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前交叉韧带扭伤

一、简介

前交叉韧带损伤是膝关节最常见的韧带损伤。前交叉韧带的功能丧失不仅可导致运动异常,随着时间的推移还经常导致膝关节产生严重的退行性变,如骨性关节炎等。不同于髌骨软化等过劳损伤,前交叉韧带扭伤是急性损伤的一种。

  • 前叉韧带扭伤的始末大致如上表所述,部分人的病情不从环节①开始,而是从环节④开始,这部分人膝关节正常,因外力导致前叉韧带损伤 (如足球运动中被铲倒) 。
  • 在图示的每一个膝关节失稳的环节,都应加强肌肉力量,增强膝关节稳定,否则病情将按流程图进一步发展。
  • 在运动时,通过自我控制(不做危险动作,如篮球爱好者打“养生球”)、贴扎技术、护膝等方式减少膝关节压力,可以减缓膝关节的磨损。
  • 韧带损伤后,通过休息可以促进损伤组织修复,但膝关节稳定性不会随休息而增加,反而因损伤和制动导致稳定性进一步下降。不及时增强膝关节稳定性, 病情将按流程图发展。

二、症状

  • 疼痛在某次变向、单腿落地或起跳后出现
  • 受伤时自己可能会感觉到膝盖有响声
  • 伤后感到膝关节不稳,当肿胀出现后失稳感稍减弱,但仍感觉异常
  • 旋转或单纯扭曲膝盖的动作会感到膝盖发软,运动中不稳感更明显
  • 如果韧带撕裂,将立即感到疼痛难忍
  • 膝盖肿胀较广泛,也可能只是局部肿胀
  • 活动受限,可能因腘绳肌张力升高及疼痛而无法完全伸展膝盖
  • 可有广泛的压痛
  • 关节内侧的有压痛可能表明伴有内侧韧带和软骨的损伤

ACL损伤可以分为I、II和III级损伤。

  • I 级扭伤
    • 韧带被拉伸,但未撕裂,或韧带有轻微撕裂,但没有明显延长。
    • 有轻微压痛和肿胀。
    • 膝盖活动正常,未出现明显不稳或打软。
  • II 级扭伤
    • 韧带被拉长,纤维有部分撕裂,可伴有出血。
    • 有少许压痛和中度肿胀,膝关节活动度受限。
    • 膝关节活动异常,出现腿打软、失稳的等情况。
    • 胫骨前移量增加,但韧带仍限制胫骨过度前移。
    • 体查时可能诱发疼痛。
  • III 级扭伤
    • 韧带完全撕裂。
    • 膝关节有压痛及肿胀,前叉撕裂时,膝盖其他结构可能有不同程度损伤。
    • 前叉无法限制胫骨前移,膝盖活动时明显不稳。
    • 除前后向失稳,还存在旋转的失稳。
    • 胫骨前移量增加,试验时难以感受“终末感”。

三、损伤风险及机制

损伤风险模型

损伤风险模型认为个体具有内在危险因素,运动时可能暴露在外在危险因素下,此时个体有受伤倾向,当被某一事件诱发后将导致损伤。

1、内在危险因素即先天危险因素,包括性别、年龄、身高和体重等。

  • 性别:女性前叉韧带损伤发生率是男性的数倍,这可能与两者的骨盆构造相关,女性骨盆较宽容易导致膝外翻,从而使前叉韧带受力增大。此外,女性更容易表现出股四头肌优势的运动模式,并且女性对腘绳肌的募集较男性少。
    • 激素:青少年女性运动员在月经期前交叉韧带损伤发生率显著增加。这项发现表明性激素在女性前交叉韧带损伤的发生中起一定作用。有研究发现,前交叉韧带的结构和力学特性在男性和女性间有差异。女性的前交叉韧带较小,其刚度、张力阈值、能量吸收能力、强度(导致损伤的负荷)较小。即使考虑人体测量的差异,这些发现也是一致的。服用避孕药对前交叉韧带损伤的程度没有影响。
    • 有统计表明,前叉韧带受伤人群的髁间窝的宽度(即前交叉韧带在股骨附着处开口的宽度)小于正常对照的宽度。这表明髁间窝宽度与前交叉韧带损伤之间存在相关性。
  • 年龄:处于发育中的个体因肌肉长度、力量的不足可能导致损伤风险增大。年长者因肌肉力量、韧带胶原蛋白含量下降,膝盖对动能的吸收缓冲较差,损伤风险增大。
  • 体重:体重超重的人因膝盖负荷大,运动时惯性大,可能导致损伤风险增高。
  • 生理结构:如果有长短腿、扁平足、膝外翻、股骨过度前倾等与下肢排列结构相关的问题,都迫使前叉韧带进一步维持膝关节稳定,导致其损伤风险增大。
  • 力量与协调:股四头肌、腘绳肌、臀中肌等相关肌肉力量不足将导致膝盖稳定性下降,前叉韧带代偿稳定将导致损伤风险增大。腘绳肌与前叉韧带有协同作用。特别的,核心稳定性降低会影响膝关节的动态稳定性。舞蹈和花样滑冰运动员前交叉韧带损伤较少,因为他们有出色的躯干控制能力,他们的训练强调躯干力量、平衡和灵活性。有时我们也会发现身边有人从来没崴过脚,可能是这些人对平衡的控制较好,当即将发生崴脚时,他们会下意识地保持平衡或将腿收至胸前,在地上翻滚,使自己处于安全的体位。
  • 柔韧性:股四头肌、腘绳肌和髂胫束长度都对膝盖受力有影响,柔韧性较差将增大损伤风险。
  • 既往损伤:髋、膝、踝关节曾受伤可能增大前叉损伤的风险。
  • ……

