膝关节韧带
最近審查：04.07.2025
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膝关节韧带的附着
附着类型有两种：直接和间接。直接型的特点是大多数胶原纤维在其附着点直接穿透皮质骨。间接型的特点是入口处有大量胶原纤维延伸至骨膜和筋膜结构。这种类型的特征是与骨的附着部位较长。直接型的一个例子是膝关节内侧副韧带的股骨附着，其中柔韧的强韧带通过四壁结构过渡到坚硬的皮质板，即：膝关节韧带、未矿化的纤维软骨、矿化纤维软骨、皮质骨。一个韧带结构内不同类型附着的一个例子是前交叉韧带的胫骨附着。一方面，存在大量广泛的间接附着，其中大部分胶原纤维延续到骨膜中；另一方面，存在一些纤维软骨连接，胶原纤维直接进入骨中。
等距性
等长性是指膝关节韧带在关节活动过程中保持长度恒定。对于活动范围为135°的铰链关节，等长性概念对于正确理解其在正常和病理状态下的生物力学至关重要。在矢状面上，膝关节的运动可以归结为四个组成部分的连接：两条十字韧带及其起点之间的骨桥。其中，侧副韧带的排列最为复杂，这与膝关节在不同屈曲角度下关节活动时缺乏完全等长性有关。
膝关节十字韧带
膝关节十字韧带的血液供应来自正中动脉。全身神经支配由腘丛神经提供。
膝关节前交叉韧带是一条结缔组织带（平均长 32 毫米，宽 9 毫米），从股骨外髁的后内侧表面延伸到胫骨上的后髁间窝。正常的 ACL 在屈曲 90° 时倾斜角为 27°，胫骨和股骨附着点处的纤维旋转分量为 110°，胶原纤维束内扭转角在 23-25° 范围内变化。在完全伸展时，ACL 纤维大致平行于矢状面。膝关节韧带相对于纵轴略有旋转，胫骨起点的形状是椭圆形，前后方向比内外方向更长。
膝关节后交叉韧带较短，强度较大（平均长度30毫米），起于股骨内侧髁，呈半圆形。其近端前后方向较长，远端在股骨上呈弧形。由于股骨高位附着，后交叉韧带的走向几乎垂直。后交叉韧带的远端附着于胫骨近端后表面。
ACL 分为一条狭窄的前内侧束（屈曲时被拉伸）和一条宽的后外侧束（伸展时纤维张力增加）。VZKL 分为一条宽的前外侧束（腿部屈曲时被拉伸）、一条狭窄的后内侧束（伸展时受到张力）以及一条形状各异的半月板股骨带（屈曲时张力增加）。
然而，这只是对膝关节十字韧带束在屈伸运动过程中张力的一种条件性划分，因为很明显，由于它们之间密切的功能关系，不存在绝对等长的纤维。特别值得注意的是许多作者对十字韧带断面横向解剖的研究成果，这些研究表明后交叉韧带（PCL）的横截面积是前交叉韧带（ICL）的 1.5 倍（在股骨附着区域和膝关节韧带中部获得了统计可靠的数据）。横截面积在运动过程中不会发生变化。PCL 的横截面积从胫骨到股骨增大，而 ICL 则相反，从股骨到胫骨增大。膝关节半月板股骨韧带占膝关节后交叉韧带体积的 20%。 PCL 细分为前外侧、后内侧和半月板股骨部分。我们对这些作者的结论印象深刻，因为它们与我们对这个问题的理解一致，即：
- 重建手术不能恢复 PCL 的三组分复合物。
- PCL 的前外侧束是后内侧束的两倍大，在膝关节运动学中起着重要作用。
- 半月板股骨部分始终存在，其横截面尺寸与后内侧束相似。其位置、大小和强度在控制胫骨相对于股骨的后方和后外侧位移方面起着重要作用。
通过识别解剖区域来进一步分析膝关节的功能解剖学更为合适，因为被动（关节囊、骨骼）、相对被动（半月板、膝关节韧带）和主动稳定性成分（肌肉）之间存在密切的功能关系。
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内侧囊韧带复合体
从实际操作上讲，为了方便起见，将此部分的解剖结构分为深层、中层、浅层三层。
