膝關節(jié)鏡下前交叉韌帶功能重建的研究進展

韋慶軍 陸定貴

(廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科、手外科，南寧市 530021)

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)是穩(wěn)定膝關節(jié)的重要結構。Oguz認為［1］，ACL是膝關節(jié)受損傷后最容易斷裂的韌帶，一旦斷裂將嚴重影響膝關節(jié)的穩(wěn)定性，可導致膝關節(jié)內的半月板損傷、加速關節(jié)退行性變、骨性關節(jié)炎。隨著關節(jié)鏡的廣泛應用，關節(jié)鏡下重建ACL是目前治療ACL損傷主要的治療方法。一旦決定重建ACL，重建方法、移植物的選擇與固定及其再血管化與膠原組織重塑、術后康復和積極功能恢復鍛煉是成功與否的重要因素。選擇合適的重建方法和移植物的選擇及固定是膝關節(jié)重獲穩(wěn)定的關鍵［2］，然而移植物的選擇仍飽受爭議。本文擬在ACL解剖生物力學基礎上就不同重建方法的優(yōu)缺點、各種移植物特點展開論述。

1 ACL解剖基礎及生物力學

明確ACL的解剖功能是修復和重建技術的最基本藍圖。前交叉韌帶起自脛骨髁間前窩內側部、內側髁間結節(jié)的前方凹陷處，并與外側半月板前角相連。韌帶經(jīng)兩半月板前角之間，向上后外行，呈扇形止于股骨外側髁內側面后部。因為前交叉韌帶起點呈扇形分布，止點相對集中，韌帶走形明顯由不同纖維束組成。目前少數(shù)學者主張將ACL分為3束，大部分學者主張將其分為2束，根據(jù)在起點附著相對位置，分為長而細小的前內側(anteromedial，AM)束和大而粗短的后外側(postteroateral，PL)束［3］。正常 ACL與脛骨平臺保持一定角度，屈膝90°時約為30°，伸直時為40°～45°。ACL平均長度為38mm，該結果反映ACL脛骨和股骨附著區(qū)最遠側緣之間的距離。

ACL是膝關節(jié)重要的靜力與動力性穩(wěn)定結構。Noyes等［4］報道屈膝90°、脛骨旋轉中立位時，ACL張力占前抽屜試驗中抵抗力的85%，因此它是主要的前方穩(wěn)定結構，最主要功能是在屈膝時防止脛骨對股骨前移。前內側束維持膝關節(jié)屈曲位時緊張并保持前直向穩(wěn)定性，而后外側束在伸直位時維持膝關節(jié)的旋轉穩(wěn)定性和前直向穩(wěn)定性。在0°～30°時兩束基本上是平行，隨著屈膝角度的增大而逐漸纖維交替緊張。在整個膝關節(jié)屈伸運動中，兩束相互協(xié)同，互為補充。ACL受力一般為445N，運動時為500～1 000 N。成年后其張力和強度隨年齡增長而下降。

2 ACL重建的基本方法

傳統(tǒng)的前交叉韌帶重建是單束重建［5］，只重建前交叉韌帶的前內側束，能夠很好地恢復膝關節(jié)的前直向穩(wěn)定性，消除打軟腿現(xiàn)象，緩解癥狀，恢復傷前的運動水平。但它沒有恢復后外側束的功能，不能減少膝關節(jié)的旋轉不穩(wěn)定性。Wang報道［6］單束重建 ACL的成功率為 70% ～95%，部分患者仍殘留不穩(wěn)或恐懼感，并伴有關節(jié)的退變。在伸直位和屈膝30°位合并旋轉負荷時，單獨切斷后外側束，膝關節(jié)的不穩(wěn)定比單獨切斷內側束時更顯著。前內側和后外側束對維持膝關節(jié)的前向穩(wěn)定性和旋轉穩(wěn)定性有協(xié)同作用。Jordan［7］研究指出，前內側束在屈膝0°～ 30°時最長，后外側束在伸直位最長，兩束都隨屈膝角度的增大而縮短。兩束在0°～30°時基本是平行的，并隨屈膝角度的增大而逐漸扭轉，其纖維交替緊張，保持基本恒定的整體張力。在整個膝關節(jié)屈伸運動中，兩束相互協(xié)同，互為補充。

