前交叉韧带重建三种移植物中长期临床效果对比研究进展

韩啸 蒋青

南京大学医学院附属鼓楼医院运动医学与成人重建外科（南京210008）

1 引言

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）是稳定膝关节的重要结构，起自股骨外侧髁的内侧面，止于胫骨嵴前方的前外侧凹陷处，止点位于外侧半月板前角止点的内侧，作用是防止胫骨相对于股骨的前移，在屈膝时限制胫骨外旋。前交叉韧带断裂是青少年体育运动中最为常见的损伤，25岁以下青少年交叉韧带损伤可能引起半月板和关节软骨损伤风险增加，通常需要行交叉韧带重建术，维持膝关节稳定性，改善其功能[1]。影响前交叉韧带重建术（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）的因素包括年龄、生活习惯、BMI等，但移植物的选择是关键因素，因为不同移植物的力学、相容性等存在很大差异，且可能涉及自身供体区的功能[2]。目前，临床上常用的方法有以下三种：自体移植物、同种异体移植物、人工韧带。本文就三种材料的中远期疗效做一综述。

2 自体移植物

2.1 骨-髌腱-骨（bone patellar tendon bone，BPTB）移植物

BPTB因其强度高，取材方便，骨愈合能力强，至今依然是ACL重建移植物选择的金标准[3]，但自体髌韧带的供体区术后可能存在乏力、不稳、疼痛等问题，主要用于对运动力量要求较高的患者[4]。Struewer等[5]对73名平均年龄43.8岁的患者采用BPTP重建ACL，术后平均随访13.5年，结果显示，尽管患者的满意度较高，运动能力较术前明显提高，Ⅲ～Ⅳ级膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）的发生率仍达到了约20%，提示临床效果和KOA发病率并不直接相关。关节软骨退变的发生发展可能与移植物张力不够、膝关节向前方松弛，从而长期磨损有关。Thompson等[6]对使用BPTB重建的90名患者进行了20年的随访，发现95%的患者膝关节功能基本正常，虽然63%患者有持续疼痛，61%患者有影像学上的关节退变，但鲜有患者表现出疼痛、屈伸功能障碍等症状，中-重度KOA的发生很大程度上是由于半月板切除，而不是由于使用BPTB重建。其他研究也证明了这种观点，如Lebel等[7]使用BPTP行ACL重建，术后平均11年随访显示，KOA发生率为17.8%，而其中无半月板、关节软骨损伤的患者KOA发生率仅为8%，提示BPTP重建本身并不会导致ACLR术后发生KOA的风险增加，相反，从临床效果来看，大多数（74%）患者术后长期保持较高强度运动，绝大多数（90%）患者自我感觉满意，平均IKDC评分高达90.5±8.8分，且由于BPTB自体韧带最大张力荷载高，对关节稳定性起到显著保护，显著降低了术后半月板的撕裂率，因此，对于ACL断裂患者，使用BPTB重建效果确切，可大幅度提高患者运动能力，降低远期KOA发生率。

2.2 腘绳肌腱（hamstring tendon，HT）

由于髌韧带供体区的并发症问题突出，很多学者主张采用HT重建。一项长达20年的随访研究发现，由于供区并发症相对较少，使用HT重建在减少关节疼痛方面有明显优势，膝关节疼痛的患者在PT组高达63%，而HT组仅有20%[8]。Calvo等[9]对27名骨骼未成熟儿童采用同样方法重建，10年后随访结果同样令人满意。Konrads等[10]对使用HT和BPTB的患者进行了10年随访，发现两组无论在主观满意度、临床检查或各项关节功能评分上均无明显差异，且HT组的供体区并发症较BPTB组少。但也有研究发现，由于HT的张力较低，使用HT重建ACL的患者术后5年发生关节松弛的几率较高，相比使用BPTB重建的患者症状更重，体征更明显，主要适用于运动要求较低患者[11]。在术后KOA 发生率方面，Björnsson等[12]对采用 HT和 PT 行ACL重建术的患者进行了平均16年随访，发现骨关节炎发生率没有明显差异；Thompson等[8]发现ACLR术后20年HT组仅有41%发生KOA，远低于PT组的61%。但很多学者认为，KOA的发生发展与移植物采用BPTP还是HT无关，主要与半月板切除相关[13]。也有学者从运动机能方面重新探讨了ACLR术后KOA发生的机制，如Keays等通过术后6年随访发现，引起KOA的主要原因除了半月板切除及关节软骨损伤外，还包括股四头肌收缩力及与腘绳肌的力量比降低。腘绳肌拉力过强时，与股四头肌共同收缩带来的高压力可能导致KOA的发生，因此，取用自体腘绳肌由于减弱了拉力，继而增加了股四头肌和腘绳肌的力量比，最终减轻了关节软骨的磨损，使KOA的发生率相比使用BPTB降低一半[14]。此外，有个案报道指出，HT自体移植物断裂后具有自我修复能力，可能提高其远期存活率[15]。

