半月板形态学与前交叉韧带损伤相关性的研究进展

Research Progress on the Correlation between Meniscal Morphology and Anterior Cruciate Ligament Injury

摘要: 综述半月板形态学参数对非接触性前交叉韧带损伤的影响和研究进展，回顾近年有关半月板形态学对前交叉韧带损伤影响的研究文献，从半月板的生物力学特征、各形态学参数对ACL损伤影响、半月板形态学影响ACL损伤的可能机制等方面进行总结。半月板形态可以矫正胫骨平台后倾角，减小ATT，对非接触性ACL损伤及ACLR术后移植物失效存在影响，并具有较高的预测价值。半月板形态学参数有助于识别前交叉韧带损伤的高危人群，帮助制定手术策略，但目前对前交叉韧带损伤的影响机制仍缺乏确切的临床证据，未来需要进一步研究。

Abstract: Review the impact and research progress of meniscal morphological parameters on non-contact anterior cruciate ligament injury, review the research literature on the impact of meniscal mor-phology on anterior cruciate ligament injury in recent years, from the biomechanical characteristics of meniscus, various morphology The impact of scientific parameters on ACL injury and the possible mechanisms by which meniscal morphology affects ACL injury were summarized. Meniscal mor-phology can correct the posterior inclination of the tibial plateau, reduce ATT, has an impact on non-contact ACL injury and graft failure after ACLR, and has a high predictive value. Meniscal mor-phological parameters can help identify high-risk groups for anterior cruciate ligament injury and help formulate surgical strategies. However, there is still a lack of definite clinical evidence on the influencing mechanism of anterior cruciate ligament injury, and further research is needed in the future.

1. 引言

非接触性前交叉韧带损伤是膝关节最常见的运动损伤之一，研究表明膝关节解剖变异是前交叉韧带损伤的主要危险因素。先前的研究大多将骨性结构的解剖如股骨和胫骨作为研究重点，如胫骨平台后倾角与ACL损伤的关系已得到验证。目前有认为半月板形态学参数同样对前交叉韧带损伤存在影响。本文就半月板形态学参数对非接触性前交叉韧带损伤及前交叉韧带重建术后移植物的影响进行综述。

前交叉韧带(ACL)损伤是膝关节损伤中最常见的韧带损伤，在健康的运动人群中，原发性前交叉韧带损伤的发生率约为每年1.5%至1.7%，其中70%以上是非接触性损伤 [1] [2] [3] 。了解膝关节生物力学对预防和治疗前交叉韧带损伤并防止前交叉韧带翻修起到至关重要的作用。除了神经肌肉控制和其他生理因素，膝关节的几何形状，例如胫骨平台后倾角和半月板形态学已被证明为前交叉韧带损伤的影响因素 [4] [5] 。目前胫骨平台后倾角对前交叉韧带损伤的研究已经比较深入，但半月板形态学对前交叉韧带损伤的影响尚不明确，且各项研究采用的半月板形态学参数及测量方式存在差异，各项形态学参数对ACL损伤的影响缺少比较，同时国内半月板形态学与ACL损伤的相关性的研究报道较少。本综述总结了目前国内外关于半月板形态学参数与ACL损伤的相关性研究成果及各参数特点，旨在明确半月板形态学对于ACL损伤的影响，为有效预防ACL损伤及翻修提供依据。

2. 半月板形态学的生物力学特征及临床意义

半月板作为股骨髁和胫骨平台之间的半月状的楔形结构 [6] 。被认为是对膝关节前后平移和旋转稳定性上起到重要作用的约束装置，内侧半月板切除会导致胫骨前后平移增加，而外侧半月板切除会导致ACL缺陷的膝关节旋转不稳定 [7] [8] [9] 。

