前交叉韧带重建术后移植物的韧带化过程及其影响因素

王成 李传东2 陶立元3 龚熹

1 北京大学第三医院运动医学研究所（北京100191）

2 山东省章丘区人民医院（山东250200）

3 北京大学第三医院临床流行病学研究中心（北京100191）

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）断裂是膝关节最常见的运动损伤。目前重建ACL最常见的替代移植物是自体腘绳肌腱，术后膝关节功能和稳定性能够得到很好的恢复。但是，肌腱移植物在植入体内后自身是否能够完成“韧带化”过程，国内则少有文献关注。

韧带移植物的韧带化过程及影响因素，对于指导患者术后的康复过程，尽早恢复生活和运动功能，均具有重大指导意义。移植物韧带化过程，包括肌腱纤维韧带化和神经长入、血管化的过程，已有一些相关的动物活体研究。由于人体伦理方面的特殊性，一些研究者在使用核磁（magnetic resonance imaging ，MRI）来进行无创化评估ACL 移植物的韧带化情况，通过测量韧带的信噪比（signal to noise quotient，SNQ）数值进行ACL移植物韧带化情况的评估[1-5]。

本研究通过对自体腘绳肌腱重建ACL术后患者进行长达4年期的回顾性研究，以不同时间段（6月、1年、2年和4年）的MRI影像学资料评估ACL移植物的韧带化过程，并探讨性别、年龄、体重、身高、体重指数（BMI）、关节松弛度评分（Beighton 评分）、ACL 断裂病程时长和半月板处理情况等相关因素对韧带移植物韧带化情况的影响，以及韧带化情况与膝关节稳定性的相关性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

2013年1月1日至2013年12月31日期间，同一术者（第一作者）采用自体腘绳肌腱、解剖单束重建ACL手术的全部患者。排除标准有：①合并后交叉韧带重建手术的患者；②合并侧副韧带手术的患者；③ACL翻修重建手术的患者；④随访过程中ACL再断裂的患者。

1.2 数据采集

记录患者的性别、年龄、体重、身高、体重指数（BMI）、关节松弛度评分（Beighton 评分）等一般情况，以及ACL断裂病程时长、合并的内、外侧半月板处理情况（成型/缝合）等。术后定期进行临床随访（术后6周、3个月、6个月，及1年、2年和4年），除进行临床查体外（前抽屉试验、Lachman 试验和轴移试验），随访时还进行膝关节稳定度测试仪（Kneelax3 MR Systems，Haarlem，The Netherlands）检查和核磁（MRI）检查，以评估膝关节稳定性和韧带移植物的韧带化情况。

1.3 手术方式

采用腰麻和（或）硬膜外麻醉，术中常规使用止血带，压力为300 mmHg。韧带移植物为四股腘绳肌腱—自体半腱肌腱和股薄肌腱。常规关节镜前内、前外入路探查，确认前交叉韧带断裂，处理半月板和软骨等合并损伤。经前内入路定位并制作股骨骨道，股骨骨道定位在左膝2点、右膝10点位的ACL残端中上部分，根据移植物直径选择空心钻头及4.5 mm的细钻头制作股骨骨道。以ACL 胫骨定位器定位并制作胫骨骨道，使骨道中心点位于ACL残端中心为宜。骨道制作完成后自胫骨骨道外口带入韧带移植物，股骨端以Endo-Button（施乐辉公司）翻转钮扣固定，胫骨端于屈膝20度位拉紧移植物远端，以IntraFix（强生公司）或可吸收挤压螺钉（施乐辉公司）固定。

1.4 康复过程

术后支具固定膝关节于伸直位，术后当天开始肌肉的静力练习。术后1日拄拐下地行走，2～4周完全负重行走。术后3天开始被动屈膝练习，1～2周时屈膝角度达90 度，6 周达120 度，8～10 周屈膝正常。3个月去除支具保护，术后6个月逐渐恢复娱乐体育活动，术后1～2年开始逐步恢复各项体育运动。

1.5 稳定性评估

术后定期门诊复查时，行膝关节稳定性检查，包括前抽屉试验（ADT）、Lachman 试验和轴移试验（Pivot Shift Test）。参照IKDC2000 膝关节量化评分表，我们将ADT、Lachman 试验的结果分为5 级：A0 级—阴性（0 mm），与健侧膝关节对比稳定性无差异；A1级—轻微松弛（约1～2 mm）；B 级—稍松弛（约3～5 mm）；C级—较松弛（约6～10 mm）；D 级—明显松弛（＞10 mm）。轴移试验分为4级：A级—正常；B级—滑动感；C级—错动感；D级—股胫关节半脱位，需手动复位。