2.3 其他移植物

Riaz等[16]发现股四头肌肌腱（quadriceps tendon，QT）和BPTB的移植成功率、关节稳定性接近，且供体区并发症较少。Guimarães等[17]对25名患者采用QT重建，10年随访发现Lysholm评分达到97.35±3.12分，HSS评分达到94.87±4.16分，88.24%患者达到了伤前运动水平，无1例患者出现供区并发症，提示了QT作为自体移植物的良好前景。腓骨长肌腱（peroneus longus tendon，PLT）目前尚无中长期随访报道，但1年左右的短期随访发现，取用PLT对供体区踝关节运动功能影响较大，不宜作为首选移植物[18]。

3 同种异体移植物

自体移植必然带来供体区的功能减退，而同种异体移植物可以解决供体问题，早期环氧乙烷、高能量射线灭菌造成了同种异体移植物生物相容性差、滑膜炎发生率高，随着灭菌技术的提高，同种异体移植物近年来应用逐渐广泛。Maletis等[19]发现同种异体髌韧带术后2年翻修率为4.1%，远高于自体髌韧带的1.7%，且与年龄、术式、是否灭菌、灭菌方式无关，提示同种异体韧带有潜在风险。Engelman等[20]发现在青少年患者中，同种异体HT移植物断裂率较自体移植物高（28.95%vs 11.43%），且从术后2年开始快速上升，提示其长期应用效果可能较差。其他移植物包括胫骨前肌腱、胫骨后肌腱、腓骨长肌腱等，具有不亚于腘绳肌腱的生物力学强度和刚度[21]。Mardani-Kivi等[22]发现同种异体胫骨后肌腱术后3～6年随访结果和自体HT相当。Almqvist等[23]对64名使用同种异体胫前肌腱、胫后肌腱行ACL重建的患者随访10.5年发现，关节功能、主观满意度均良好，影像学检查未见骨关节炎。

4 人工韧带

人工韧带的生物相容性、抗拉强度、弹性之间很难取得平衡，在设计时难免有所取舍，因此，各种类型人工韧带常表现出不同问题，至今尚未出现各项生物力学指标均能完全取代自体韧带的人工材料[24]。

4.1 早期人工韧带

早期人工韧带包括Kennedy LAD，Leeds-Keio，Dacron，Gore-Tex，Trevira-Hochfest、ABC 等[25]，长期使用产生关节不稳定、松弛、骨隧道扩大等问题，移植物断裂率及滑膜炎、骨关节炎等并发症发生率较高[26]。人工韧带断裂的原因包括：对骨面的纤维抗磨能力不足、纤维的弯曲和旋转疲劳，以及由于在愈合过程中不可预测的组织浸润而导致的纤维结构的完整性丧失[26]。Drogset等[27]进行了一项16年随访，比较Kennedy LAD人工韧带和BPTB自体韧带的临床效果，发现Kennedy LAD人工韧带的稳定性较差。Murray等[28]进行了平均13.3年的随访后发现，所有使用Leeds-Keio人工韧带的患者全部发生了骨关节炎，断裂率也高达28%。Ventura等[25]对使用Trevira-Hochfest人工韧带行ACL重建术患者进行了长达19年的随访，发现51例中发生了14例断裂，其余患者虽然主观满意度较高，但影像学检查均提示较严重的关节退变和骨关节炎。Struewer等[29]通过二次关节镜探查证实了人工韧带释放的聚酯颗粒可导致膝关节滑膜炎症。

