7.3.4 讨论与思考
7.3.4.1 韧带重建对膝关节力学环境的影响
ACL的单束重建及双束重建均影响了膝关节内骨组织的应力分布，就应力大小而言，ACL重建主要改变了关节面附近骨隧道周围的应力分布，而此处也正是骨隧道扩大的高发区域。膝关节上所受竖直压力常见于直立、行走和上下楼梯等日常活动，而本研究发现，竖直压力作用下，膝关节在单束ACL重建后，胫骨骨隧道前方应力增长，后方的内、外侧应力下降，此种应力改变必然会随人的日常活动频繁出现在膝关节组织上，从而有可能导致异常的骨重建现象，如骨生长或骨吸收。具体来说，对于关节面附近骨隧道周围的骨组织来说，异常骨重建可能会导致：
（1）骨隧道扩大或变形，导致螺钉不再适合骨隧道而发生松动，影响韧带移植体在骨隧道内的稳定性。同时，关节面附近股隧道周围形态的改变也可能导致周围软骨及半月板的变形或损伤[28]。
（2）局部的软骨下骨的重建。已有研究表明，由于软骨下骨异常生长导致的软骨正常生理活动的改变可能是导致骨性关节炎的原因之一[3538]。
韧带重建影响了膝关节内骨组织上的应力方向。在外翻载荷及内旋载荷作用下，原本在正常膝关节内集中于前交叉韧带胫骨止点处的第一主应力转移到了骨隧道内韧带移植体的固定端。此外，韧带重建后，关节面上第一主应力降低，第三主应力升高。根据沃尔夫定律，正常的骨重建平衡可能会由于关节组织应力大小及方向的改变而发生异常。从而导致关节面和骨隧道的形态发生改变，成为导致软骨退化和骨隧道扩大的重要因素。
7.3.4.2 单束和双束重建的比较
如前所述，骨隧道的建立影响了关节骨组织正常的应力分布，因此可能成为导致骨隧道扩大及骨性关节炎的诱因。而双束重建比单束重建需要建立额外的骨隧道来固定韧带移植体，因此可能会增加膝关节应力改变的风险。
并且计算表明，前交叉韧带双束重建后，两条骨隧道中间的骨组织发生显著的应力增长现象，此处应力的峰值甚至超过了骨重建理论中发生微损伤的阂值。根据骨重建的理论，尽管较高的应力水平有利于骨组织的生长，但是过高的应力会导致组织上的微损伤。因此，双束重建后可能会使得两条骨隧道之间的组织发生吸收，导致骨隧道的穿透和扩大，不仅会使得韧带移植体发生松动，而且会改变韧带移植体的止点位置和约束力的方向，使得双束重建的初衷，重建前交叉韧带的前内侧和后外侧功能束，发生改变。这一现象与临床上骨隧道穿透的症状相吻合。
临床研究发现上，40%左右的患者在双束重建后发生了一定程度的骨隧道穿透症状，成为导致韧带移植体松动和手术失败的重要诱因[39]。此外，有研究指出，当患者本身的前交叉韧带止点区域的宽度过小，小于12mm时，采用双束重建则可能增加骨隧道扩大的风险，因而建议采用单束重建的方案[29]。本研究从力学环境的角度，指出了前交叉韧带重建对膝关节骨组织可能发生的影响，这一因素也许恰恰是导致韧带重建术后并发症的重要原因之一。因此，仅仅从术后短期的膝关节运动学和动力学指标来评价前交叉韧带重建术的疗效是不够完备的。手术中骨隧道和韧带移植体的建立对膝关节力学环境的改变可能与手术远期的疗效密切相关。
7.3.4.3 钻孔导向角对膝关节力学环境的影响
研究表明，前交叉韧带重建会不同程度的改变膝关节中的力学环境，进而影响关节组织正常的生理活动，骨隧道钻孔导向角的大小会影响力学环境改变的程度，即可以通过改变骨隧道的钻孔导向角来减小手术对力学环境的影响。从应力分布的角度看，采用较小的钻孔导向角会显著的改变关节面上的应力分布，不仅会导致骨隧道异常的骨重建现象还会严重影响骨隧道附近的软骨等组织。当钻孔导向角逐渐增大时，骨隧道前缘异常的应力增长程度也逐渐下降，胫骨上应力方向的改变也趋向于正常，应力异常的区域面积也相应降低。从这一角度看，采用较大的骨隧道钻孔导向角将有利于为韧带重建后的膝关节提供有利的康复环境，但当钻孔导向角超过55°后，应力改变的程度趋于平稳。
离体实验研究报道，若采用较小的钻孔导向角会使得骨隧道端口处的面积过大，延伸至周围软组织的附着区域，导致继发性的损伤[28]。而且，较小的骨隧道意味着隧道和胫骨平台的夹角较小，两者之间的骨层较薄，极易导致中间骨组织的微骨折，危及到附近的软组织。此外，钻孔导向角越小也同时意味着骨隧道的长度越短。韧带移植体在骨隧道内通过界面螺钉的挤压固定于骨隧道壁面上，较短的骨隧道长度意味着韧带移植体 界面螺钉 骨隧道之间的有效固定区域较小，韧带与骨组织不易结合，也可成为导致韧带移植体松动的诱因之一。反之，钻孔导向角过长意味着骨隧道的创建将失去较多的估量，并且较难制备相应长度的韧带移植体与之匹配。综合考虑以上因素，本研究认为采用55°～65°的钻孔导向角可以在一定长度上优化术后的力学环境，有利于膝关节的术后康复。
前交叉韧带重建后，膝关节内软组织的力学环境也关系着术后的疗效。因此，本研究进一步考察了钻孔导向角对膝关节半月板和韧带移植体的影响。研究发现，钻孔导向角对半月板组织的影响较小。而韧带移植体上的载荷水平也均在正常的范围内，与文献报道的结果较为一致[32，33，40，41]。
本研究仍存在较多的局限性。主要包括：①未考虑骨组织的各向异性和非线性。本研究主要研究关节面附近组织力学环境的改变情况，尽管骨组织属于非均匀的材料，但在关节面附近局部差异相对较小，因而所得的力学环境改变趋势仍具有指导意义。②本研究仅仅对膝关节的三种典型力学环境进行了静态的模拟。但实际复杂的环境由基本的载荷和边界条件叠加而成，因而具有一定的理论意义。但在后续的研究中需进一步考察复杂极端环境下的膝关节力学环境，为前交叉韧带重建手术的评价和改进提供更为充足可靠的理论依据。③在实际的手术中，韧带移植体往往取自自身的肌腱组织，因而与真实的前交叉韧带有一定的差异，主要表现在其刚度、强度以及粘弹性效应上。韧带移植体的力学属性改变与骨隧道等因素一起导致了膝关节生物力学环境的改变。本研究主要关注骨隧道对关节面附近力学环境的影响，因而假设韧带移植体的力学属性与前交叉韧带相同，从而排除该因素的干扰。在后续的研究中，需着重对韧带移植体力学属性的改变情况进行定量严谨的分析。④本研究中着重讨论关节面附近的力学环境，因而通过约束方程建立了韧带移植体与骨隧道之间的固定关系，简化了界面螺钉的几何模型。事实上，界面螺钉本身可能会对骨隧道深处的力学环境带来影响，导致应力遮挡等术后问题，需要在今后的研究中进一步加以讨论。