膝关节镜下前交叉韧带功能重建的研究进展

韦庆军 陆定贵

(广西医科大学第一附属医院创伤骨科、手外科，南宁市 530021)

前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)是稳定膝关节的重要结构。Oguz认为［1］，ACL是膝关节受损伤后最容易断裂的韧带，一旦断裂将严重影响膝关节的稳定性，可导致膝关节内的半月板损伤、加速关节退行性变、骨性关节炎。随着关节镜的广泛应用，关节镜下重建ACL是目前治疗ACL损伤主要的治疗方法。一旦决定重建ACL，重建方法、移植物的选择与固定及其再血管化与胶原组织重塑、术后康复和积极功能恢复锻炼是成功与否的重要因素。选择合适的重建方法和移植物的选择及固定是膝关节重获稳定的关键［2］，然而移植物的选择仍饱受争议。本文拟在ACL解剖生物力学基础上就不同重建方法的优缺点、各种移植物特点展开论述。

1 ACL解剖基础及生物力学

明确ACL的解剖功能是修复和重建技术的最基本蓝图。前交叉韧带起自胫骨髁间前窝内侧部、内侧髁间结节的前方凹陷处，并与外侧半月板前角相连。韧带经两半月板前角之间，向上后外行，呈扇形止于股骨外侧髁内侧面后部。因为前交叉韧带起点呈扇形分布，止点相对集中，韧带走形明显由不同纤维束组成。目前少数学者主张将ACL分为3束，大部分学者主张将其分为2束，根据在起点附着相对位置，分为长而细小的前内侧(anteromedial，AM)束和大而粗短的后外侧(postteroateral，PL)束［3］。正常 ACL与胫骨平台保持一定角度，屈膝90°时约为30°，伸直时为40°～45°。ACL平均长度为38mm，该结果反映ACL胫骨和股骨附着区最远侧缘之间的距离。

ACL是膝关节重要的静力与动力性稳定结构。Noyes等［4］报道屈膝90°、胫骨旋转中立位时，ACL张力占前抽屉试验中抵抗力的85%，因此它是主要的前方稳定结构，最主要功能是在屈膝时防止胫骨对股骨前移。前内侧束维持膝关节屈曲位时紧张并保持前直向稳定性，而后外侧束在伸直位时维持膝关节的旋转稳定性和前直向稳定性。在0°～30°时两束基本上是平行，随着屈膝角度的增大而逐渐纤维交替紧张。在整个膝关节屈伸运动中，两束相互协同，互为补充。ACL受力一般为445N，运动时为500～1 000 N。成年后其张力和强度随年龄增长而下降。

2 ACL重建的基本方法

传统的前交叉韧带重建是单束重建［5］，只重建前交叉韧带的前内侧束，能够很好地恢复膝关节的前直向稳定性，消除打软腿现象，缓解症状，恢复伤前的运动水平。但它没有恢复后外侧束的功能，不能减少膝关节的旋转不稳定性。Wang报道［6］单束重建 ACL的成功率为 70% ～95%，部分患者仍残留不稳或恐惧感，并伴有关节的退变。在伸直位和屈膝30°位合并旋转负荷时，单独切断后外侧束，膝关节的不稳定比单独切断内侧束时更显著。前内侧和后外侧束对维持膝关节的前向稳定性和旋转稳定性有协同作用。Jordan［7］研究指出，前内侧束在屈膝0°～ 30°时最长，后外侧束在伸直位最长，两束都随屈膝角度的增大而缩短。两束在0°～30°时基本是平行的，并随屈膝角度的增大而逐渐扭转，其纤维交替紧张，保持基本恒定的整体张力。在整个膝关节屈伸运动中，两束相互协同，互为补充。

近年来，对双束重建ACL的研究越来越多，希望双束重建术能更好地接近于恢复ACL的解剖结构，减少关节退变的发生。ACL双束重建术根据隧道的方式有单胫骨双股骨隧道重建和双胫骨双股骨隧道重建。