最深的第三层包括关节内侧囊，前部较薄。它不长，位于内侧半月板下方，使其与胫骨的连接比与股骨的连接更强。深层的中部由膝关节内侧副韧带的深叶代表。这部分分为股骨半月板部分和胫骨半月板部分。在后内侧部分，中层（II）与深层（III）融合。该区域称为后斜韧带。
在这种情况下，被动元素与相对被动元素的紧密融合清晰可见，这说明了这种划分的常规性，尽管它包含非常具体的生物力学含义。
膝关节韧带的后半月板股骨部分变薄，在关节屈曲时张力最小。半膜肌腱增强了这一区域的力量。部分肌腱纤维交织成腘斜韧带，该韧带从胫骨内侧面远端横向延伸至股骨外髁近端，并直达关节囊后部。半膜肌腱还在后斜韧带和内侧半月板前方发出纤维。半膜肌的第三部分直接附着于胫骨后内侧表面。在这些区域，关节囊明显增厚。半膜肌的另外两个头半膜韧带附着于胫骨内侧表面，向深处（相对于内侧副韧带）延伸至与腘绳肌连接的层。第三层最强的部分是内侧副韧带的深叶，其纤维与完全伸展时的前交叉韧带纤维平行。在最大屈曲时，内侧副韧带的插入点被拉向前方，导致韧带几乎垂直走行（即垂直于胫骨平台）。内侧副韧带深部的腹侧插入点位于内侧副韧带浅层的远端稍后方。内侧副韧带的浅叶在中间层纵向走行。在屈曲过程中，它保持垂直于胫骨平台表面，但随着股骨移位而向后移位。
由此可见，膝关节韧带各束的活动之间存在着清晰的相互联系和相互依赖关系。因此，在屈曲位时，膝关节韧带前纤维处于紧张状态，而后纤维处于松弛状态。由此我们得出结论：在膝关节韧带断裂的保守治疗中，需要根据膝关节韧带损伤的部位选择最佳的膝关节屈曲角度，以最大程度地减少撕裂纤维之间的分离。在手术治疗中，如果条件允许，也应在急性期缝合膝关节韧带，并考虑到膝关节韧带的这些生物力学特性。
关节囊II层和III层的后部连接于后斜韧带。该膝关节韧带的股骨起点位于股骨内侧表面，位于股骨后外侧韧带浅叶起点后方。膝关节韧带的纤维向后下方延伸，附着于胫骨关节端后内侧角区域。该膝关节韧带的半月板-胫骨部分对于半月板后部的附着至关重要。该区域也是半膜肌的重要附着点。
目前尚无定论，后斜韧带是一条独立韧带，还是BCL浅层的后部。在ACL损伤的情况下，膝关节的这一区域起着次要的稳定作用。
内侧副韧带复合体限制胫骨过度外翻和外旋。该区域的主要主动稳定结构是大“鹅足”（鹅足）肌肉的肌腱，它们在胫骨完全伸展时覆盖内侧副韧带 (MCL)。内侧副韧带（深部）与前交叉韧带 (ACL) 共同限制胫骨前移。内侧副韧带的后部，即后斜韧带，增强关节的后内侧部分。
最浅层的第一层由大腿深筋膜的延续和缝匠肌的肌腱延伸构成。在股外侧韧带浅层的前部，第一层和第二层的纤维变得不可分离。在背侧，第二层和第三层不可分离，股薄肌和短腱肌的肌腱位于关节上方，位于第一层和第二层之间。在后部，关节囊变薄，只有一层，但有一些隐藏的、不连续的增厚结构。
外侧关节囊韧带复合体
关节外侧部也由三层韧带结构组成。关节囊分为前部、中部、后部以及半月板股骨部和半月板胫骨部。关节外侧部有囊内肌腱腘肌腱，该肌腱延伸至外侧半月板的外周附着点，并附着于关节囊外侧部，在腘肌腱前方包含下膝肌腱。最深层（III）有数处增厚。内侧副韧带（MCL）是一条致密的纵向胶原纤维束，自由地位于两层之间。膝关节的这条韧带位于腓骨和股骨外侧髁之间。内侧副韧带的股骨起点位于连接腘肌腱入口（远端）和腓肠肌外侧头起始处（近端）的韧带上。稍后方最深处是弓状肌，它起源于腓骨头，在腘斜肌附近进入后关节囊。腘斜肌腱的功能类似于韧带。随着腿部屈曲度的增加，腘斜肌使胫骨内旋。也就是说，它更多地是腿部的旋转肌，而不是屈肌或伸肌。内侧副韧带（MCL）是病理性内翻偏斜的限制因素，尽管它在屈曲时会松弛。
