Giới thiệu
Dây chằng chéo trước (ACL) là một cấu trúc quan trọng trong khớp gối, vì nó chống lại lực dịch chuyển xương chày ra trước và lực xoay (vặn xoắn). Đây là một trong những cấu trúc bị thương thường xuyên trong các hoạt động thể thao hoặc tác động mạnh từ bên ngoài.
ACL không lành khi bị rách và phẫu thuật tái tạo là phương pháp điều trị tiêu chuẩn trong lĩnh vực y học thể thao. Tái tạo như vậy nhằm mục đích khôi phục lại động học và ổn định của đầu gối bị thương, để ngăn những thay đổi về thoái hóa khớp trong tương lai.
Hiểu giải phẫu phức tạp, chức năng và cơ sinh học của ACL rất quan trọng để làm rõ các cơ chế chấn thương, hiểu được tình trạng thiếu hụt ACL mãn tính và tập luyện phục hồi sau phẫu thuật.
Sự phát triển của ACL
Đầu gối bắt nguồn từ mô trung bì mạch máu của xương đùi và xương chày vào tuần thứ 4 của thai kỳ, giữa các blastoma của xương đùi và xương chày. Đến tuần thứ 9, các dây chằng chéo được cấu tạo từ nhiều nguyên bào sợi chưa trưởng thành với tế bào chất ít và nhân hình thoi. Sau tuần 20, sự phát triển còn lại chủ yếu là tăng trưởng đáng kể mà không thay đổi nhiều về hình dạng. Ở những giai đoạn này, hai bó chính đã có thể phát hiện được, nhưng các bó này có vẻ song song hơn so với hướng của các bó ở dây chằng chéo trước (ACL) của người trưởng thành. Nó được bao quanh bởi một nếp gấp giống như màng treo ruột của màng hoạt dịch, bắt nguồn từ cấu trúc bao sau của khớp gối. Do đó, mặc dù ACL nằm trong khớp, nó vẫn nằm ngoài màng hoạt dịch trong suốt quá trình phát triển. Sự biểu hiện sớm của ACL với hai bó khác nhau trong đầu gối thai nhi gợi ý rằng sự phát triển ban đầu của khớp gối được hướng dẫn bởi ACL. Sự hiện diện của các dây chằng chéo ở giai đoạn phát triển sớm này có thể dẫn đến giả định rằng chúng tương tác với hình dạng kết quả của lồi cầu xương đùi và cao nguyên xương chày.(Tài liệu tham khảo)
Bám tận vào xương đùi (Femoral Attachment)
Dây chằng chéo trước (ACL) là một cấu trúc dạng dải của các mô liên kết đặc. ACL bám vào một hố nằm ở mặt sau của mặt trong lồi cầu ngoài xương đùi . Vị trí bám vào xương đùi có hình dạng giống một đoạn cung tròn, với bờ trước thẳng và bờ sau lồi. Trục dọc của vùng bám này hơi nghiêng về phía trước so với phương thẳng đứng, và phần lồi phía sau song song với bờ khớp sau của lồi cầu ngoài xương đùi.
Từ điểm bám vào xương đùi, ACL chạy về phía trước, vào trong và xuống dưới đến xương chày. Chiều dài của ACL dao động từ 22 đến 41 mm (trung bình khoảng 32 mm), và chiều rộng dao động từ 7 đến 12 mm. [12]
Bám tận vào xương chày (Tibial Attachment)
Dây chằng chéo trước (ACL) bám vào một hố nằm phía trước và bên ngoài của gai chày trước. Tại vị trí bám này, ACL đi bên dưới dây chằng ngang sụn chêm (transverse meniscal ligament), và một vài bó sợi (fascicle) của ACL có thể hòa trộn với điểm bám trước của sụn chêm ngoài. Trong một số trường hợp, các bó sợi xuất phát từ phần sau của điểm bám chày của ACL có thể kéo dài và hòa lẫn với điểm bám sau của sụn chêm ngoài.