Keith等［8］采用模拟实验的方式进行AM单束重建和双束解剖重建膝关节，结果显示术前术后的膝关节旋转稳定性无明显统计学意义，认为单束重建足以完整恢复膝关节运动功能。Colombet等［9］回顾了33位经四隧道双束前交叉韧带重建患者的术后结果，双束重建可以恢复膝关节的前向稳定性，认为双束重建至少具有与其他技术等同的效果。Muneta等［10］对68位四股半腱肌腱前交叉韧带重建的患者进行随机对照研究，得出双束重建组的前向稳定性和旋转稳定性优于单束重建组。国内余家阔等［11］研究使用腘绳肌腱进行ACL损伤后单束重建和双束重建的疗效差异分析，发现双束重建可以比单束重建更好地重建膝关节的稳定性。Jarvela等［12］用腘绳肌腱和可吸收螺钉行前交叉韧带重建，随机对照研究后报道，双束重建组的旋转稳定性要优于单束重建组，但两组的膝关节前向稳定性、IKDC(International Knee Documentation Committee Subjective)和 Lysholm评分无统计学意义。Adachi等［13］将108位前交叉韧带重建的患者行随机对照试验，随访32个月后，发现两组间在膝关节的前向稳定性和本体感觉方面无统计学差异，但双束重建组的髁间窝成形比单束重建组少。

传统的单束重建已有很好的临床疗效，被大家普遍认可，大量研究均显示双束重建更大的优越性，尽管临床结果并不一致，但在重建解剖结构上双束显示出明显优势。

3 移植物

根据移植物来源可分为自体移植材料和异体移植材料、人工韧带。

3.1 移植物种类 关节镜下ACL重建应用的自体移植物主要有两种:骨－髌腱－骨移植物(bone tendon bone，BTB)和腘绳肌肌腱(hamstring tendon，HT)。BTB 理论上［13］优势是移植物强度大，移植物与骨隧道的愈合方式是骨－骨愈合方式，而HT理论上的优点包括移植物强度和刚度较大、移植物横截面积较大、供区病损少、对伸膝装置无影响，缺点是移植物与骨隧道的愈合方式是腱骨愈合，愈合时间相对较长、偶会造成腘绳肌肉无力。自从1963年有人报道采用BTB重建以来，该方法一度成为 ACL重建的黄金标准［3］。Paolo等［14］对120例单纯前交叉韧带断裂患者随机分别行BTB与双束HT，随访两年后发现两组间在KIOO评分(Knee Injure and Osteoarthritis Outcome Score)、IKDC 膝关节功能综合评级、KT-1000检查、肌肉强度恢复、恢复运动等方面无统计学差异，但BTB组膝跪地疼痛不适、供区皮肤感觉减退比较明显，而HT组股骨隧道普遍扩大，认为BTB与HT作重建ACL的移植物无明显差别。Bruce等［15］对56例患者随机予BTB、双束HT行ACL重建，随访3年，结果显示行BTB重建组的患者膝关节松弛较对侧关节平均为1.1 mm，而HT组为4.4 mm;且在轴移试验、膝关节最大收缩强度方面BTB组均明显优于HT组，虽然在两种治疗方法上患者的满意度、术后恢复运动水平、膝关节功能(单腿跳跃、负重、下蹲、爬楼、适量跑步)无明显统计学差异，但在恢复膝关节稳定、肌肉收缩强度方面BTB明显好于HT。Riley等［16］对85例ACL断裂的患者行四股HT重建后平均随访观察28个月，结果显示Lachman试验和轴移试验、Lysholm评分具有明显统计学意义，其中65例膝关节平移少于3 mm，然而在所有患者中比较明显的是骨隧道扩大，胫骨隧道扩大平均为17%，而股骨隧道平均达29%。Mattias等［17］对71例患者行单纯ACL重建(其中34例BTB、37例三股或四股 HT)，随访观察7年后发现 Lysholm评分、Tegner运动水平、IKDC评级系统、单腿跳跃试验、KT-1000检查、Lachman试验无明显差异，而且对于供区患病在两组中无明显不同。一般认为，取自体BTB重建ACL易诱发膝前痛、跪地痛，因为ACL重建术后膝前痛的发病机制尚不明确，因此不适合于需要跪地工作者，而HT涉及移植物在隧道内愈合、隧道扩大等问题。因此，作者认为在恢复膝关节稳定性、功能恢复上大量研究显示两者短期疗效无明显差别，远期疗效有待于进一步研究。在取舍两种之一移植物重建ACL时，应根据术者的经验、取移植物熟悉程度、患者的工作种类、运动水平、手术期望值上加于选择。