外侧的浅层（I）是大腿深筋膜的延续，前外侧包围髂胫束，后外侧包围股二头肌腱。中间层（II）是髌腱，起源于髂胫束和关节囊，向内侧穿过并附着于髌骨。髂胫束协助内侧副韧带对关节进行侧向稳定。在接近Gerdy结节的插入部位时，髂胫束与肌间隔之间存在密切的解剖和功能关系。Muller V.（1982）将其命名为前外侧胫股韧带，它起着次级稳定器的作用，限制胫骨的前移位。
此外，还有四种韧带结构：膝关节外侧和内侧半月板髌韧带，以及膝关节外侧和内侧髌股韧带。然而，我们认为，这种划分是有条件的，因为这些结构本身就属于其他解剖和功能结构的一部分。
许多作者将腘肌腱的一部分区分为腘腓韧带，因为该膝关节韧带与弓状韧带（内侧副韧带，MCL）和腘肌腱共同支撑后交叉韧带，控制胫骨后移。我们在此不讨论各种关节结构，例如脂肪垫、近端胫腓关节，因为它们与关节的稳定无直接关系，尽管它们作为某些被动稳定元件的作用并不排除。
慢性创伤后膝关节不稳定发展的生物力学方面
J. Perry D. Moynes、D. Antonelli (1984) 使用非接触方法测量生物力学测试中的关节运动。
J. Sidles 等人（1988）使用了用于相同目的的电磁装置，并提出了处理膝关节运动信息的数学模型。
关节运动可以被认为是由多种机制控制的平移和旋转的各种组合。有四个因素影响关节稳定性，帮助保持关节面相互接触：被动软组织结构，例如膝关节的十字韧带和侧副韧带、半月板，它们要么直接通过拉紧相应组织来限制胫股关节的运动，要么间接地通过在关节上产生压缩负荷来起作用；主动肌肉力（主动动态稳定成分），例如股四头肌和腘绳肌的牵引，其作用机制与限制关节运动幅度和将一种运动转化为另一种运动有关；关节受到的外部影响，例如运动过程中产生的转动惯量；关节面的几何形状（绝对被动的稳定性要素），由于骨骼的关节面一致而限制关节的运动。胫骨和股骨之间有三个平移运动自由度，即前后、内外和近端-远端；以及三个旋转运动自由度，即屈曲-伸展、外翻-内翻和内外旋。此外，还有所谓的自动旋转，它由膝关节关节面的形状决定。因此，当腿伸展时，会发生外旋，其幅度较小，平均为1°。
膝关节韧带的稳定作用
大量的实验研究使我们能够更详细地研究韧带的功能。我们使用了选择性切片法。这使我们能够在膝关节韧带正常和损伤的情况下制定主要和次要稳定器的概念。我们在 1987 年发表了类似的提案。该概念的本质如下。在外力作用下，对前后脱位（平移）和旋转提供最大抵抗力的韧带结构被视为主要稳定器。在外部负荷下提供较小抵抗力的元素是次要限制器（稳定器）。主要稳定器的孤立交叉会导致平移和旋转显著增加，而这些平移和旋转受到该结构的限制。当次要稳定器交叉时，在主要稳定器的完整性下不会观察到病理位移的增加。当次要稳定器的截面损伤和主要稳定器的破裂时，胫骨相对于股骨的病理位移会更显著地增加。膝关节韧带可以作为某些平移和旋转运动的主要稳定器，同时也限制其他关节运动。例如，股外侧韧带（BCL）是胫骨外翻偏斜的主要稳定器，同时也是胫骨相对于股骨前移的次要限制器。
膝关节前交叉韧带是限制胫骨在膝关节所有屈曲角度前移的主要器官，承担了该运动约80-85%的阻力。在关节屈曲30°时，限制值最大。单独切断ACL，30°时的平移量大于90°时的平移量。ACL还主要限制胫骨在关节完全伸展和30°屈曲时向内侧的移位。ACL作为稳定器的另一个作用是限制胫骨的旋转，尤其是在完全伸展时，并且对内旋的抑制作用大于对外旋的抑制作用。然而，一些作者指出，单独损伤ACL，只会出现轻微的旋转不稳定性。