末次随访时行膝关节稳定度测试仪（Kneelax3 MR Systems，Haarlem，The Netherlands）检查。Kneelax3膝关节稳定性测试仪在患者平躺位屈膝20～25度时，做胫骨前抽屉检查，分别施加前向的力量67 N、89 N和134 N，测试胫骨前向位移的数值，最终结果取134 N下测试的与健侧膝关节对比的位移差值。

1.6 核磁评估

术后6月、1年、2年和4年复查时，行膝关节MRI检查。使用美国GE公司的Optima 1.5T 磁共振成像仪，矢状位扫描层厚3.5 mm，层间隔0.7 mm。在冠状位定位片下，平行于ACL移植物扫描，确保能取得完整的移植物走行，扫描取得斜矢状位的质子密度加权像。选取可见到完整ACL移植物影像的层面，使用GE公司自带的数码测量工具，分别测量韧带移植物近端、中部和远端，以及髌骨上极股四头肌腱和髌腱前方2 cm 处背景的信号强度。测量选取的点为面积约15 mm2的圆点，取其平均值（图1）。测量得到的数据结果套入公式：（韧带移植物信号强度-股四头肌腱信号强度）/髌腱前方背景的信号强度，分别计算得出韧带移植物近端、中部和远端的信噪比（SNQ），以此作为移植物韧带化情况的评估指标。

图1 在核磁T2压脂像矢状位片上，分别测量韧带移植物近端、中部和远端的信号强度，以及髌骨上极股四头肌腱信号强度和髌腱前方2 cm处背景信号强度

1.7 数据分析

研究数据采用ACCESS 数据库进行数据管理，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差进行统计描述，计数资料采用例数（百分比）进行统计描述。采用Pearson 相关分析探索计量资料间的相关性，采用重复测量方差分析探索韧带移植物近端、中部和远端的信噪比（SNQ）随时间的变化，其余时间点均与术后6月相比。所有检验采用SPSS 25.0 统计学软件进行统计分析，以双侧P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2013年1月至2013年12月一年期间，同一术者共计行关节镜下ACL重建手术139例。除外合并后交叉韧带重建1例、合并侧副韧带手术1例、ACL翻修手术1例，因外伤导致ACL再断裂1例，最终符合入组条件的患者共计135例。因各种原因（外地患者、工作繁忙等）患者失访13例；随访时患者未在我院规律（6个月、1年、2年和4年）行MRI检查51例，因无法进行核磁影像的数码测量，故予以排除。最终，各项资料齐全入组71例患者，一般情况详见下表（表1）。

表1 研究对象一般情况

2.1 末次随访稳定性检查结果

全部入组患者均定期进行临床随访，最终一次（术后4年）随访时前抽屉试验（ADT）、Lachman 试验和轴移试验的结果详见下表（表2），其中ADT试验88.7%的患者达到A级，Lachman试验100%患者为A级，轴移试验93.0%的患者达到A级。Kneelax3测试的结果为，前向134 N 拉力下，与健侧膝关节的差值为0.67 ±1.6 mm（-2.3～3.4 mm）。

表2 末次稳定性检查结果

2.2 移植物韧带化过程

重建术后6月、1年、2年和4年随访时，核磁影像上韧带移植物的信号强度随时间的变化情况见下图（图2）。不同时间段测量所得的韧带近端、中部和远端的SNQ 数值详见下表（表3），结果显示，无论韧带移植物近端、中部和远端的SNQ数值，随着时间的延长均呈现逐渐降低的趋势，并均具有显著统计学意义（P＜0.05，表3）。其中，韧带中部的SNQ数值，在术后2年和4年呈现显著降低（P=0.030和0.006）；而韧带近端和远端的SNQ 数值，则在术后4年时显著降低（P=0.003和0.007）（图3）。