近年來，對雙束重建ACL的研究越來越多，希望雙束重建術能更好地接近于恢復ACL的解剖結構，減少關節(jié)退變的發(fā)生。ACL雙束重建術根據(jù)隧道的方式有單脛骨雙股骨隧道重建和雙脛骨雙股骨隧道重建。

Keith等［8］采用模擬實驗的方式進行AM單束重建和雙束解剖重建膝關節(jié)，結果顯示術前術后的膝關節(jié)旋轉穩(wěn)定性無明顯統(tǒng)計學意義，認為單束重建足以完整恢復膝關節(jié)運動功能。Colombet等［9］回顧了33位經(jīng)四隧道雙束前交叉韌帶重建患者的術后結果，雙束重建可以恢復膝關節(jié)的前向穩(wěn)定性，認為雙束重建至少具有與其他技術等同的效果。Muneta等［10］對68位四股半腱肌腱前交叉韌帶重建的患者進行隨機對照研究，得出雙束重建組的前向穩(wěn)定性和旋轉穩(wěn)定性優(yōu)于單束重建組。國內余家闊等［11］研究使用腘繩肌腱進行ACL損傷后單束重建和雙束重建的療效差異分析，發(fā)現(xiàn)雙束重建可以比單束重建更好地重建膝關節(jié)的穩(wěn)定性。Jarvela等［12］用腘繩肌腱和可吸收螺釘行前交叉韌帶重建，隨機對照研究后報道，雙束重建組的旋轉穩(wěn)定性要優(yōu)于單束重建組，但兩組的膝關節(jié)前向穩(wěn)定性、IKDC(International Knee Documentation Committee Subjective)和 Lysholm評分無統(tǒng)計學意義。Adachi等［13］將108位前交叉韌帶重建的患者行隨機對照試驗，隨訪32個月后，發(fā)現(xiàn)兩組間在膝關節(jié)的前向穩(wěn)定性和本體感覺方面無統(tǒng)計學差異，但雙束重建組的髁間窩成形比單束重建組少。

傳統(tǒng)的單束重建已有很好的臨床療效，被大家普遍認可，大量研究均顯示雙束重建更大的優(yōu)越性，盡管臨床結果并不一致，但在重建解剖結構上雙束顯示出明顯優(yōu)勢。