我们认为，这是因为ACL和PCL都是关节中轴的组成部分。ACL对胫骨旋转的杠杆作用力极小，而PCL几乎不存在杠杆作用。因此，十字韧带对旋转运动限制的影响微乎其微。ACL与后外侧结构（腘绳肌腱、内侧副韧带、腘腓大肌腱）的单独交叉会导致胫骨前后位移、内翻和内旋增加。
主动动态稳定组件
在针对该问题的研究中，人们更加关注肌肉在关节屈曲特定角度时，通过张力或松弛对被动韧带稳定元素的影响。因此，当小腿屈曲 10° 至 70° 时，大腿股四头肌对膝关节十字韧带的影响最大。大腿股四头肌的激活会导致前交叉韧带 (ACL) 张力增加。相反，后交叉韧带 (PCL) 张力会降低。当屈曲超过 70° 时，大腿后群肌肉（腘绳肌）会略微降低 ACL 张力。
为了确保材料呈现的一致性，我们将简要重复前面章节中详细讨论过的一些数据。
稍后将更详细地讨论关节囊韧带结构和关节周围肌肉的稳定功能。
什么机制确保了如此复杂组织的系统在静态和动态上的稳定性？
乍一看，这里起作用的力量在额状面（外翻-内翻）和矢状面（前后位移）上是相互平衡的。实际上，膝关节稳定程序要深入得多，它基于扭转的概念，即其稳定机制基于螺旋模型。因此，胫骨内旋伴随着其外翻偏斜。外关节面运动大于内关节面。开始运动时，髁在屈曲的第一个角度沿旋转轴方向滑动。在胫骨外翻偏斜和外旋的屈曲位置，膝关节的稳定性远低于在内翻偏斜和内旋的屈曲位置。
为了理解这一点，让我们考虑关节面的形状和三个平面的机械负荷条件。
股骨和胫骨的关节面形状不一致，即前者的凸度大于后者的凹度。半月板使它们相一致。因此，实际上存在两个关节——半月板股骨关节和胫骨关节。在膝关节半月板股骨部分屈曲和伸展时，半月板的上表面与股骨髁的后表面和下表面接触。它们的构造是，后表面形成一个半径为5厘米的120°圆弧，下表面形成一个半径为9厘米的40°圆弧，也就是说，有两个旋转中心，在屈曲时，一个旋转中心会取代另一个旋转中心。实际上，髁状突呈螺旋状扭转，曲率半径沿前后方向不断增大，而先前提到的旋转中心仅对应于屈伸时旋转中心沿其移动的曲线端点。膝关节外侧韧带的起点对应于其旋转中心。随着膝关节伸展，膝关节韧带会被拉伸。
膝关节的半月板-股骨段可进行屈曲和伸展运动，而由半月板下表面和胫骨关节面组成的半月板-胫骨段可进行绕纵轴的旋转运动。后者仅在关节弯曲时才有可能。
在屈伸过程中，半月板也会沿着胫骨关节面前后移动：屈伸时，半月板与股骨一起向后移动；伸展时，半月板向后移动，即半月板胫骨关节可活动。半月板的前后移动是由股骨髁的压力引起的，是被动的。然而，半膜肌和腘肌腱受到牵引，会导致其部分向后移位。
因此，可以得出结论，膝关节的关节面是不一致的，它们由关节囊韧带元素加强，当承受负荷时，关节囊韧带元素会受到三个相互垂直平面上的力。
膝关节的中心枢纽，保证膝关节的稳定性，是膝关节十字韧带，它们相互补充。
前交叉韧带起自股骨外髁内侧，止于髁间隆起前部。它由三束组成：后外侧束、前外侧束和中间束。屈曲30°时，前侧纤维比后侧纤维紧张；屈曲90°时，前侧纤维和后侧纤维的紧张程度相同；屈曲120°时，后侧和外侧纤维的紧张程度均高于前侧纤维。胫骨完全伸直并进行内外旋时，所有纤维均处于紧张状态。胫骨内旋30°时，前侧纤维紧张，后侧纤维松弛。膝关节前交叉韧带的旋转轴位于后外侧部。
后交叉韧带起于股骨内侧髁外表面，止于胫骨髁间隆起后部。它由四束组成：前内侧韧带、后外侧韧带、半月板股骨韧带（Wrisbcrg）以及最前向的韧带，或称Humphrey韧带。在额状面上，后交叉韧带的朝向为52-59°；在矢状面上，后交叉韧带的朝向为44-59°。这种多变性源于它具有双重作用：屈曲时，前纤维被拉伸；伸展时，后纤维被拉伸。此外，后纤维还参与水平面上旋转的被动对抗。