Vị trí bám vào xương chày của ACL có chiều rộng lớn hơn và cấu trúc chắc hơn so với điểm bám vào xương đùi. Diện tích thiết diện ngang của ACL tăng dần từ phía đùi đến phía chày, cụ thể như sau: 34 mm² ở gần đùi, 33 mm² ở đoạn gần giữa, 35 mm² tại phần giữa thân dây chằng, 38 mm² ở đoạn giữa xa, và 42 mm² ở đoạn xa (gần xương chày). Ngoài ra, người ta cũng ghi nhận rằng diện tích vùng bám vào xương chày của ACL xấp xỉ bằng 120% so với vùng bám vào xương đùi.
Định hướng không gian (Spatial Orientation)
Các tài liệu y văn trở nên phức tạp khi phân loại giải phẫu bó sợi (fascicular anatomy) của dây chằng chéo trước (ACL). Theo Welsh (1980) và Arnoczky (1983), ACL được mô tả như một cấu trúc liên tục rộng, gồm các bó sợi gắn kết, với các phần khác nhau sẽ căng ở những giai đoạn khác nhau trong suốt tầm vận động của khớp. Tuy nhiên, theo quan điểm chức năng, Girgis và cộng sự đã chia ACL thành hai bó: bó trước trong (anteromedial bundle – AMB) và bó sau ngoài (posterolateral bundle – PLB). Một số tác giả khác đề xuất chia ACL thành ba bó chức năng: AMB, bó trung gian (intermediate band) và PLB. Một nghiên cứu gần đây sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) kết hợp với mô hình hóa 3D cho thấy 3 bó được quan sát thấy ở 22 đầu gối (92%) và 2 bó ở 2 đầu gối (8%) trong nhóm đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên, mô hình hai bó (AMB và PLB) hiện được chấp nhận rộng rãi như là cách mô tả hợp lý nhất để hiểu rõ chức năng của ACL.
ACL đi theo hướng ra trước, vào trong và xuống dưới khi di chuyển từ xương đùi đến xương chày. Trong quá trình này, dây chằng có một sự xoắn nhẹ theo hướng ra ngoài (xoắn ngoài), hiện tượng này là do sự sắp xếp không gian của các điểm bám xương. Hướng bám của ACL trên xương đùi, tùy thuộc vào tư thế khớp (gập/duỗi), đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ căng tương đối của dây chằng trong suốt tầm vận động. Vị trí bám của ACL là tập hợp các bó sợi riêng lẻ tỏa ra theo dạng quạt trên một vùng phẳng và rộng. Các bó sợi này thường được chia thành hai nhóm chính:
Bó trước trong (Anteromedial Bundle – AMB)
Trên mặt phẳng đứng ngang (frontal plane), AMB có hướng gần như thẳng đứng, với góc khoảng 70° so với trục dọc của khớp gối.
AMB có độ chùng vừa phải khi khớp gối ở tư thế duỗi, và trở nên căng khi gối gập.
Chức năng chính của AMB là trong thì gập của khớp gối.
Bó sau ngoài (Posterolateral Bundle – PLB)
Bắt nguồn từ phần xa (distal) của điểm bám trên xương đùi và kết thúc tại phần sau ngoài (posterolateral) của điểm bám trên xương chày.
PLB có hướng nằm ngang hơn, với góc khoảng 55° so với trục của khớp gối.
PLB căng khi khớp gối ở tư thế duỗi và chùng khi gối gập.
Chức năng chính của PLB là trong thì duỗi của khớp gối.
Xoay trong (internal rotation) làm tăng chiều dài của dây chằng chéo trước (ACL) nhiều hơn so với xoay ngoài (external rotation), đặc biệt rõ rệt ở góc gập gối 30 độ. Ngoài ra, Markolf và cộng sự báo cáo rằng ACL đóng vai trò như một yếu tố hạn chế thứ cấp đối với chuyển động lệch trục trong–ngoài (varus–valgus) khi khớp gối ở tư thế duỗi hoàn toàn. [19]
Các lực xoắn vặn (twisting forces) được kháng lại nhờ sự kết hợp của: hiện tượng cắt bao khớp (capsular shearing), hoạt động xiên của dây chằng bên (collateral ligaments), hình dạng mặt khớp, và cấu trúc hình học của sụn chêm; trong đó các dây chằng chéo chỉ đóng vai trò thứ yếu.