2、外在因素也称环境因素,包括场地、天气等。

  • 运动场景:运动员在比赛中遭到前叉韧带损伤的风险比在平时训练要高。竞争水平可能增加运动员前叉韧带损伤的风险。 常见的,班级球赛期间会发现队员有伤病,而平时打野球/踢野球很少发生伤病。
  • 场上位置:例如,在足球运动中,后卫比前锋发生前交叉韧带损伤的概率高。这可能与反馈有关,后卫被动跟随变向时会因惯性导致韧带张力过高;在手球中,后场运动员的风险最大,进攻球员和守门员的风险较小。
  • 场地与天气:如篮球的水泥地、室内场,足球的天然草皮、人造草皮、下雨天的场地等。同一运动在不同场地、天气,受伤的风险也不同,具体看与地面的摩擦力,摩擦力适中对安全有很大保障。
  • 装备:通常篮球鞋在横向的稳定性要强于跑步鞋,穿跑步鞋打篮球容易变向时打滑而扭伤膝盖。很多运动项目需要佩戴护具,护具对关节有很好的保护作用。
  • 运动技术:每种运动的运动形式都大相径庭,反复用拙劣的变向技术将极大地增加前叉韧带损伤的风险。
  • 运动强度与频率:运动强度过大、频率过高都将使肌肉、韧带疲劳,从而降低膝关节稳定性,增大前叉韧带损伤风险。
  • ……

3、针对内在因素和外在因素,我们可以制定相应的预防方案,如运动时穿对应的运动鞋,佩戴护膝,合理安排运动时间等。

4、损伤机制

损伤通常由某个动作或事件诱发,我们可将前叉韧带的损伤分为接触式和非接触式。接触式即受外力导致的损伤,如踢球时被铲倒;非接触式即由错误动作导致的损伤,如错误的起跳和落地。统计发现,接触式前叉韧带损伤约占30%,非接触式前叉韧带损伤约占70%。

接触式机制

接触式损伤常由外力导致,损伤机制与前叉韧带的结构相关。腘绳肌在力学上部分功能与前叉韧带相似,其在一定程度上可以协同前叉韧带以防止胫骨前移,因此腘绳肌力量强的人发生损伤的风险较低。除了与运动员的接触,有时装备的限制也会导致前叉韧带损伤。例如在滑雪运动中,因为踝关节运动被限制,在跳台等特殊地形若滑雪板尾部先着地,可导致滑雪者的身体及膝部受到拉伸,使前叉韧带损伤。

  • 膝关节外侧的冲击使膝关节外翻和小腿外旋,可同时损伤前交叉韧带、内侧副韧带和关节囊。同样的损伤可能源自作用于足内侧的冲击。
  • 膝关节内侧(或足外侧)的冲击可使膝关节内翻和小腿内旋,可同时损伤前交叉韧带、外侧副韧带和后外侧关节囊。
  • 对膝关节任何形式较大的冲击,无论作用点来自外侧或内侧,或作用时膝关节在伸或屈,都可能导致联合损伤,并可损伤前交叉韧带。总的来说,任何使膝关节脱位或半脱位的过度暴力都可导致前交叉韧带损伤。
“skiing acl injury”的图片搜索结果

非接触式机制

非接触式损伤常由错误动作导致,参与有变向、变速、跳跃等动作的体育活动的年轻人容易发生非接触式损伤。单独的前交叉韧带损伤可发生于扭转动作时,无论是内旋、过伸还是外旋和外翻,因为前叉韧带在膝盖任何角度下都有部分纤维保持张力,当动作产生的张力过大,就可能导致损伤。这与其他韧带不同,前叉韧带在运动中少有松弛的状态。此外,前交叉韧带损伤可导致撕脱骨折,尤其在发育个体出现过伸或过屈损伤时。胫骨止点的撕脱骨折在年轻运动员种并不罕见。

