仅使25°模拟轴移外侧前移轻微变化、中深屈膝角单纯内旋小幅增加;随后施行手动张力远端髂胫束固定虽进一步减小前移并分担移植物负荷,却在屈膝25°–90°造成明显的单纯内旋过度约束[2]。该研究仅测试远端髂胫束静态附着,未模拟近端髂胫束动态功能,也未将临床弹响复位时程作为结局,因此不能将这一零时点结果延伸为“所有关节内单束重建在活体患者中都足以消除轴移”或“现代低张力前外侧联合手术缺乏临床价值”[2]。
活体患者术后出现残余旋转不稳,可能涉及两方面机制:
第一点是关节内移植物自身的位置与张力变化(属基于受力几何与两束协同受载证据的机制推演,Noyes等并未设置非解剖骨道对照组)。Noyes等模型中BPTB移植物在25°限制外侧平台前移,是在移植物置于原生中央足印区、测试即刻维持初始张力并承受较高原位力的条件下测得的[2];结合Gabriel等[7]、Wu等[8]与Zantop等[13]观察到的AMB与PLB共同抵抗复合旋转前移现象,若术中股骨或胫骨骨道偏离解剖附着区(例如股骨骨道偏高偏前使移植物走行偏垂直),或移植物在术后重塑期发生松弛拉长,关节内限制近伸直位前向半脱位的能力就可能下降。
第二点是并存但未处理的关节外软组织、半月板损伤或骨性后倾异常。Noyes等的模型保留了完整半月板且未模拟近端髂胫束主动张力或活体反复切变循环加载[2]。参照Willinger等[1]、Kittl等[5]、Herbst等[12]、Musahl等[18]及Wang等[20]、Nejima等[21]的离体结果与Batty等[26]的临床回归分析,若患者并存严重的Kaplan纤维/深层髂胫束损伤、前外侧或前内侧复合结构损伤、外侧或内侧半月板后部实质性撕裂,或存在较大的外侧胫骨后倾角及内外侧后倾差而未获识别,关节在负重与屈膝过程中缺少并联抗旋转与半月板环向支撑,可能增加关节内移植物承受的复合载荷并遗留残余轴移[1,2,5,12,18,20,21,26]。上述离体与横断面研究说明了各结构在特定加载下的受载分工与相关因素,但因缺乏移植物生物学重塑、神经肌肉控制及远期软骨结局的直接干预验证,解剖单束与双束重建、不同关节外联合手术或截骨矫形的临床疗效比较、具体手术指征及术后康复训练参数,仍须由前瞻性临床对照研究与长期随访结局判定[1,2,6,7,8,16,17,26,27]。
研究资助与利益关系说明:本章引用的主要原始生物力学研究中,Willinger等[1]获德国关节镜与关节外科学会、DFG及Smith & Nephew向伦敦帝国理工学院研究账户资助;Noyes等[2]获Arthrex机构研究支持;Naendrup等[4]获Wallace H. Coulter基金会资助,通讯作者披露任Smith & Nephew顾问;Kittl等[5]获Smith & Nephew研究奖学金与德国关节镜及关节外科学会资助;Markolf等[6]获NIH R01 AR40330、OREF等资助;Gabriel等[7]获NIH AR39683及匹兹堡大学肌肉骨骼研究中心支持;Wu等[8]获NIH AR055612与AR051078资助并声明无利益冲突。
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