4.2 LARS（ligament augmentation and reconstruction system）

由于早期人工韧带存在诸多问题，近些年来不断有新型人工韧带应用于临床，其中LARS人工韧带应用最广泛，其材料依然是聚对酞酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET），采用独立的两段式设计，骨内段由横向纤维，关节内段由90°平行纤维编织而成，纤维方向可随运动方向变化，减少了剪切应力[30]。LARS人工韧带主要用于较新的ACL断裂或不完全断裂、原有韧带部分尚存的患者[31]。相比早期人工韧带，LARS人工韧带中、短期并发症少，翻修率低，骨隧道扩大少见，患者满意度高，术后膝关节稳定性较好[32]。Pan等[33]对LARS人工韧带进行了一系列研究，采用HT和LARS人工韧带行ACL重建术的患者3年随访时拉力、Lysholm评分、关节活动度均无明显差异，采用LARS人工韧带的患者康复速度更快。与BPTB韧带相比，LARS韧带早、中期功能恢复均较好。也有部分研究认为LARS人工韧带不适宜作为ACL重建术移植物，如Li等[34]对1例LARS人工韧带术后3年发生的严重滑膜炎进行组织学分析发现，纤维组织瘢痕长入人工纤维，破坏了其完整性，导致断裂。Glezos等[35]报道了1例LARS人工韧带的早期失败病例，指出此类新型人工韧带的问题不仅是长期使用的疲劳，短期安全性也需要进一步验证。目前对于LARS人工韧带长期随访效果的文献较少，Bugelli等[36]对60名40岁以上采用LARS人工韧带行ACL重建术的患者进行5年以上随访，关节稳定性高，影像学显示关节退变发生率仅15%，未发生断裂，但该研究已剔除了有半月板切除的病例。Parchi等[37]对使用LARS行ACL重建术的患者进行了平均8年随访，发现功能恢复快、关节稳定性高，未见并发症；Jia等[38]进行了平均7年随访认为LARS人工韧带的并发症率、断裂率均较低，有利于运动能力的恢复。但也有研究得出不同结论，Iliadis等[39]发现用LARS重建9年后断裂率高达31%；Tiefenboeck等[40]对18名使用LARS行ACL重建术的患者进行了10年以上的随访，发现10名患者出现了感染、疼痛、假体松动等并发症，共有11名患者接受了X线复查，其中7人出现了新发的膝骨关节炎，接近一半的患者发生了不同程度的移植物断裂，超过40%的患者对运动功能恢复不满意。另一项10年随访发现，使用LARS重建患者的Lysholm评分为79.5（65.0～89.0）分，IKDC评分为63.8分，低于相同随访时间的使用自体移植物及同种异体移植物患者，提示其长期临床效果有待商议[41]。

4.3 人工韧带进展

目前的人工韧带都存在一些问题，尚无法达到自体韧带的效果，需要进一步改进。目前有多种用于改进性能的新型生物材料处于试验阶段，如Li等[42]应用原子转移自由基聚合（ATRP）和二氧化硅聚合技术改进的LARS人工韧带在体外实验中显示增加了21%的成骨效应。Okada等[43]用凝血法制备的壳聚糖-羟基磷灰石复合单纤维具有良好的纤维长入能力及抗拉性能。Chung等[44]用家兔试验新型可降解的多孔（1，8-辛二醇-聚柠檬酸）-羟基磷灰石纳米复合材料-聚（L-乳酸）三元复合物，组织长入及术后功能恢复良好。另有一些新型人工韧带，如Kevlar人工韧带，尚处于动物实验阶段，已表现出良好的生物相容性、临床效果及形态学改变[45]。

5 结论

前交叉韧带重建的材料选择目前尚无统一定论，自体移植物依然是主要选择，其中骨-髌腱-骨移植物和腘绳肌腱分别适用于高强度活动人群和低强度活动人群，远期存活率均较高，如未行半月板切除，远期骨关节炎发生率较低。骨-髌腱-骨移植物的优势是较高的关节稳定性，缺点主要为供区并发症，而腘绳肌腱与之相反。其他如股四头肌腱、腓骨长肌腱等应用较少，短期随访效果好，远期效果需进一步观察。同种异体骨-髌腱-骨和腘绳肌重建短期效果和自体移植物相近，但远期断裂率较高，而同种异体胫前肌腱、胫后肌腱表现出良好效果。目前广泛应用的LARS人工韧带较早期人工韧带性能有明显提高，短、中期效果肯定，但有部分移植失败病例报道，且远期随访显示并发症较多，临床效果不如自体移植物，主要用于需要短期内重返高强度运动的患者，长期使用的安全性尚需进一步研究。能适应长期使用的新型人工韧带具有广阔的研发前景。