人工韧带与骨界面结合的实验研究
发表时间：2010-02-09 浏览次数：625次
人工韧带与骨界面结合的实验研究作者：韩增斌，郭秀程，徐 栋，王 伟，刘庆鹏，陈 光，贾庆卫 作者单位：(泰山医学院附属医院骨科，山东 泰安 271000) 【摘要】 [目的]利用韧带先进加强系统(ligament advanced reinforcement system, LARS)重建实验动物的前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)，研究LARS人工韧带与骨界面结合的情况。[方法]取雄性成熟波尔山羊24只，随机分成3组。利用临床ACL重建系统建立动物实验模型。分别于术后4、8、12周取材做大体观察、组织学、影像学和生物力学检查。所得实验数据进行统计分析。[结果](1)术后4周组织学显示韧带-骨界面充满大量的疏松结缔组织，可见到炎细胞浸润表现;术后8周韧带-骨界面之间有新骨形成。部分标本出现Sharpey纤维结构;术后12周韧带-骨界面见大量的Sharpey纤维结构及大量的成纤维细胞。未见钙化软骨;(2)对第3组实验动物术后4、8、12周进行影像学检查，然后利用eflime图像处理软件所得数据进行统计学分析。结果显示有显著性统计学差异(P<0.01);(3)生物力学测试发现，在不同时间点均将韧带从骨隧道中拉出，韧带无一断裂。结果显示没有统计学差异(P>0.05)。[结论]LARS人工韧带重建ACL后，其两端骨隧道中韧带-骨界面可通过Sharpey纤维结构，形成间接连接，促进韧带-骨的结合，增强韧带-骨愈合的强度。 【关键词】 LARS; 人工韧带; 骨界面; 结合 Experimental study on integration of artificial ligament with bone interface∥HAN Zengbin, GUO Xiucheng,XU Dong,et al. Department of Orthopedics,the Affiliated Hospital of Taishan Medical College, Shandong,Tai'an 271000, China Abstract：[Objective]To reconstruct anterior cruciate ligament (ACL) by using ligament advanced reinforcement system(LARS),and to investigate the integration of LARS artificial ligament with bone interface in the animals with regard to imageology, biomechanics and histology.[Method]Twentyfour Boer goats were randomly divided into three groups. The animal mode of ACL reconstruction was established by clinical ACL reconstruction system. Gross observation was made, and histological, imageological and biomechanical changes were observed at 4, 8 and 12 weeks after surgery, respectively. Statistical analysis was performed.[Result](1)At 4 weeks after surgery,ligamentbone interface had great amount of loose bindweb and infiltration of chronic inflammation cells. At 8 weeks after surgery, there was new bone formation. Part of samples had Sharpey fibers. At 12 weeks after surgery, Sharpey fibers.and a large number of fibroblasts were noted in the interface between LARS artificial ligament and bone interface. But calcified cartilage was not founded.(2)The imageology examination for group 3 was made at 4, 8 and 12 weeks after surgery. The data were analyzed statistically by the image processing software of eflime,and there was evident statistical difference (P<0.01 ) . (3)The biomechanics examination showed that the ligaments were pulled out from the bone tunnel, and no ligament was ruptured. There was no statistical difference (P>0.05 ) .