3 移植物

根據(jù)移植物來源可分為自體移植材料和異體移植材料、人工韌帶。

3.1 移植物種類 關節(jié)鏡下ACL重建應用的自體移植物主要有兩種:骨－髕腱－骨移植物(bone tendon bone，BTB)和腘繩肌肌腱(hamstring tendon，HT)。BTB 理論上［13］優(yōu)勢是移植物強度大，移植物與骨隧道的愈合方式是骨－骨愈合方式，而HT理論上的優(yōu)點包括移植物強度和剛度較大、移植物橫截面積較大、供區(qū)病損少、對伸膝裝置無影響，缺點是移植物與骨隧道的愈合方式是腱骨愈合，愈合時間相對較長、偶會造成腘繩肌肉無力。自從1963年有人報道采用BTB重建以來，該方法一度成為 ACL重建的黃金標準［3］。Paolo等［14］對120例單純前交叉韌帶斷裂患者隨機分別行BTB與雙束HT，隨訪兩年后發(fā)現(xiàn)兩組間在KIOO評分(Knee Injure and Osteoarthritis Outcome Score)、IKDC 膝關節(jié)功能綜合評級、KT-1000檢查、肌肉強度恢復、恢復運動等方面無統(tǒng)計學差異，但BTB組膝跪地疼痛不適、供區(qū)皮膚感覺減退比較明顯，而HT組股骨隧道普遍擴大，認為BTB與HT作重建ACL的移植物無明顯差別。Bruce等［15］對56例患者隨機予BTB、雙束HT行ACL重建，隨訪3年，結果顯示行BTB重建組的患者膝關節(jié)松弛較對側關節(jié)平均為1.1 mm，而HT組為4.4 mm;且在軸移試驗、膝關節(jié)最大收縮強度方面BTB組均明顯優(yōu)于HT組，雖然在兩種治療方法上患者的滿意度、術后恢復運動水平、膝關節(jié)功能(單腿跳躍、負重、下蹲、爬樓、適量跑步)無明顯統(tǒng)計學差異，但在恢復膝關節(jié)穩(wěn)定、肌肉收縮強度方面BTB明顯好于HT。Riley等［16］對85例ACL斷裂的患者行四股HT重建后平均隨訪觀察28個月，結果顯示Lachman試驗和軸移試驗、Lysholm評分具有明顯統(tǒng)計學意義，其中65例膝關節(jié)平移少于3 mm，然而在所有患者中比較明顯的是骨隧道擴大，脛骨隧道擴大平均為17%，而股骨隧道平均達29%。Mattias等［17］對71例患者行單純ACL重建(其中34例BTB、37例三股或四股 HT)，隨訪觀察7年后發(fā)現(xiàn) Lysholm評分、Tegner運動水平、IKDC評級系統(tǒng)、單腿跳躍試驗、KT-1000檢查、Lachman試驗無明顯差異，而且對于供區(qū)患病在兩組中無明顯不同。一般認為，取自體BTB重建ACL易誘發(fā)膝前痛、跪地痛，因為ACL重建術后膝前痛的發(fā)病機制尚不明確，因此不適合于需要跪地工作者，而HT涉及移植物在隧道內愈合、隧道擴大等問題。因此，作者認為在恢復膝關節(jié)穩(wěn)定性、功能恢復上大量研究顯示兩者短期療效無明顯差別，遠期療效有待于進一步研究。在取舍兩種之一移植物重建ACL時，應根據(jù)術者的經(jīng)驗、取移植物熟悉程度、患者的工作種類、運動水平、手術期望值上加于選擇。

3.2 異體移植材料 常用的異體組織包括BTB、HT、跟腱、脛前肌和脛后肌腱。臨床上最常用和實驗研究比較多的是前兩種。采用異體組織無手術取肌腱時間、肌腱大小不受限制、無供區(qū)病損。但也要面對諸如組織相容性、免疫反應、疾病傳染的可能、消毒和相關處理過程中移植物組織及物理特性的改變、移植物愈合及血管化塑形、費用的增加等。James等［18］運用系統(tǒng)評價的方法分析自體與異體移植材料，結果發(fā)現(xiàn)在短期療效(＜2年)兩者沒有顯著區(qū)別。Gene等［19］對63例年齡均超過40歲以上行自體與異體BTB重建ACL，隨訪兩年后結果顯示，兩組在術后Tegener活動量分、視覺模擬自評標準、活動的范圍、KT-1000檢查兩者沒有明顯差別，術后6個月異體組織組57%恢復至術前原來運動水平，而自體組只有25%，認為異體BTB優(yōu)點包括迅速恢復運動功能，缺點是有可能增加關節(jié)松弛和手術失敗率，而自體BTB相對而言是牢緊的移植物，面對四十歲以上需要ACL重建的人群如何選擇移植物時，他們認為自體組織沒有比異體組織有優(yōu)勢，兩者可視為等同選擇。Jacco等［20］對69例分組行自體和異體移植物重建ACL，采用回顧性分析研究比較脛骨隧道擴大，平均隨訪59個月結果顯示兩組在隧道擴大范圍無明顯無統(tǒng)計學意義，而隧道擴大主要和隧道的定位相關，相對前置的隧道更容易擴大。Konsei等［21］對92例成功進行ACL重建的患者，通過對移植物來源進行分組，量化比較前抽屜試驗、大腿肌肉運動等，認為在恢復膝關節(jié)前向穩(wěn)定性異體移植物優(yōu)于自體移植物。Jin等［22］分析比較初次ACL重建與再次ACL重建兩者在選擇不同移植物重建的臨床結果，結果顯示主觀和客觀評分有明顯統(tǒng)計學意義(P＜0.01)，初次重建臨床結果好于再次手術，但對于移植物來源分組上初次和再次手術在臨床結果和膝關節(jié)穩(wěn)定性等方面無統(tǒng)計學意義，同時也認為重建成功不在于移植材料選擇。大量的臨床試驗表明，采用異體組織重建ACL后，短期內患者的主觀判斷、膝關節(jié)穩(wěn)定性和活動度檢查等方面，與采用自體組織重建沒有明顯差別。