胫骨外翻外旋时，前交叉韧带限制胫骨平台内侧部向前移位，后交叉韧带限制其外侧部向后移位；胫骨外翻内旋时，后交叉韧带限制胫骨平台内侧部向后移位，前交叉韧带限制其内侧部向前脱位。
当小腿屈肌和伸肌紧张时，膝关节前交叉韧带的张力会发生变化。因此，根据P. Renstrom和SW Arms（1986）的研究，当膝关节被动屈曲0至75°时，膝关节韧带的张力不变；当坐骨小腿肌肉等长紧张时，胫骨前移位会减小（最大影响在30至60°之间）；当膝关节屈曲0至30°时，股四头肌的等长和动态紧张通常伴随膝关节韧带的紧张；当屈曲角度小于45°时，小腿屈肌和伸肌同时紧张时，其张力不会增加。
膝关节周围受关节囊及其增厚部分和韧带的限制，这些韧带是被动稳定器，可抵消胫骨在前后方向的过度位移、过度偏斜和在各种位置的旋转。
内侧副韧带或胫骨副韧带由两束组成：一束浅韧带，位于股骨髁结节和胫骨内表面之间；另一束深韧带，较宽，位于浅筋膜前后。膝关节该韧带的后侧和斜侧深纤维在屈曲（90°）至完全伸展时被拉伸。胫骨副韧带防止胫骨过度外翻和外旋。
膝关节胫侧副韧带后方有一处纤维集中区，称为后内侧纤维腱核（noyau fibro-tendineux-postero-interne）或后内侧角点（point d'angle postero-inteme）。
外侧副韧带或腓侧副韧带属于关节外韧带。它起于股骨外侧髁结节，并附着于腓骨头。该膝关节韧带的功能是防止胫骨过度内翻和内旋。
后部是腓骨韧带，起源于腓骨并附着于腓骨头。
在这两条韧带之间是后外侧纤维腱核（noyau fibro-tendmeux-postero-externe）或后内侧角点（point d'angle postero-externe），由腘肌腱与关节囊增厚部（腘弓外弓或膝关节韧带）最外侧纤维附着形成。
后韧带在限制被动伸展方面发挥着重要作用。它由三部分组成：中间部分和两侧部分。中间部分与膝关节腘斜韧带的延伸部分以及半膜肌的末端纤维相连。膝关节腘斜韧带的弓状结构延伸至腘肌，其两束纤维构成后正中结构。该弓状结构仅在13%的病例中（根据Leebacher的说法）对关节囊起到强化作用，而在20%的病例中对腓骨韧带起到强化作用。这些不稳定韧带的重要性呈反比关系。
膝关节翼状韧带，又称髌骨支持带，由多个囊状韧带结构构成，包括股髌韧带、股内外肌的斜肌纤维和交叉纤维、大腿阔筋膜的斜肌纤维以及缝匠肌腱膜。这些纤维方向的多变性以及与周围肌肉的紧密连接（收缩时可使其伸展），解释了这些结构能够发挥主动和被动稳定器的功能，类似于十字韧带和侧副韧带。
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膝关节旋转稳定性的解剖学基础
关节囊增厚区之间的纤维腱关节周围核（les noyaux fibro-tendineux peri-articulaires）由韧带构成，其中可区分出四个纤维腱关节周围核，换句话说，可区分出关节囊的不同部分和活跃的肌肉腱成分。四个纤维腱关节周围核分为两个前核和两个后核。
前内侧纤维腱核位于膝关节胫侧副韧带前方，包括其深束纤维、股髌韧带和内侧髌半月板韧带；缝匠肌腱、股薄肌、半膜肌腱斜部、股股肌腱部的斜纤维和垂直纤维。
后内侧纤维腱核位于膝关节胫侧副韧带浅束后方。在此间隙中，可以辨别出上述膝关节韧带的深束、来自髁的斜束、腓肠肌内侧头的附着处以及半膜肌腱的直束和返束。
前外侧纤维腱核位于腓侧副韧带前方，包括关节囊、膝关节的股髌韧带和外侧髌韧带、阔筋膜张肌的斜纤维和垂直纤维。
后外侧纤维腱核位于膝关节腓侧副韧带后方。它由腘窝腱、腓骨腱、来自髁的最表层纤维以及腘窝弓外侧部（弓）的纤维（膝关节韧带）、腓肠肌外侧头的附着处以及股二头肌腱组成。