目前的研究已证明，胫骨平台后倾角(Posterior Tibial Slope, PTS)增大是ACL损伤的危险因素，机制表现为在负重情况下，胫骨平台后倾角的增大会导致胫骨前移(ATT)增大，从而导致ACL受力和变形增大 [10] [11] [12] 。进一步的研究证明了外侧间室胫骨平台后倾角对内侧间室的影响，及如何促进胫骨内旋时股骨的相对外旋，从而进一步增大ACL的受力与变形 [13] 。有研究认为在这种机制中，由于半月板完成了减震、负载分配和被动稳定等重要任务，因此在评估胫骨平台后倾角对ACL的影响时应将其考虑在内 [14] 。且在MRI上测量时，半月板产生的倾斜度比骨性胫骨倾斜度更水平 [15] 。因此，半月板坡度的评估受到了极大的关注，有研究认为它可以更准确地反映股骨髁和胫骨表面之间的关系 [16] 。

半月板的楔形结构增加了胫骨平台的深度，并在负重和运动状态中维持圆形股骨关节面与平坦的胫骨关节面的关系 [17] 。两个半月板的后角比前角更厚 [14] 。这种形态学特征被认为有助于对抗胫骨平台后倾 [15] 。半月板的后角可以起到类似于“门楔子”或者“减速带”作用，阻挡胫骨前移，减少ATT，且外侧半月板在膝关节旋转稳定性中起着重要作用，阻碍胫骨上股骨外侧髁的后平移运动，减少相对旋转，会极大地影响ACL损伤机制 [1] [4] [18] 。半月板的主要功能是在胫骨和股骨之间分配和传递压力 [19] 。研究观察到内侧半月板后角的在ACL损伤情况下所受压力和环张力明显增加，而前角没有变化，这被考虑为内侧半月板的后角提供了限制ATT的物理屏障 [20] 。在一项尸体研究中，切除内侧半月板三分之一、三分之二或整个后角后，ATT增加了0.1毫米，轻微切除增加了0.1毫米，大部分切除增加了0.5毫米，全切除增加了1.1毫米 [21] 。对于外侧半月板后角，研究证明撕裂增加了膝关节前向不稳定 [22] [23] 。因此任何减少半月板后角“门楔子”效应的因素都可以被考虑为ACL损伤的潜在危险因素。

3. 半月板形态学参数及其影响

3.1. 半月板斜率(Meniscal Slope, MS)

半月板斜率(MS)被定义为矢状面MRI上关节内半月板前角顶点和半月板后角顶部切点与胫骨近端解剖轴垂线的夹角，用于描述半月板前–后角顶点平面的倾斜度 [24] 。在文献中也常被称为软组织倾斜角或者软组织斜率(Soft Tissue Slope, STS) [25] [26] 。半月板斜率在MRI上根据测量平面可分为外侧半月板斜率(Lateral Meniscal Slope, LMS)和内侧半月板斜率(Medial Meniscal Slope, MMS)。多数研究表明半月板后角比前角厚，半月板斜率几乎垂直于胫骨近端解剖轴，可以抵消PTS的后倾，半月板斜率被认为能比胫骨平台后倾角更好地反应膝关节的运动及稳定性 [27] 。

多数研究显示病例组与对照组MS存在显著差异，病例组MS显著大于对照组，并认为MS增大是ACL损伤的危险因素 [17] [24] [25] [26] [27] 。但Hudek等人 [24] 的研究表明未见内侧半月板斜率(MMS)增加与ACL损伤风险增大相关。有研究发现外侧胫骨平台后倾角(Lateral Tibial Slope, LTS)显著高于内侧，而MMS却高于外侧半月板斜率(LMS)，这被认为MS有将PTS向水平方向矫正的作用，即抵消PTS后倾，在半月板后角损伤时作用失效 [17] [26] 。

Freitas等人 [27] 在605名骨骼未发育成熟患者中研究发现ACL损伤患者及ACL重建失败患者的LMS、MMS均显著高于ACL未损伤患者，但并未确定半月板斜率与ACL重建失败的关系。