3.3 人工韌帶 按來源分為人工合成韌帶和組織工程韌帶，后者目前尚處于基礎研究階段，臨床使用相關報道有限。與自體肌腱相比［23］，人工韌帶的優(yōu)勢在于其避免了供區(qū)并發(fā)癥、手術時間短、創(chuàng)傷小、操作方便;術后獲得即時的穩(wěn)定，可早期進行功能鍛煉，最大限度恢復關節(jié)功能，但最大的缺陷在于其使用壽命的不確定性，有待長期隨訪。Connor于1914年首先應用銀絲襻重建膝關節(jié)交叉韌帶，開辟了人工材料重建膝關節(jié)交叉韌帶的先河。近30年來，尤其上世紀80年代初，人工韌帶在運動創(chuàng)傷外科中較為盛行，有多種類型的人工韌帶被植入體內。人工韌帶按其作用分為:①永久性人工韌帶，包括 Gore-Tex、聚酯韌帶、滌綸韌帶，它具有高拉力強度，但不能與宿主發(fā)生生物性愈合。②支架韌帶，所用的材料可分為吸收和不可吸收。該韌帶特點是結構特征與ACL相近，對重建或修復的韌帶起到暫時性保護和加強作用。③框架韌帶:為一開放編織結構，其聚合物框架既可提供韌帶的保護又可允許和刺激宿主的膠原組織長入［24］。在移植物材料選擇上，完全合成的碳纖維韌帶，因在關節(jié)和淋巴內釋放磨損顆粒，引起顯著的炎性反應。此后，以碳支架結合膠原或聚酯、聚四氟乙烯纖維束合成的聚合物，臨床成功率均不高［25］。滌綸和聚丙烯等帶孔的纖維織物，理論上答應四周組織遷移長入，再生具有功能的韌帶，同樣因不可吸收而引發(fā)顯著的慢性炎癥反應，引起移植物失敗和斷裂。在纖維織物上種植成纖維細胞后雖然可再植入體內，但減少炎癥反應的作用有限，對這些合成的永久支架，組織學研究顯示類似瘢痕和肉芽腫，不是正常韌帶的有序膠原纖維，對早期應用人工韌帶的隨訪研究并未顯示優(yōu)良結果，主要問題是早期的組織反應和晚期的磨損、松弛與斷裂。因此，在經(jīng)歷了20年的發(fā)展后，人工韌帶的應用趨于沉寂。然而，近年來LARS聚酯韌帶的近期優(yōu)良結果受到了關節(jié)鏡與骨科運動醫(yī)學領域的重視。LARS于1985年由法國Laboureau應用聚酯材料，模仿人體韌帶的解剖結構和生物力學原理設計而成，有滿意的抗疲勞強度，較強的抗重復扭轉、彎曲及過度牽引的能力。在設計上，該韌帶除了具備2 000～4 000 N的抗拉強度外，其將關節(jié)內部分以多根平行纖維排列，答應扭轉和纖維長入。同時，對植入體內韌帶進行的活檢以及體外的實驗均表明其具有較好的組織相容性且人工纖維之間有組織長入。目前，國內也已開始使用LARS韌帶，并取得良好臨床效果，建議使用者應該明確地知道人工韌帶的優(yōu)缺點，嚴格把握適應證，并密切關注其遠期療效的觀察結果。隨著人工韌帶組織相容性提高、組織工程不斷深入研究，人工韌帶使用越來越多。