[Conclusion]After ACL reconstruction by LARS artificial ligament, indirect connection developed via Sharpey fibers in bone tunnel at the end of LARS artificial ligament and bone interface. The integration of LARS artificial ligament with bone interface has been improved and its intensity is increased. Key words：LARS; artificial ligament; bone interface; integration 随着人们生活水平的提高和大众体育的发展，关节韧带损伤和四肢肌腱损伤的病例呈现快速增长的趋势。大量韧带重建与移植手术极大地促进了韧带替代材料的发展。特别是20世纪70年代开始，一些人工韧带产品问世，基础研究和临床应用日益广泛。其中LARS人工韧带有着其他人工韧带不可比拟的优势，但LARS人工韧带仍然存在一些期待临床和基础进一步研究的问题。例如，韧带两端与骨界面的结合问题。本课题旨在通过动物实验研究LARS人工韧带与骨界面结合的研究，为韧带重建的关键点提供最有利的技术指导。1 材料与方法 1.1 LARS人工韧带，购于柯思摩国际贸易(上海)有限公司 1.2 动物 雄性成熟波尔山羊24只(购自北京实验动物中心)，体重24.5～32.8 kg。 1.3 方法 1.3.1 实验分组 将24只波尔山羊，按4、8、12周分为3组，每组8只。 1.3.2 动物实验模型的建立 实验前均经动物实验检疫中心检查正常，双侧膝关节前抽屉试验、Lachman试验阴性。静脉注射戊巴比妥Nembutal(30 mg/kg)麻醉，生效后右后肢备皮，仰卧位将动物固定于手术台，常规消毒铺无菌巾单。在膝关节内侧作前内侧切口长5～7 cm，经髌骨内侧平行切口进入暴露关节，切除原有正常ACL，但保留其残端(图1)。孙磊等[1]用保留原ACL残迹的方法重建ACL，以促进ACL移植物愈合，取得了较满意的临床效果。首先按LARS人工韧带的直径选用匹配钻头建立股骨隧道。膝关节屈曲90°，钻头与胫骨平台成角25°、胫骨矢状面成角15°～30°建立股骨隧道，即从髁间窝中间近外侧壁ACL印迹处钻向外侧副韧带股骨附着点的远上方。然后将膝关节屈曲130°由股骨端沿ACL走向建立胫骨隧道(图2)。将LARS人工韧带从胫骨隧道经关节腔植入(图3)，其两端用直径7 mm钛钉固定(图4)。分别于术后4、8、12周空气处死动物行组织学、影像学、生物力学研究。 图1 暴露膝关节切除ACL保留其残端 图2 建立骨隧道 图3 韧带植入 图4 钛钉植入 1.3.3 大体观察 在设定的不同时间点将动物处死后，取其手术侧关节进行大体形态学观察。 1.3.4 组织学研究 分别于术后4、8、12周空气处死动物8只，大体观察关节内及韧带-骨愈合的情况。取2只股骨及胫骨端韧带-骨标本，沿韧带-骨界面纵轴切开，在10%中性福尔马林溶液中固定，在10%的硝酸溶液中脱钙、包埋、切片，厚度4 μm,行HE染色，准备组织学检查。 1.3.5 影像学检查 选取持续观察12周的一组动物，将此组中的8只动物作为一个观察组。按三个不同的时间点分为三组。对不同时间点的8只实验动物进行CT扫描，沿纵轴方向对实验动物股骨端骨隧道做横向CT扫描。首先进行不同时间点同一平面大体韧带-骨界面的CT影像的观察。其次每只实验动物沿韧带-骨界面的纵轴方向随机选择10个CT图像平面，利用eflime图像处理软件测其韧带-骨界面CT值。将每组中8只动物的所有CT值用±s表示，然后行单因素方差分析。 1.3.6 生物力学测试 分别于术后4、8、12周空气处死动物8只，大体观察关节内及韧带-骨愈合的情况。除去2只股骨及胫骨端韧带-骨标本行组织学检查。其他6只切取双侧膝关节，暴露股骨远端、重建的ACL和胫骨近端，剔除其他附带的软组织及关节周围韧带，置于-80°深低温冰箱保存，后集中行生物力学测试。将所得的数据进行单因素方差分析。2 结 果 2.1 大体观察 设定各时间段内波尔山羊膝关节内无积液，半月板未见明显退变及磨损，关节软骨面无磨损，LARS人工韧带关节内部分无松弛，其表面可见滑膜组织包裹(图5)。 2.2 组织学发现 术后4周组织学显示韧带-骨界面充满大量的疏松结缔组织，可见到炎细胞浸润表现;术后8周韧带-骨界面之间纤维组织致密与韧带连接紧密，无明显分界，有新骨形成。部分标本出现Sharpey纤维结构; 术后12周韧带-骨界面见大量的Sharpey纤维结构，未见钙化软骨(图6)。 2.3 影像学检查 首先进行不同时间点同一平面大体韧带-骨界面的CT影像的观察(图7)。 表1为不同时间点不同平面影像学检查所得的CT值，用±s表示，然后进行单因素方差分析。各组间有显著性差异(P<0.01)。 表1 不同时间点的CT值(HU)区组(周) CT值(HU)478.43±2.40(n=80)8121.05±3.84(n=80)12216.69±2.47(n=80) 图5a ACL重建后4周显示LARS韧带被滑膜部分覆盖 图5b 8周LARS韧带明显被滑膜包裹 图5c 12周LARS韧带完全被滑膜包裹 图6a 4周、图6b 8周、图6c 12周韧带-骨界面(HE染色×40) B=bone，L=LARS) 图7a 4周、图7b 8周、图7c 12周韧带骨界面CT图像 2.4 生物力学测试 在这三个时间点进行的生物力学测试，均将韧带从骨隧道中拉出，韧带无一断裂。对所得的最大抗拉强度值(N)进行单因素方差分析。结果显示各组间没有统计学差异(P>0.05)表2。