3.2. 半月板后角高度

半月板软骨高度(Meniscus-Cartilage Height, MCH)被定义为MRI矢状面上关节内半月板后角上表面最高点到下表面关节软骨表面的垂直距离 [28] 。也有文献将其定义为半月板后角高度(meniscus posterior horn height) [29] 。MCH的测量同样区分内外侧。有研究表明半月板后角高度降低是非接触性ACL损伤的危险因素 [28] [29] 。内、外侧半月板高度对不同性别ACL损伤的影响存在争议。Sturnick等人 [28] 的研究发现外侧半月板与内侧半月板后角高度均为女性非接触性ACL损伤的保护因素，对损伤组与对照组进行单变量及纳入MRI检查时股骨相对胫骨位置、体重和BMI的多变量logistic回归分析后的研究结论为：MCH与女性非接触性ACL损伤独立相关，半月板后角高度每降低1 mm，ACL损伤风险增加144%，而在男性中未发现MCH与ACL损伤的关联。而Unal等人 [29] 研究则显示内侧半月板后角高度降低(外侧半月板宽度增加)是男性ACL损伤的独立危险因素。Sturnick等人 [4] 的另一项研究发现将男性与女性作为联合组进行分析时，外侧间室中部软骨斜率、外侧半月板软骨高度与前交叉韧带出口平面股骨髁间窝宽度与前交叉韧带损伤风险共同相关。

研究证明半月板后角高度降低是ACL重建术后移植物失效的危险因素 [30] [31] 。Tamimi等 [30] 的研究结论是：外侧半月板高度和外侧胫骨平台前后距离对ACL重建术后移植物失效具有最佳预测价值，优于半月板斜率及胫骨平台后倾角；与外侧半月板高度高于6.0毫米的患者相比，外侧半月板高度低于6.0毫米的患者发生ACL重建失败的风险是其5.1倍。一项为期5.5年的以美国高中和大学生运动员为研究对象前瞻性病例对照研究的结果显示，内侧半月板后角高度降低是女性患者ACL重建术后移植物损伤的危险因素，且为女性患者首次ACL损伤的共同危险因素，内侧半月板后角高度每增加1 mm，ACL移植物断裂风险下降91% [31] 。

3.3. 半月板骨角

半月板骨角(Menisacl Bone Angle, MBA) [4] 定义为半月板后角上表面切线与对应胫骨平台软骨下骨表面切线的夹角，可分为内侧半月板骨角(Medialmenisacus Bone Angle, LMBA)和外侧半月板骨角(Lateral Menisacus Bone Angle, LMBA)。在一项研究对象为美国高中和大学运动员的前瞻性队列研究中，发现LMBA与男性ACL损伤风险独立相关，LMBA每减少1˚，男性ACL损伤风险增加23%，LMBA与女性ACL损伤的关系则不具备统计学意义 [4] 。而在他们的另一项研究中发现外侧半月板后骨角减小与女性非接触性ACL损伤风险升高相关 [28] 。Hohmann等人分别测量内外侧胫骨平台25%、50%、75%共6个层面的MBA、胫骨平台后倾角(Posterior Tibial Slope, PTS)及胫骨–半月板后角界面斜率(MBA + PTS)并进行研究，内、外侧MBA降低与男、女性的ACL损伤风险升高均相关，且在6个测量平面上，ACL损伤患者MBA + PTS显著较低。Teixeira等人 [32] 的研究证实MBA是ACL损伤的保护因素，MBA < 22˚考虑与ACL损伤风险增大相关，且MBA是ACL损伤的最强预测指标，优于胫骨平台后倾角及LTPS/MBA。关于MBA对于ACL重建术后移植物的影响，一项随访时间为至少4年的前瞻性队列研究发现MBA每降低1˚，ACLR移植物失效风险上升22.3%，且与ACLR移植物所采用的隧道定位技术无关(经胫骨定位股骨隧道或经股骨定位股骨隧道) [18] 。

3.4. 多重危险因素组合对ACL损伤的影响

有研究认为胫骨平台后倾角增大同时合并外侧半月板骨角减小对ACL损伤的影响比单独的外侧半月板减小更大，即LPTS-MBA比值，外侧半月板骨角与外侧胫骨平台后倾角的比值 [33] 。在文献中也称作LTS:LMBA。一项研究对象为17岁以下儿科非接触性ACL损伤患者的回顾性病例对照研究中发现，发现LMBA在病例组与对照组间未见显著差异，而LTS:LMBA比值显著均高于ACLI患者(0.46:0.26)，且对前交叉韧带损伤的预测价值最为显著，高于LTS、LMBA及LTS-MTS (横向胫骨平台斜率差) [33] 。在一项前瞻性队列研究中发现LTPS-MBA比值有助于预测ACLR术后移植物失效风险，LTPS-MBA比值低于0.27时，ACL重建失败的风险为28%，高于0.42时，ACL重建失败的风险为82%，LPTS-MBA比值可以比LPTS更准确地帮助预测ACL重建后移植物失效的风险 [18] 。