4 移植物的固定和骨隧道擴大

移植物的固定是ACL重建術的薄弱環(huán)節(jié)，但也是關鍵環(huán)節(jié)。足夠堅強的內固定以便患者術后早期行膝關節(jié)活動度訓練和負重［26］。移植物的固定方式與移植材料的選擇相關。帶骨塊的移植物，由于是骨塊與骨隧道的愈合，無論采用何種固定方式，只要保證固定穩(wěn)固達6周就可形成骨－骨愈合［27］。HT等軟組織移植物的內固定較為困難，因為移植物與骨隧道的愈合時間較長，需要有足夠的時間維持固定。

固定方法根據(jù)位置分為關節(jié)外固定法和近隧道內口固定法。其中股骨端得的固定包括界面螺釘?shù)臄D壓式、橫穿移植物、關節(jié)外的懸吊式;脛骨端固定主要包括擠壓式和懸吊式。Kousa等［28］在豬的模型上比較了6種股骨端固定方式，發(fā)現(xiàn)Bone Mulch Screw(1112 N)的橫釘固定牢固性最佳，依載荷大小依次為 EndoButton CL(1086 N)、RigidFix(868 N)、SmartScrew ACL(794 N)、BioScrew(589 N)、RCI screw(546 N)。Kousa等［28］還比較了6種脛骨端固定方式，發(fā)現(xiàn)Intrafix(1332 N)擠壓螺釘固定牢固性最佳，依載荷大小依次為 WasherLoc(975 N)、Tandem Kpiked Washer(769 N)、SmartScrew ACL(665 N)、BioScrew(612 N)、SoftSilk(471 N)。

ACL重建后引起的骨隧道擴大，近年已成為研究焦點之一。移植物在愈合前矢狀位前后擺動可產(chǎn)生“雨刷效應”，而沿著移植物的方向拉伸運動成為“橡皮筋效應”。這種移植物隧道運動可造成術后初期膝關節(jié)穩(wěn)定性下降、愈合延遲和骨隧道擴大。

總之，對ACL解剖和生物力學功能的了解已經(jīng)有了明顯增加，移植物的來源上更加豐富，選擇最佳的移植材料，探索最適宜的固定方式是重建環(huán)節(jié)直接影響療效的關鍵［29］。但是，在促進移植物與骨隧道愈合的生物因素、研發(fā)更可靠的固定方式、恢復膝關節(jié)原有內環(huán)境等方面仍需要不斷地探索。

［1］Oguz C.How much initial graft intension is sufficient for anterior cruciate ligament reconstruction［J］?Arch Orthop Trauma Surg，2007，127(6):307－308.

［2］Frank，Cyril B，Calgary，Alberta，et al.Current concepts review-the science of reconstruction of the anterior cruciate ligament［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery(Am)，1997，10(79):1556 －1576.

［3］趙金忠.膝關節(jié)穩(wěn)定性結構.膝關節(jié)重建外科學［M］.河南科學技術出版社，2007:1－56.

［4］Noyes FR，Grood ES，et al.Diagnosis and classification of knee ligament injuries:Part II.Clinical concepts.In Crucial Ligament Injuries，Edited by John Feagin［M］.New York:Churchill Livingstone，1987:261－285.

［5］Tashman S，Collon D，Anderson K，et al.Abnormal rotational knee motion during running after anterio rcruciate ligament reconstruction［J］.Am J Sports Med，2004，32(4):975 －983.

［6］Wang JQ.Biomechanical study of knee following anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Journal of Medical biomechanics，2008，2(5):107－112.

［7］Jordan SS.The in vivo kinematics of the anteromedial and posterolateral bundales of the anterior cruciate ligament during werghtber a ring knee flexion［J］.Am J Sports Med，2007，35(4):547 －554.

［8］Keith L，Markolf，Samuel Park，et al.Simulated pivot-shift testing with single and double-bundle anterior cruciate ligament reconstructions［J］.J Bone Joint Surg Am，2008，90(8):1681 － 1689.

［9］Colombet P，Robinson J，Jambou S，et al.Two 2-budle，four 2-tunnel anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2006，14(7):629 －636.

［10］Muneta T，Koga H，Mochizuki T，et al.A prospective randomized study of strand semitendinosus tendon anterior cruciate ligament reconstruction comparing single-bundle and double-bundle techniques［J］.Arthroscopy，2007，23(6):618 － 628.