有研究表明,女子篮球运动员在比赛中落地时的膝关节运动和负荷是前交叉韧带损伤的危险因素,这在其他女性运动员中也一样。女性运动员在跳跃后落地时,如果髋关节和膝关节屈曲减少、股四头肌活动增加、腘绳肌活动减少(股四头肌优势的下蹲模式),会导致负荷增加,这使得落地时前交叉韧带损伤风险增加。总而言之,损伤常发生在跳跃后落地时、变向时和变速时。小腿向前位移、外翻和相对股骨旋转是最常见的损伤机制。

足球运动中击球时,支撑腿可能作足内旋、胫骨外旋、股骨内旋的动作,当限制该动作的肌群疲劳时,前叉韧带代偿做功,很可能导致损伤。

0:20开始显示击球分析。视频Elara Systems

篮球运动中的变向动作需要股骨内旋、膝盖伸直,这种力量会使前叉韧带面临更大的损伤风险。以右腿支撑(向左变向)为例,膝盖通常在初始阶段呈屈曲、外翻(即膝盖内扣)、微内旋位。变向启动时,膝盖从外翻趋于内翻,并使腿蹬直,股骨相对内旋增加,该动作会使疲劳的前叉韧带张力进一步升高,并导致损伤。

0:52开始显示损伤机制(视频为橄榄球的变向,篮球同理)。视频Human ARVR

在单腿落地的动作中,正确的落地运动需要股四头肌离心发力来控制下落速度。有人认为股四头肌离心发力会对前叉韧带有影响,但这通常不会造成损伤。危险的情况是落地时膝盖外翻(即从正面看小腿与大腿成锐角),并且足部已经接触地面。此时股四头肌发力会控制下落速度,但同时也将膝盖锁死了,膝盖位置难以发生变化。于是可以看到小腿处于外翻位,并且足部与膝部被固定。前叉韧带在这个位置已被拉紧,当股骨稍加内旋,或因足内旋带动胫骨外旋,这轻微的一个力就足以让前叉韧带损伤。这个力也就是压死骆驼的最后一根稻草。

非接触性损伤可能发生于膝关节接近或完全伸直的减速和加速动作中,此时股四头肌过度收缩而腘绳肌协同收缩不足。通常发现因该机制损伤的患者有膝过伸的体态。

神经肌肉失衡可能与损伤有关。我们常发现女性患者多于男性,而女性比男性有更明显的股四头肌优势的运动模式。统计也发现,男性腘绳肌的募集明显高于女性。男性腘绳肌与股四头肌的峰值扭矩比也往往大于女性。因此作为股四头肌的拮抗肌——腘绳肌,其力量对前叉韧带损伤可能有较大影响。

也有人也认为前叉韧带非接触性损伤的机制是:当膝盖外翻时,内侧副韧带拉紧并且膝关节外侧距离变小。在此状态小股四头肌收缩会导致股骨相对于胫骨的位移,其中股骨外侧髁向后移动,胫骨前移、内旋,从而导致前叉韧带损伤。如果韧带撕裂了,限制胫骨前移的力量消失,将导致股骨内侧髁也向后移位,胫骨则外旋。

总而言之,非接触性损伤的机制与下肢的动态排序和肌肉有很大关联。如果不解决该问题,伤后很容易复发甚至恶化。

四、恢复时间

前叉韧带扭伤,即I级或II级损伤,恢复时间在6周~6个月不等。

五、相关解剖

1、宏观

前交叉韧带是被滑膜组织包裹的关节内韧带,呈束状长约3.5厘米 。其血供丰富(膝正中动脉),含有神经末梢,对股四头肌张力有一定调节作用,并有本体感觉功能。其下部成扇形展开,起自胫骨髁间隆起的前方;中部狭窄,斜向后上外方走行;上部较小程度展开,止于股骨外侧髁的内侧面(即韧带在胫骨的附着比在股骨更宽一些)。其如同一个稳定器,允许关节在运动功能范围内正常活动,并在伸直位与内侧副韧带协同工作以限制轴向旋转。

前交叉韧带包括前内侧束(AMB)和后外侧束(PLB)。前内侧束的走向更垂直(与膝盖基线约70°),而后外侧束的走向更水平(与膝盖基线约55°)。 前内侧束在膝关节屈曲时绷紧,在膝关节伸展时松弛 ;后外侧束在膝关节伸展时绷紧,在膝关节屈曲时松弛。前内侧束和后外侧束之间有一条连接带叫做中间束,AMB和PLB通过中间束的胶原桥相互作用。中间束在从伸展到屈曲的整个关节活动中都是绷紧的。