表3 韧带移植物近端、中部和远端的信噪比（SNQ）随时间的变化

2.3 移植物韧带化影响因素

对患者各项资料进行统计学分析（表4），结果显示：外侧半月板成型术与术后6月韧带远端（r=0.330，P=0.044）和术后1年韧带中部（r=0.387，P=0.013）的SNQ数值有正的弱相关性。内侧半月板缝合术与术后2年韧带近端（r=-0.496，P=0.017）和韧带中部（r=-0.439，P=0.026）的SNQ 数值有负的弱相关性。性别、年龄、体重、身高、BMI、Beighton评分、受伤时间和外侧半月板缝合、内侧半月板成型等各项因素与术后6月、1、2和4年韧带移植物的SNQ数值均无显著相关性（P＞0.05）。

表4 一般因素、手术因素等对韧带移植物韧带化的影响分析（多元线性回归，P值）

图2 ACL重建术后韧带移植物信号强度随时间的变化情况（男性，33岁，左膝ACL重建术后6月、1年、2年和4年的核磁影像）

图3 韧带移植物韧带化过程

（续表4）

2.4 膝关节稳定性与移植物韧带化情况

ADT 检查结果与术后2年韧带中部（r=0.430，P=0.010）和远端（r=0.423，P=0.011）的SNQ 数值有正的弱相关性。Lachman检查结果与术后1年韧带中部（r=-0.300，P=0.032）和远端（r=-0.383，P=0.005）的SNQ 数值有负的弱相关性。Kneelax3 检查结果与术后4年韧带中部（r=0.515，P=0.041）的SNQ数值有正的中度相关性。

表5 膝关节稳定性与韧带移植物韧带化情况的相关性分析（相关性分析，P值）

3 讨论

前交叉韧带重建手术已经成为治疗前交叉韧带断裂的标准手术方式，通过这一术式能够很好地恢复膝关节的稳定性，从而减少因为ACL 断裂引起的膝关节不稳，以及继发的半月板撕裂、软骨损伤和膝关节退行性改变等一系列问题。ACL重建手术的成败取决于多重因素，包括韧带移植物的选择、骨道位置的选取、移植物的固定方式、重建术后的康复过程等等。而在众多因素中，关于移植物韧带化问题备受关注，植入体内的肌腱移植物何时能够实现“韧带化”，成为正常的韧带组织，这对于指导制定ACL重建术后的康复程序，以及何时能够恢复正常运动水平均至关重要。

正常韧带与肌腱组织的结构很相似，均是由聚集呈束状的、密集平行排列的胶原纤维构成，形成大、小直径胶原纤维双峰态分布模式[6-9]。研究[7]表明当腘绳肌腱植入体内后，胶原纤维的直径和数量随着时间而发生了明显的改变，ACL重建术后2年内组织结构变化最为显著，2年时以小直径纤维为主（平均直径22.4 nm），术后4～10年变化趋于平稳，胶原纤维直径达到30.7～31.9 nm，但最终仍不能达到正常韧带的36.1 nm的直径。最近吴冰等研究显示[9]，关节镜下评估为塑形良好的移植物，在光镜下其组织学结构更接近于正常ACL，但其超微结构特点与正常ACL 仍存在明显差异，表现为大直径胶原纤维的数量及比例明显低于正常ACL，无大、小直径胶原纤维的双峰分布模式。

组织学研究是探讨ACL重建术后移植物韧带化过程的“金标准”，研究发现术后植入体内的移植物的韧带化过程分为早期（early）、塑型期（remodeling）和成熟期（maturation）三个阶段[10-13]。然而，鉴于人体体内活检的特殊性，人体活体组织学的相关研究非常有限[11，14]，以及误检的概率大等原因，使我们很难真正了解这一“韧带化”的过程。核磁（MRI）因其具有无创、便利、图像清晰和可进行数字化分析等显著的优点，通过MRI进行“韧带化”的研究成为ACL重建术后评估肌腱移植物愈合及韧带化过程的首选[1-5]。目前MRI评估最常使用的方法是，通过测量韧带不同部位的信噪比（SNQ 值）进行移植物韧带化的评估，由于最终肌腱移植物韧带化后内部血运会减少，因而较低的SNQ 数值证明ACL移植物的成活较好[3]。

本研究通过对ACL重建术后6月、1年、2年和4年的MRI影像学研究发现，无论是韧带移植物近端、中部和远端的SNQ 数值，随着时间的延长均呈现逐渐降低的趋势（图2，表3），其中韧带中部的SNQ数值，在术后2年时呈现显著降低，而韧带近端和远端的SNQ 数值，则在术后4年时显著降低（图3）。我们通过对ACL 重建术后的患者进行连续系列的核磁影像学研究，发现从术后6月至术后4年期间，植入体内的肌腱移植物，无论韧带的近端、中部或远端均处在逐渐的韧带化过程中，而直到术后4年时，韧带的近端、中部和远端的组织韧带化过程，才最终均达到了统计学意义上的差异；这点与组织学研究发现的术后4-10年韧带愈合才进入稳定期是相一致的[7]。

