膝关节前交叉韧带重建移植材料的选择

　　作者：王瑞,徐斌　　作者单位：合肥 安徽医科大学第一附属医院骨二科

　　【关键词】 前交叉韧带;重建移植材料

　　近年来随着交通事故和运动损伤的日益增加，膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament ,ACL) 损伤也日趋增多。由于ACL 损伤后容易导致膝关节不稳定和继发损伤，日久导致半月板损伤和退行性关节炎, 严重影响到日常生活和运动功能, 因此需重建ACL的患者大大增加。ACL损伤的治疗在近20年取得了很大的进步，其手术操作逐渐发展为目前的关节镜下操作，创伤小且术后功能恢复快。然而，对于ACL移植物的选择，仍存在较大的争议。现就相关重建移植材料的生物学特性、临床应用及效果、存在的局限性如下综述。

　　1 自体移植物

　　1.1 自1917年，Jonathan等[1]第一次报道用自体阔筋膜重建ACL，在以后的90多年里，自体移植物仍然是关节内重建ACL最常用、最普通的材料。目前最常用于ACL重建的自体组织有骨-髌腱-骨(bone-patella-tender-bone，BTB or BPTB)和腘绳肌腱(合并在一起的半腱肌和股薄肌腱，semitendinosus-gracilis orhamstring tendons，STG or HS)，其他非常用的有髂胫束和股四头肌腱。由于自体移植物取材方便，组织愈合快，不存在免疫排斥反应和疾病传播的危险，尤其是在社会经济水平相对欠发达的地区，使用自体移植物还可以减轻围手术期的经济负担，故其一直是ACL重建移植物的主要来源。

　　1.2 Wilson等[2] 从15具平均40岁的尸体上取中1/3骨-髌骨-骨(BTB)和半腱肌/股薄肌腱进行对照实验，结果发现BTB的平均断裂载荷为(1 784±580)N，用腘绳肌腱为(2 422±538)N，两者差异无统计学意义;髌腱的弹性模量为225 Mpɑ，用腘绳肌腱为145 Mpɑ;腘绳肌腱平均横截面积为57 mm ，髌腱为45 mm。Staubli等[3]对股四头肌腱中部和髌腱的强度进行比较，发现前者的平均横截面积明显大于后者，但髌腱的抗张力强度大于股四头肌腱。BTB的两端带有骨块，可用界面螺钉固定于骨性隧道内。这种骨-骨愈合方式足以承受活动及负重的载荷，在移植早期就可产生强大的固定力量，在形态特征和力学特性均比STG腱- 骨愈合更优[4]。与BTB相比，STG单股肌腱其生物力学强度远不及正常ACL，但经过编织的四股腘绳肌腱联合移植体的最大载荷为4 090 N，为ACL的229%，亦远强于髌腱。它具有强大的抗张力载荷、对供区的影响小、四股STG在结构上更接近原ACL的解剖结构等优点，亦被认为是重建ACL最好的移植材料。此外，Vassilios[5]等还曾报道移植物去除后供区可以再生。切除兔子的半腱肌腱做成动物模型来进行再生物质的生物力学测试，发现其再生率为100%。这一独特的生物学特性，可作为ACL重建术后再次翻修时的材料来源。

　　1.3 自体移植物的主要局限性表现为肌腱供端的并发症。供端疼痛是ACL重建患者最常见的并发症之一。对比髌腱移植和腘绳肌移植两组病例发现，髌腱移植出现膝关节痛的机会远大于后者。其原因通常认为是髌腱移植造成供端缺损。这种缺损严重时可导致髌韧带的断裂。Friss等[6] 认为髌腱移植术后发生的膝前痛可能与髌骨上所承受的应力分布发生改变，刺激相关的痛觉感受器有关。继发于腘绳肌移植后的膝关节痛发生率较低，多与术后剧烈运动，如踢球、短跑等有关。Christen等[7] 曾报道6例术中并发髌骨纵向骨折。这种极为少见的并发症主要是手术操作中过深的钻槽、过多的截骨等失误所致。而术后髌骨软化、髌骨关节病变、髌韧带和脂肪垫纤维化则更为常见。在SGH移植患者中，其供端的隐神经损伤较为常见。但与BTB移植所导致的膝前痛相比，患者对隐神经髌下缘支分布区局部感觉减退的耐受性要明显优于前者。ACL重建术后，常并发膝周肌肉力量不同程度的下降。这曾一度被认为是供端肌腱部分缺如所致，但Corrigan等[8]认为，ACL损伤或伴随关节软骨及半月板的损伤导致膝关节本体感受器受损，股四头肌萎缩、肌力下降则是本体感受器受损后进一步的代偿。因此，膝关节本体感受器的损伤及恢复情况，很可能是ACL重建术后股四头肌肌力恢复与否的决定因素。