4. 半月板形态学参数影响非接触性ACL损伤的可能机制

Freitas等人 [27] 推测PTS的运动学效应可能会受到半月板的影响，由于半月板后角比前角厚，半月板斜率几乎垂直于胫骨纵轴，可以抵消PTS的后倾，因此认为半月板斜率可以比PTS更好地反映解剖变量变化时的膝关节运动学和前外侧稳定性变化。Hudek等人 [24] 认为MS减少可能代表胫骨前外侧平移受到限制，而MS增加可能会增加ACL受伤风险。

而Sturnick等人 [28] 则进一步认为半月板后角的几何形态可能在半月板斜率与ACL损伤的关系中起主要作用。其基本原理是半月板后角在膝关节屈曲过程中传递更高的压力 [34] 。外侧半月板后骨角的减小可能与作用于胫骨的前向剪切力的阻力减小相关，从而使胫骨的相对前移增加，ACL所受拉伸负荷增大 [4] 。半月板几何形状是ACL损伤的更强的独立预测因子，而不仅仅是底层软骨下骨平面角度的反应 [28] 。

由于LTPS与LMBA均可能显著影响ACL及ACLR术后移植物所受拉伸负荷，且这二者之间为见显著相关性，并且能在同一张MRI上获得高可靠性的测量结果，因此Sauer S.等人 [18] 提出LTPS-MBA比值可能比实际角度值更具有价值。Edwards等人 [33] 当汽车(外侧股骨髁)从山坡(外侧胫骨平台后倾角)上滑下经过减速带(外侧半月板后骨角)时，陡峭的山坡(高LTPS)与平浅的减速带(低MBA)组合是汽车最容易通过减速带的情况，即高LTPS-MBA比值高度预测ACL撕裂，尽管研究中未发现MBA存在显著的组间差异，这一机制可能由单独的LTPS差异驱动，但LTPS-MBA比值的预测价值显著高于LTPS，这可能表明情况并非如此。

5. 半月板形态学的临床应用与展望

半月板形态学参数可作为ACL损伤或ACLR移植物失效高危人群识别的筛查指标，被确定有高危因素的个体，尤其是高运动水平人群，可以通过减少损伤暴露，如减少比赛时间、改变休赛期训练计划(强调技能训练而非比赛参与)、针对性适用神经肌肉训练计划或者适用有助于减少膝关节负荷的运动辅助设备，来减少ACL损伤的风险。同时有高危因素的ACL已损伤人群在接受ACL重建手术前将会被告知有更高移植物失效的风险，这将有助于术后康复计划和重返运动协议的制定，保护术后移植物。

半月板形态学参数的变化可以帮助制定并完善手术术式，如胫骨平台后倾角过大的患者可以通过胫骨高位截骨术(High Tibial Osteotomy, HTO)来进行干预，当半月板后角失去功能时，行类似手术进行干预，建立新的术中切除、保留或重建半月板的标准。且由于半月板形态被认为可以纠正胫骨平台后倾，目前临床上行HTO联合ACL重建的阈值及HTO矫正度数的多少是否过激，需将半月板形态学纳入研究后进一步确认。半月板形态学对ACL术后残留旋转不稳定的影响同样需要进一步研究，识别患者是否需要进行前外侧关节囊重建。

多种半月板形态学参数已被证明与ACL损伤相关，其与ACL损伤的因果关系及膝关节动态状态下半月板形态学对ACL的影响仍需进一步研究。目前研究对ACL损伤的预防、治疗及术后康复具有重要价值，以此为基础将给临床治疗与预防提供更完善的方案。

参考文献

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。