Mặc dù mô hình phân chia ACL thành hai bó (AMB và PLB) mang lại cái nhìn tổng quát về đặc điểm động học của dây chằng trong suốt tầm vận động, nhưng cách phân loại này có phần đơn giản hóa quá mức. Thực tế, các phần khác nhau của ACL sẽ căng ở những giai đoạn khác nhau trong quá trình vận động của khớp. Điều này mang ý nghĩa lâm sàng rất quan trọng, bởi vì ở bất kỳ tư thế nào của khớp gối, luôn có một phần của ACL duy trì độ căng và vẫn đảm nhiệm chức năng ổn định.
Vi thể giải phẫu (Micro Anatomy)
Cấu trúc siêu vi phức tạp, sự sắp xếp đa hướng của các bó sợi trong dây chằng chéo trước (ACL), cùng với hệ thống sợi đàn hồi phong phú khiến ACL khác biệt rõ rệt so với các dây chằng và gân khác. ACL là một cấu trúc độc đáo và phức hợp, có khả năng chịu được các lực căng đa trục và biến thiên trong ứng suất kéo.
Dưới kính hiển vi, có thể phân biệt ba vùng chính trong cấu trúc ACL:
- Phần gần (proximal) – là vùng ít đặc chắc nhất, giàu tế bào, chủ yếu là các tế bào hình tròn hoặc hình bầu dục, kèm theo một số nguyên bào sợi hình thoi. Vùng này chứa collagen type II và các glycoprotein như fibronectin và laminin.
- Phần giữa (middle) – có mật độ cao các nguyên bào sợi hình thoi và hình suốt chỉ (fusiform and spindle-shaped fibroblasts), giàu sợi collagen, đồng thời chứa các vùng mô sụn và sụn sợi (fibrocartilage), đặc biệt ở phần trước – nơi dây chằng tiếp xúc với bờ trước của hõm gian lồi cầu (intercondylar notch). Vùng này cũng chứa các sợi đàn hồi và sợi oxytalan. Sợi oxytalan chịu được các lực căng đa hướng ở mức vừa phải, trong khi sợi đàn hồi hấp thụ các lực căng tái hồi có cường độ cao. Các nguyên bào sợi hình thoi và hình suốt chỉ nổi bật ở phần này – còn được gọi là vùng hình thoi (fusiform zone) – nằm ở phần giữa và 1/4 gần của dây chằng.
- Phần xa (distal) – là vùng đặc chắc nhất, giàu tế bào sụn non (chondroblasts) và nguyên bào sợi hình bầu dục, nhưng mật độ bó sợi collagen lại thấp. Các nguyên bào sợi nằm hai bên các bó collagen, có hình dạng tròn đến bầu dục, tương tự như các tế bào sụn khớp. Ở phần trước của ACL, cách điểm bám vào xương chày khoảng 5–10 mm, dây chằng được bao quanh bởi một lớp mô sợi đặc thay vì mô hoạt dịch. Đây chính là vùng mà dây chằng bị chèn ép vào bờ trước của hõm gian lồi cầu xương đùi khi khớp gối duỗi hoàn toàn.
Cấu trúc vùng bám (Insertional Anatomy)
Vùng bám đầu trên (xương đùi) và đầu dưới (xương chày) của ACL có đặc điểm mô học giống kiểu điểm bám sụn xương tại mỏm xương (chondral apophyseal enthesis), bao gồm bốn lớp cấu trúc:
- Lớp 1: Gồm các sợi dây chằng.
- Lớp 2: Vùng sụn chưa khoáng hóa, với các tế bào sụn sợi (fibrocartilaginous cells) sắp xếp trong các bó collagen.
- Lớp 3: Vùng sụn đã khoáng hóa.
- Lớp 4: Tấm xương dưới sụn (subchondral bone plate), nơi sụn khoáng hóa gắn chặt vào xương.
Chính cấu trúc đặc biệt này cho phép ACL có vùng chuyển tiếp sinh học từ mô cứng (xương) sang mô mềm (dây chằng), giúp thay đổi độ cứng một cách dần dần và tránh tập trung ứng suất tại điểm bám. Thành phần collagen chủ yếu của ACL là collagen type I, trong khi mô liên kết lỏng lẻo quanh dây chằng chứa collagen type III.