　　1.4 Erilksson等[9]通过随访107名接受ACL重建术(BTB 50例，STG 57例)后发现：上述患者在膝关节功能、活动能力的主观感觉上并无差异，但髌前区疼痛、供腱区并发症的比例BTB组要高于STG组。而STG组Lachman试验 1+ 比例要高于BTB组，从而认为STG重建ACL术后短期内并发症要少于BTB组。Guoan等[10]则认为，膝关节前移的稳定性是评价ACL重建术后疗效的最有效标准。许多学者的研究亦表明：长期随访移植术的失败率、轴移实验的稳定性BTB组要优于STG组，但与Erilksson等研究结果相一致，髌前疼痛及跪痛发生率BTB组明显高于STG组[11-15]。故目前认为除非经常从事高强度体育运动的青壮年、中老年、女性及从事文职工作的人群，STG作为移植肌腱供体，其长期预后要优于BTB组。

　　1.5 目前已在临床使用的其他可以用于ACL的自体肌腱还包括阔筋膜及股四头肌肌腱。它们的主要优势在与其生物力学强度好[16]，不会造成膝前痛。但股四头肌肌腱移植后所造成的其肌力下降[17]、阔筋膜移植后巨大疤痕及关节外侧不稳定等，使其无法取代BTB及STG成为主要的自体肌腱供体。

　　2 同种异体移植物

　　2.1 使用同种异体移植物修复断裂的膝关节韧带, 最大优点是不给患者增加新的创伤, 不损害患者原有肌腱的功能,而且手术时间短, 创伤少, 可根据需要随意取材,同时又可避免自体肌腱移植术后出现的一系列供区并发症[18]，故在临床上的应用呈增多趋势。目前常用的同种异体肌腱有髌韧带、胫骨前肌腱、跟腱阔筋膜、腓骨长肌肌腱等，以前两者应用最为广泛。

　　2.2 目前尚无临床应用异体移植物后出现明显的免疫排斥反应的文献报道。取材后采用深低温(-70℃～-80℃，液氮-196℃)冷冻是目前保存韧带和肌腱的唯一可行方法，它可使移植物的抗原性大大减低，而韧带等组织的生物学性能并不会遭受明显的破坏。虽然各种移植物的组织学与生物力学特性各有不同,但应用后其组织学的演化过程与自体组织移植一样,都要经过移植物的坏死、再血管化、细胞增殖和再塑四个阶段,生物力学强度都要经历移植后的急速下降至缓慢回升的过程,只是演化所需的时间不同[19]。自体组织移植后3周出现再血管化,12个月移植物的纤维形态、组织结构、血管分布及组织化生程度与正常ACL相似,而同种异体移植物组织合并明显延迟[20] ,周建生等[21]以冷冻保存同种异体BTB移植重建ACL的实验研究表明，自体或异体肌腱移植重建ACL后4、8、12周的最大拉伸强度和刚度与对侧相比明显下降。甚至近年有人发现,2 年后同种异体移植物的中央部分仍无血管再生,止点未完全附着[22] 。同时也有研究认为：一般异体移植6 周后即有血运丰富的完整滑膜包裹，1年后滑膜血运转为正常。移植4 年后的活检证实, 其胶原纤维束和成纤维细胞的特点与正常的ACL 相似, 并未见有淋巴细胞等炎性细胞浸润[23] 。

　　2.3 疾病传播与感染则是制约同种异体移植的重要因素之一。疾病的传播主要有HIV 和乙型肝炎。单纯的冷冻并不能消灭诸如HIV这样的病毒，有报道称异体肌腱移植术后HIV 发生率为1/1 600 000[24]。如何既能有效杀灭病毒，又不破坏移植物结构是研究的重点。目前常使用γ射线照射，但射线可影响韧带的抗张力强度并改变韧带的组织形态学特征，且这种对移植物的生物力学特性有剂量依赖的破坏效应。有研究表明使用剂量为3 Mrad的γ射线即出现明显的破坏效应，因此推荐使用2.5 Mrad[25]。但低于5 Mrad的照射剂量已被证明对杀死HIV及肝炎病毒都是不足的[26]。而术后感染的报道不一，近年来,有同种异体BTB移植后发生化脓性关节炎的报道[27] ,甚至有植入前细菌培养的阳性率达13%~25%的报道[28]。为避免因采用异体材料所引起的疾病传播, 应严格挑选供体, 以确保所用的异体材料健康。