［11］余家闊.關節(jié)鏡下腘繩肌腱部分重建、單束重建和雙束重建前交叉韌帶的療效分析［J］.中華創(chuàng)傷骨科雜志，2007，9(6):523－528.

［12］Jarvela T.Double 2-bundle versus single 2-bundle anterior cruciate ligament reconstruction:a prospective，randomize clinical study［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2007，15(5):500 －507.

［13］Adachi N，O Chi，Uchio Y，et al.Reconstruction of the anterior cruciate ligament.Single-versus double-bundle multistranded hamstring tendons［J］.J Bone Joint Surg(Br)，2004，86(4):515 －520.

［14］Paolo A，F(xiàn)rancesco G，Roberto B，et al.Anterior cruciate ligament reconstruction:bone-patellar tendon-bone compared with double semitendinosus and gracilis tendon grafts［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery(Am)，2004，86(3):2143 －2155.

［15］Bruce D，Beynnon，Robert J，Johnson，et al.Anterior cruciate ligament replacement:comparison of bone-patellar tendon-bone grafts with two-strand hamstring grafts［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery(Am)，2002，84(2):1503 －1513.

［16］Riley J，Williams III，Jon H，et al.Anterior cruciate ligament reconstruction with a four-strand hamstring tendon autograft［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery(Am)，2004，86(5):225 －232.

［17］Mattias L，Lars E，Ninni S，et al.Patellar tendon or semitendinosus tendon autografts for anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Am J Sports Med(Am)，2007，5(37):740 －748.

［18］James L，Carey，Warren R，Dunn，Diane L.Dahm，et al.A systematic review of anterior cruciate ligament reconstruction with autograft compared with allograft［J］.The Journal of Bone and Joint Surgery(Am)，2009，91(4):2242 －2250.

［19］Gene B，David S，Miranda W.Anterior cruciate ligament reconstruction in patients older than 40 years allograft versus autograft patellar tendon［J］.Am J Sports Med，2005，10(33):1505 －1512.

［20］Jacco AC，Zijl，Arthur EB，et al.Comparison of tibial tunnel enlargement after anterior cruciate ligament reconstruction using patellar tendon autograft or allograft［J］.Am J Sports Med(Am)，2000，4(28):547－551.

［21］Konsei S，Ken N，Shuji H.Quantitative evaluation after arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction allograft versus autograft［J］.Am J Sports Med(Am)，1993，4(21):609 －616.

［22］Jin HA，Yong SL，Hae CH.Comparison of revision surgery with primary anterior cruciate ligament reconstruction and outcome of revision surgery between different graft materials［J］.Am J Sports Med(Am)，2008，10(36):1889 －1895.

［23］Sherman OH，Banff y MB.Anterior cruciate ligament reconstruction:which graft is best［J］?Arthroscopy，2004，20(9):974 － 980.

［24］孫 康，王立德，張羽飛.人工合成材料重建膝關節(jié)交叉韌帶的進展［J］.骨和關節(jié)損傷雜志，2000，3(15):236 －238.

［25］Olson ER，Kong JD，Georgesscu AL.The biomechanical and histological effects of artificial ligament wear particles［J］.J Sprots Med(Am)，1988，16(12):558 －561.

［26］黃式環(huán)，韋宏文，莫水芳.關節(jié)鏡下采用半腱肌肌腱和微型紐扣鋼板重建前交叉韌帶的康復護理［J］.微創(chuàng)醫(yī)學，2007，2(4):367－368.

［27］楊家有.關節(jié)鏡下無內固定物嵌壓固定術治療前交叉韌帶損傷［J］.廣西醫(yī)學，2009，31(5):654 －655.

［28］Petteri Kousa，Teppo LN，Jarvinen，et al.The fixation strength of six hamstring tendon graft fixation devices in anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Am J Sports Med，2003，2(31):182 －188.

［30］蔣寶利.重建膝前交叉韌帶術圍手術期的康復治療［J］.中國現(xiàn)代醫(yī)生，2009，4(1):49 －53.