Khác biệt mô học giữa các bó dây chằng
Một nghiên cứu giải phẫu cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc giữa bó trước trong (anteromedial bundle – AMB) và bó sau ngoài (posterolateral bundle – PLB). Ở phần trước của AMB, hình thái tế bào không giống với phần còn lại của ACL – các tế bào ở đây không có hình dạng dài điển hình. Vùng này tiếp xúc trực tiếp với hõm gian lồi cầu khi gối ở tư thế duỗi hoàn toàn. Dưới kính hiển vi, khu vực này cho thấy sự hiện diện của tế bào gân (tenocytes) và tế bào dạng sụn (chondrocyte-like cells), trong đó các tế bào sụn có thể sản xuất một lượng nhỏ collagen type II – đặc trưng của mô sụn.
Sự hiện diện của tế bào sụn được cho là một đáp ứng thích nghi sinh học của ACL đối với áp lực nén sinh lý, gây ra bởi sự chèn ép giữa dây chằng và bờ trước của hõm gian lồi cầu xương đùi khi gối duỗi hoàn toàn.
Đặc tính cơ học của AMB
Sử dụng kỹ thuật hình ảnh phân cực ánh sáng định lượng (QPLI), Skelley và cộng sự ghi nhận rằng bó trước trong (AMB) có độ cứng và sức mạnh tổng thể cao hơn so với PLB, với các sợi collagen được sắp xếp định hướng chặt chẽ hơn khi chịu tải.
Sinh cơ học
Các bó sợi của dây chằng chéo trước (ACL) không hoạt động như một dải sợi đơn giản với độ căng không đổi; thực tế, chúng thể hiện mô hình căng khác nhau trong suốt biên độ vận động đầy đủ. Việc phân chia ACL thành hai bó chức năng, bó trước trong (AMB) và bó sau ngoài (PLB), có vẻ là một sự đơn giản hóa quá mức, nhưng mô tả hai bó của các sợi ACL đã được chấp nhận rộng rãi làm cơ sở để hiểu chức năng của ACL. Thuật ngữ của các bó được chọn theo vị trí bám tận của chúng ở xương chày, với các sợi của AMB bắt nguồn từ phần gần nhất của điểm bám đầu xương đùi của AMB và bám tận ở vị trí trước trong của xương chày.
Sakane và cộng sự đã chứng minh rằng khi đáp ứng với lực kéo trước xương chày 134 N, lực tác động lên PLB cao hơn ở các góc gấp thấp hơn so với AMB. Tuy nhiên, AMB được cho là chịu nhiều lực bên ngoài hơn ở các góc gấp cao hơn. Sử dụng đồng hồ đo biến dạng kim loại lỏng, Bach và cộng sự báo cáo biến dạng cao hơn ở PLB so với AMB khi gấp gối dưới 20°. Một nghiên cứu sinh cơ học trên xác người báo cáo sự gia tăng không đáng kể trong dịch chuyển trước của xương chày sau khi rách một phần bó AM hoặc PL. Chức năng tương hỗ giữa hai bó vẫn chưa được kết luận rõ ràng trong y văn.
Một nghiên cứu gần đây được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến lực mô-men đa năng/robot và nhấn mạnh tầm quan trọng của PLB. Trong nghiên cứu này, lực tại chỗ của PLB đáp ứng với lực kéo trước 134 N cao nhất ở tư thế duỗi hoàn toàn và giảm dần khi tăng góc gấp. Các tác giả này còn chứng minh rằng PLB đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định đầu gối chống lại lực xoay kết hợp. Một nghiên cứu in vivo gần đây sử dụng phân tích stereophotogrammetric X-quang (RSA) đánh giá động học đầu gối của sáu đối tượng được tái tạo ACL (kỹ thuật một bó) và đầu gối không bị thương (bên đối diện) trong khi chạy xuống dốc. Các tác giả kết luận rằng tái tạo ACL một bó không thể phục hồi động học xoay bình thường của đầu gối trong quá trình chịu tải động. Kết luận, có vẻ có sự đồng thuận ủng hộ giả thuyết rằng PLB là yếu tố hạn chế xoay xương chày nhiều hơn so với AMB.
Sau khi ACL bị đứt, trục xoay của khớp gối bị thay đổi, dẫn đến tình trạng mất ổn định xoay trong. Hậu quả là, biên độ vận động ở thành phần sau-ngoài tăng lên đến 413% khi gối gấp 15°. Những người bị đứt ACL thường than phiền về cảm giác mất vững hoặc khuỵu gối.