表2 最大抗拉强度值(N)区组(周) 最大抗拉强度41 041±65.27(n=6)81 038±72.77(n=6)121 070±80.60(n=6)3 讨 论 韧带止点分为间接止点和直接止点[2]。正常ACL止点是典型的直接止点，以韧带与骨软骨的结合为特征，包括4个区，即致密结缔组织、纤维软骨、钙化纤维软骨和骨组织。间接止点即在移植肌腱与骨隧道之间的连接组织为胶原纤维(Sharpey纤维)。ACL重建腱-骨愈合可能存在间接止点和直接止点2种类型。Tomita等[3]研究显示为间接愈合，而Weiler[4]等研究显示为直接愈合。 传统的交叉韧带重建采用的是肌腱式移植物，腱-骨愈合较骨骨愈合慢。肌腱在骨上的附着分为直接愈合和间接愈合。目前大多数实验研究表明，移植肌腱在骨隧道内多为间接愈合，即在肌腱与骨之间没有纤维软骨带而直接由Sharpey纤维连接固定。[5]多数动物实验显示肌腱移植物植入12周开始形成Sharpey纤维[6]，但Robert等[7]在人体研究发现，在隧道的尖端要形成成熟的间接固定要10～12个 月。Leung等[8]认为，腱-骨结合部位在愈合界面之间及其周围区域形成大量纤维组织，瘢痕组织随着愈合时间的推移逐渐重建。 本实验中，术后4周组织学显示韧带-骨界面充满大量的疏松结缔组织，可见到炎细胞浸润表现，CT图像见韧带-骨界面之间分界清晰;术后8周韧带-骨界面之间纤维组织致密与韧带连接紧密，无明显分界，有新骨形成。部分标本出现Sharpey纤维结构。CT图像示韧带-骨界面之间间隙模糊;术后12周韧带-骨界面见大量的Sharpey纤维结构。并出现纤维软骨，未见钙化软骨。CT图像示韧带-骨界面之间间隙较8周模糊。本实验结果LARS人工韧带与骨的愈合属于间接愈合的方式。本实验属于人工韧带重建交叉韧带的最基础方面的研究，未加任何干预因素。 本实验中应用的是LARS人工韧带，与肌腱式韧带有一定的区别，但很多促进韧带-骨愈合的方式是通用的。本实验为下一步的研究做好铺垫，下一步将在动物实验的基础上通过施加技术因素或外在因素来研究LARS人工韧带与骨界面愈合的情况。更进一步的了解LARS人工韧带的特性及临床效果。找到一种更好的促进LARS人工韧带与骨界面结合的方法。 本实验结果提示，利用LARS人工韧带重建交叉韧带后韧带与骨界面间可以通过Sharpey纤维结构形成间接连接，增强韧带-骨愈合的强度。【参考文献】 [1] 孙 磊，宁廷民，田 敏，等.关节镜下保留残迹的前交叉韧带重建[J].中国矫形外科杂志，2007，22：1691-1694. [2] Benjamin M，Evans EJ.Fibrocartilage[J].J Anat，1990,8：1-15. [3] Tomita F，Yasuda K，Mikami S，et al.Comparisons of intraosseous graft healing between the doubled flexor tendon graft and the bonepatellar tendonbone graft in anterior cruciate ligament reconstruction[J].Arthroscopy, 2001，5：461-476. [4] Weiler A，Hoffmann RF，Bail HJ，et al.Tendon healing in a bone tunnel.Part Ⅱ:histologic analysis after biodegradable inference fit fixation in a model of anterior cruciate ligament reconstruction in sheep[J].Arthroscopy，2002,2：124-135. [5] Koski JA，Ibarra C，Rodeo SA.Tissueengineered ligament[J].Orthop Clin North(Am), 2003,3：437-452. [6] Goradia VK， Rochat MC， Grana WA.Tendontobone healing of a semitendinosus tendon autograft used for anterior cruciate ligament reconstruction in a sheep model[J].Am J Knee Surg, 2000,3：143-151. [7] Robert H，EsSayeh J，Heymann D.Hamstring insertion site healing after anterior cruciate ligament reconstruction in patients with symptomatic hardware or repeat rupture： a histological study in 12 patients[J].Arthroscopy,2003,9：948-954. [8] Leung KS，Qin L，FU LK,et al. A comparative study of bone to bone repairand bone tomndon healing in patellapatellar tendon complex in rabbits[J].Clin Biomech，2002，8：594-602.