前内侧束被认为在屈曲位维持膝盖稳定,后外侧束在伸直位维持稳定,但前叉韧带实际上是一个连续的整体,其不同部分在整个运动范围内都绷紧,所以仍应把前叉韧带作为整体分析。 这在临床上具有重要意义,因为在膝盖的任何位置,前叉韧带的一部分都保持处于张力和功能状态。

前交叉韧带是膝关节第二强大的韧带(第一是髌韧带),前交叉韧带可防止胫骨相对股骨向前运动。在膝关节完全伸直时,前交叉韧带承担了75%向前的力,屈曲30度时承担87%,屈曲90度时承担85%。前叉韧带在屈膝30°时张力达到最高,所以我们看到有些试验需要在屈膝30°时进行。膝关节稳定结构还有髂胫束、内侧和外侧囊,以及内侧外副韧带。 前交叉韧带和后交叉韧带一同阻止和限制膝关节过伸、过屈和内旋。

膝关节前叉韧带损伤时:内侧关节外结构在整个关节活动范围防止前移和外旋;外侧副韧带和后外侧结构只在膝关节伸直时防止前移;内侧半月板也在整个关节活动范围防止前移。前交叉韧带是防止胫骨相对股骨前移的主要稳定结构,当前叉损伤后,上述各结构可能因代偿而劳损。

2、微观

前叉韧带因其复杂的微观结构、多束纤维的组合、强大的弹力系统而区别于其他韧带。前叉的组成中,约90% I 型胶原,10% III 型胶原(I型胶原蛋白相对坚硬,III型胶原蛋白具有一定弹性)。前叉韧带能够承受多个方向的应力。

相关链接:https://core.ac.uk/download/pdf/159153556.pdf

3、生物力学

  • 前叉韧带最大承受的拉力约为2160N。
  • 在伸直位抵抗胫骨前移,后外侧束张力最高。张力随屈曲角度增加而减少。
  • 在60°位抵抗胫骨前移,前内侧束张力明显高于其余两束。
  • 在限制胫骨前移中,后外侧束总体上限制更多,但其张力随角度变化较明显。前内侧束张力较恒定。
  • 在伸直位和屈曲15°时抵抗膝盖扭转(胫骨外旋、股骨内旋),前内侧束张力高于其余两束。
  • 在30°和15°位抵抗膝盖扭转(胫骨外旋、股骨内旋),中间束张力高于其余两束。
  • ……

相关链接:https://www.arthroscopyjournal.org/article/S0749-8063(11)00996-0/fulltext
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4757662/

六、关联损伤

前叉韧带的损伤很少单独发生,其他合并损伤将影响后续诊断和治疗。

半月板:在许多前叉损伤中发现,有超过半数的案例伴有半月板损伤。其中比较严重的损伤为“三联征”,损伤部位包括前交叉韧带、内侧副韧带、内侧半月板。

内侧副韧带:在外翻位损伤时,如果同时存在前叉与内侧韧带的损伤,内侧韧带的损伤可能比前叉的损伤要严重。

骨挫伤

骨软骨损伤

胫骨平台骨折

七、检查

影像:磁共振

疼痛、水肿、膝关节活动度、相关肌力评估

特殊试验:前抽屉试验、拉赫曼试验、轴移试验

对于非接触式损伤的患者,应检查下肢排序和运动模式。

八、恢复方法

疼痛和肿胀应该是首先要解决的问题,超短波、电疗有助于缓解疼痛和肿胀。最需要恢复力量的肌肉是股四头肌和腘绳肌。腘绳肌作为协同肌肉,可以代偿前叉韧带的功能,应尽早开始锻炼。不过由于疼痛和肿胀的存在,肌肉体积难以增加,甚至可能出现继续萎缩的现象。但不进行训练,肌肉萎缩的速度会更快。

对于非接触式损伤还应纠正动作模式。

GIF:膝盖下压

GIF:脚跟支撑臀桥伴髋关节外展

纠正股骨内旋。视频来源PhysioU

九、鉴别诊断

  • 膝关节脱位
  • 半月板损伤
  • 侧副韧带损伤
  • 膝盖后外侧结构损伤
  • 骨折
  • ……

十、预防

  • 穿合适的运动鞋,不同运动项目的运动鞋尽量不要混穿
  • 合理安排运动强度与频率,防止肌肉疲劳
  • 在安全的场地进行体育活动,湿滑的地面将加大损伤风险
  • 膝盖曾受伤的人群应佩戴合适的护膝或进行贴扎防护,以提高膝盖稳定性
  • 膝盖曾受伤和力量不足的人群应保持力量训练,以提高膝盖稳定性
  • 做力所能及的技术动作,不必要的炫技与救球可能导致损伤

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