　　2.4 关于异体移植物重建ACL的临床效果，虽然目前还存在一些争议，但大多数学者认为,无论自体抑或同种异体组织移植,术后随时间的延长,关节的稳定性会逐渐的提高,这可能与移植物附着强度的逐渐提高、移植物的再塑、关节辅助限制结构的逐渐代偿和肌肉强度的增加有关。虽有文献报道同种异体韧带移植再断裂的发生率为6.15%～15%,明显高于自体韧带移植(0～4.18%)[29]。但孙康等[30]认为，通过采用较宽的同种异体移植物, 延长术后支具保护时间，可大幅降低上述不良预后的发生。而有文献报道对自体和异体BTB重建ACL术后63个月的随访比较结果显示,两组患者膝关节功能恢复满意,两者的膝关节松弛度及整体评分差异无统计学意义[31]。故目前认为,对于多发韧带损伤、自体组织供给不足,韧带翻修重建手术,中老年或运动量较少的患者,同种异体组织是自体移植物的良好替代物。

　　3 人工合成材料

　　3.1 1914年, Connor首先将银丝襻用于重建ACL,开创了人工材料重建交叉韧带的先河。近30年,尤其是20世纪80年代以来,较为盛行,在运动创伤中运用较多。人工韧带按其作用不同可分为3类:①永久型人工韧带,也称为假体型(prosthetic)人工韧带,此类韧带并不与移植受体发生生物学反应，种类较多,主要有涤纶韧带、Gore-Tex 韧带、LARS 韧带和Polyflex韧带;②支架型人工韧带，其设计理念是希望这种韧带在植入的初期起到韧带的作用,并能够诱导机体自身组织长入韧带中,以后逐渐演变成韧带组织,最终替代人工韧带而起到韧带的作用。此型韧带主要有Leeds-Keio韧带、碳纤维韧带等; ③加强型人工韧带也称为韧带加强装置(ligament augmentation device , LAD)。自体或同种异体移植物重建ACL后,移植物在形成新的韧带前都要经历一段强度下降期,此时易发生移植物断裂或拉长,使重建失败。LAD 设计的目的是在这一时期对生物移植物起到加强和保护作用,直到移植物形成新的韧带,承担全部应力为止。也有人尝试将LAD用于急性期ACL断裂修复的加强。该型人工韧带主要有Kennedy LAD、Trevira韧带等,Dacron、Gore-Tex、碳纤维韧带等也曾被用作LAD[32]。

　　3.2 相对于自体和异体移植物, 人工韧带可以避免取材部位病变、免疫排斥、传染病等潜在危险。但由于早期临床应用中出现的滑膜炎、韧带断裂等缺陷, 人工韧带一度销声匿迹。目前，包括碳素纤维韧带、Dacron韧带、Gore-Tex韧带等在内的永久型韧带已基本废弃使用。但近年来, 在国内使用法国生产的LARS 人工韧带重建ACL 的病例又有日益增多的趋势。LARS 人工韧带于1985 年由法国Laboureau 应用聚酯材料(聚对苯二甲酸乙二醇脂) , 模仿人体韧带的解剖结构和生物力学原理设计而成, 有满意的抗疲劳强度, 尤其可抗重的扭转、弯曲的力量以及因牵引过度而造成的伤害。关节内纤维采用开放编织结构, 纤维小孔为30～50 nm, 适合组织长入, 增加了韧带的粘弹性, 减少了纤维间的磨损, 可防止脱屑且不被降解, 组织相容性非常好。手术后6 个月胶原纤维和血管内皮细胞就可长入韧带, 而且胶原纤维排列平行有序,并无急性滑膜炎发生, 表明LARS 人工韧带是一种理想的移植材料[33]。

　　3.3 Nau 等[34]对1996～ 1998 年间分别应用LARS 人工韧带与BTB重建ACL 的两组病例进行对比研究发现, 随访2 年后LARS 人工韧带组没有出现并发症, 特别是没有急性滑膜炎发生, 在稳定性方面与BTB组无明显差异, 但在早期恢复高水平运动方面有明显优势。两组各有1 例固定失败, 更换挤压螺钉后痊愈。因此,LARS 韧带被认为是一种安全、理想的人工韧带, 如果有好的韧带残端, 不论急性还是慢性ACL 损伤, 都会使患者获得较高的满意度。故有学者认为对于要求尽快恢复锻炼的年轻患者, 尤其是职业运动员的ACL 损伤,LARS 人工韧带是比较安全理想的移植材料。然而, LARS 人工韧带仍然存在其自身固有的缺陷。韧带两端与骨界面的结合问题; 韧带的关节内部分其表面与滑膜的结合程度; 人工韧带是否会磨损而影响远期疗效; 人工韧带移植后患膝本体感觉的重建问题[35]。这需要组织工程等方面的进展以进一步完善之。

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