Pauvert 等报道[15]ACL 重建术后移植物韧带化过程相关的MRI影像改变，至少要到术后2年的时间，并且这一时间段仍未能恢复至正常ACL的状态，因而不建议过早参加体育运动。因此，无论从组织学相关研究[7]，还是从本研究的结果来看，韧带移植物在术后2～4年内还处于未完全成熟阶段，这一阶段重建韧带的组织脆性较大[3]，如果过早参加剧烈的体育运动会导致重建韧带的再断裂问题，故我们建议术后4年后再参加竞技性体育项目。当然，我们仍然建议ACL 重建术后早期开始进行积极主动的康复训练，以及术后1～2年开始进行非竞技体育运动项目，早期适度的康复运动对于术后恢复肌肉力量、保护重建韧带是大有裨益的[16，17]，但是参加竞技体育运动项目的时间建议至少要到术后4年的时间。

本研究还探讨了影响ACL重建术后移植物韧带化的可能因素（表4），我们发现外侧半月板成型术、内侧半月板缝合术与术后移植物韧带化有正的弱相关性，原因可能与半月板对膝关节稳定性的影响以及半月板缝合术后的早期制动有一定关系，我们会在将来通过扩大样本量以及动物实验中进一步验证和探讨。另外，本研究中未发现性别、年龄、体重、身高、BMI、Beighton评分、受伤时间等影响因素与术后韧带移植物的SNQ数值的显著相关性。文献报道中关于ACL重建术后移植物韧带化的影响因素包括性别、术后时间、骨道位置、胫骨后倾角度、移植物种类（自体、异体）、韧带保残技术、术后运动水平等[18-24]。Ntoulia等通过核磁影像研究ACL移植物的变化过程[5]，证实了ACL术后随着术后时间的延长，移植物在体内经历了缺血坏死、再血管化、细胞和滑膜增生，及最终韧带塑形这一过程。Muramatsu 等发现[4]，自体肌腱移植物术后SNQ 信号的峰值发生于4～6个月，而异体肌腱移植物的峰值发生于术后18～24个月，说明异体肌腱移植物在体内的韧带化过程要远远慢于自体肌腱移植物。Li等报道[19]，术后活动水平（Tegner）与SNQ 数值呈正相关，而ACL 重建术后时间与SNQ 数值呈负相关。还有文献报道，韧带保残重建对改善术后移植物韧带化过程，尤其对于移植物的再血管化具有促进作用[20，22]。

最后，移植物的韧带化情况对于膝关节功能和稳定性的影响，文献上报道不多[3，25，26]。Weiler 等[3]通过动物试验发现，核磁影像上的高信号反映了较差的移植物的机械特性，SNQ数值与移植物的拉断力、坚强度和张力呈反比。同时组织学研究证实，核磁上的信号改变反映出移植物的血管化过程。本研究中ADT、Lachman 检查，以及Kneelax3 膝关节稳定性的检查结果，与术后韧带的SNQ数值有一定的相关性，从一定程度上说明了移植物韧带化情况对于膝关节稳定性的影响，此点还需要通过进一步的动物实验进行机械力学测试以验证。

本研究的不足之处，由于多种因素，患者未行ACL重建术后早期（3天、6周和3月）的核磁检查，并且缺少术后长期的核磁随访（6～10年），因而无法更加完整地探讨ACL 重建术后移植物的韧带化过程，这点希望能在将来进一步的深入研究中弥补。

4 总结

本研究对自体腘绳肌腱重建ACL术后患者进行长达4年期的随访，通过术后6月、1年、2年和4年的连续性系列MRI影像学研究发现，无论韧带移植物近端、中部和远端的SNQ 数值，随着时间的延长均呈现逐渐降低的趋势，其中韧带中部的SNQ数值，在术后2年时呈现显著降低，而韧带近端和远端的SNQ数值，则在术后4年时显著降低。本研究结果表明，随着时间的延长，ACL 重建术后韧带移植物处在逐渐的韧带化过程中，术后4年时，韧带的各个部位均基本完成肌腱韧带化过程。