3.2 异体移植材料 常用的异体组织包括BTB、HT、跟腱、胫前肌和胫后肌腱。临床上最常用和实验研究比较多的是前两种。采用异体组织无手术取肌腱时间、肌腱大小不受限制、无供区病损。但也要面对诸如组织相容性、免疫反应、疾病传染的可能、消毒和相关处理过程中移植物组织及物理特性的改变、移植物愈合及血管化塑形、费用的增加等。James等［18］运用系统评价的方法分析自体与异体移植材料，结果发现在短期疗效(＜2年)两者没有显著区别。Gene等［19］对63例年龄均超过40岁以上行自体与异体BTB重建ACL，随访两年后结果显示，两组在术后Tegener活动量分、视觉模拟自评标准、活动的范围、KT-1000检查两者没有明显差别，术后6个月异体组织组57%恢复至术前原来运动水平，而自体组只有25%，认为异体BTB优点包括迅速恢复运动功能，缺点是有可能增加关节松弛和手术失败率，而自体BTB相对而言是牢紧的移植物，面对四十岁以上需要ACL重建的人群如何选择移植物时，他们认为自体组织没有比异体组织有优势，两者可视为等同选择。Jacco等［20］对69例分组行自体和异体移植物重建ACL，采用回顾性分析研究比较胫骨隧道扩大，平均随访59个月结果显示两组在隧道扩大范围无明显无统计学意义，而隧道扩大主要和隧道的定位相关，相对前置的隧道更容易扩大。Konsei等［21］对92例成功进行ACL重建的患者，通过对移植物来源进行分组，量化比较前抽屉试验、大腿肌肉运动等，认为在恢复膝关节前向稳定性异体移植物优于自体移植物。Jin等［22］分析比较初次ACL重建与再次ACL重建两者在选择不同移植物重建的临床结果，结果显示主观和客观评分有明显统计学意义(P＜0.01)，初次重建临床结果好于再次手术，但对于移植物来源分组上初次和再次手术在临床结果和膝关节稳定性等方面无统计学意义，同时也认为重建成功不在于移植材料选择。大量的临床试验表明，采用异体组织重建ACL后，短期内患者的主观判断、膝关节稳定性和活动度检查等方面，与采用自体组织重建没有明显差别。

3.3 人工韧带 按来源分为人工合成韧带和组织工程韧带，后者目前尚处于基础研究阶段，临床使用相关报道有限。与自体肌腱相比［23］，人工韧带的优势在于其避免了供区并发症、手术时间短、创伤小、操作方便;术后获得即时的稳定，可早期进行功能锻炼，最大限度恢复关节功能，但最大的缺陷在于其使用寿命的不确定性，有待长期随访。Connor于1914年首先应用银丝襻重建膝关节交叉韧带，开辟了人工材料重建膝关节交叉韧带的先河。近30年来，尤其上世纪80年代初，人工韧带在运动创伤外科中较为盛行，有多种类型的人工韧带被植入体内。人工韧带按其作用分为:①永久性人工韧带，包括 Gore-Tex、聚酯韧带、涤纶韧带，它具有高拉力强度，但不能与宿主发生生物性愈合。②支架韧带，所用的材料可分为吸收和不可吸收。该韧带特点是结构特征与ACL相近，对重建或修复的韧带起到暂时性保护和加强作用。③框架韧带:为一开放编织结构，其聚合物框架既可提供韧带的保护又可允许和刺激宿主的胶原组织长入［24］。在移植物材料选择上，完全合成的碳纤维韧带，因在关节和淋巴内释放磨损颗粒，引起显著的炎性反应。此后，以碳支架结合胶原或聚酯、聚四氟乙烯纤维束合成的聚合物，临床成功率均不高［25］。涤纶和聚丙烯等带孔的纤维织物，理论上答应四周组织迁移长入，再生具有功能的韧带，同样因不可吸收而引发显著的慢性炎症反应，引起移植物失败和断裂。在纤维织物上种植成纤维细胞后虽然可再植入体内，但减少炎症反应的作用有限，对这些合成的永久支架，组织学研究显示类似瘢痕和肉芽肿，不是正常韧带的有序胶原纤维，对早期应用人工韧带的随访研究并未显示优良结果，主要问题是早期的组织反应和晚期的磨损、松弛与断裂。因此，在经历了20年的发展后，人工韧带的应用趋于沉寂。然而，近年来LARS聚酯韧带的近期优良结果受到了关节镜与骨科运动医学领域的重视。LARS于1985年由法国Laboureau应用聚酯材料，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，较强的抗重复扭转、弯曲及过度牵引的能力。在设计上，该韧带除了具备2 000～4 000 N的抗拉强度外，其将关节内部分以多根平行纤维排列，答应扭转和纤维长入。同时，对植入体内韧带进行的活检以及体外的实验均表明其具有较好的组织相容性且人工纤维之间有组织长入。目前，国内也已开始使用LARS韧带，并取得良好临床效果，建议使用者应该明确地知道人工韧带的优缺点，严格把握适应证，并密切关注其远期疗效的观察结果。随着人工韧带组织相容性提高、组织工程不断深入研究，人工韧带使用越来越多。

4 移植物的固定和骨隧道扩大

移植物的固定是ACL重建术的薄弱环节，但也是关键环节。足够坚强的内固定以便患者术后早期行膝关节活动度训练和负重［26］。移植物的固定方式与移植材料的选择相关。带骨块的移植物，由于是骨块与骨隧道的愈合，无论采用何种固定方式，只要保证固定稳固达6周就可形成骨－骨愈合［27］。HT等软组织移植物的内固定较为困难，因为移植物与骨隧道的愈合时间较长，需要有足够的时间维持固定。

固定方法根据位置分为关节外固定法和近隧道内口固定法。其中股骨端得的固定包括界面螺钉的挤压式、横穿移植物、关节外的悬吊式;胫骨端固定主要包括挤压式和悬吊式。Kousa等［28］在猪的模型上比较了6种股骨端固定方式，发现Bone Mulch Screw(1112 N)的横钉固定牢固性最佳，依载荷大小依次为 EndoButton CL(1086 N)、RigidFix(868 N)、SmartScrew ACL(794 N)、BioScrew(589 N)、RCI screw(546 N)。Kousa等［28］还比较了6种胫骨端固定方式，发现Intrafix(1332 N)挤压螺钉固定牢固性最佳，依载荷大小依次为 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扩大，近年已成为研究焦点之一。移植物在愈合前矢状位前后摆动可产生“雨刷效应”，而沿着移植物的方向拉伸运动成为“橡皮筋效应”。这种移植物隧道运动可造成术后初期膝关节稳定性下降、愈合延迟和骨隧道扩大。

总之，对ACL解剖和生物力学功能的了解已经有了明显增加，移植物的来源上更加丰富，选择最佳的移植材料，探索最适宜的固定方式是重建环节直接影响疗效的关键［29］。但是，在促进移植物与骨隧道愈合的生物因素、研发更可靠的固定方式、恢复膝关节原有内环境等方面仍需要不断地探索。

［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］赵金忠.膝关节稳定性结构.膝关节重建外科学［M］.河南科学技术出版社，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］余家阔.关节镜下腘绳肌腱部分重建、单束重建和双束重建前交叉韧带的疗效分析［J］.中华创伤骨科杂志，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，Francesco 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］孙 康，王立德，张羽飞.人工合成材料重建膝关节交叉韧带的进展［J］.骨和关节损伤杂志，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］黄式环，韦宏文，莫水芳.关节镜下采用半腱肌肌腱和微型纽扣钢板重建前交叉韧带的康复护理［J］.微创医学，2007，2(4):367－368.

［27］杨家有.关节镜下无内固定物嵌压固定术治疗前交叉韧带损伤［J］.广西医学，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］蒋宝利.重建膝前交叉韧带术围手术期的康复治疗［J］.中国现代医生，2009，4(1):49 －53.