前交叉韧带重建自体肌腱移植物愈合研究现状

【关键词】  前交叉韧带

    作者简介：刘百川(1972-)，男，主治医师，研究方向：关节外科，(电话)13371028530，(电子信箱)RTYUIOP8805@163.com    前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)是膝关节重要的前向稳定结构，损伤后可以产生膝关节不稳，导致膝关节退变的早期发生。随着关节镜技术的成熟与完善，关节镜下ACL重建技术得到广泛应用，而移植物良好的生物愈合是ACL重建术获得成功的关键。本文就ACL重建后自体肌腱移植物愈合的研究现状予以综述。

    1  ACL重建术后自体肌腱移植物的组织愈合过程

    关节镜下ACL重建应用的自体移植物主要有2种：骨-髌腱-骨移植物(bone tendon bone,BTB)和股薄肌-半腱肌肌腱移植物(hamstring tendon,HT)。近年来，HT移植物的应用越来越广泛。现将HT移植物的愈合过程分为关节内、隧道内2部分叙述如下：

    1.1  ACL移植物关节内部分的组织愈合过程

    基础研究发现［1］，ACL移植物关节内部分的愈合要经历缺血坏死、血管重建、细胞增殖和塑型成熟4个阶段。重建后2周，移植腱的表型为原移植组织结构，但中央成纤维细胞消失，边缘可见圆形或卵圆形的细胞；重建后3周，移植腱结构仍与原移植物相似，边缘有明显的细胞增殖，但肌腱内细胞数目较初始状态减少，形态多样，可呈杆状或卵圆形，并沿肌腱纵向排列；重建后4周，细胞数目明显增多，接近正常ACL的数目，分布均匀，细胞形态主要呈卵圆形，偶有杆状，梭形细胞极少；约半年后，移植腱的表型与正常的ACL类似。王永健等［2］观察兔ACL重建术后移植物的组织学变化时发现，移植物的关节腔部分在术后第2周表现为明显的组织坏死，第1个月有新生组织自外周长入替代，第2个月富含细胞，但胶原纤维排列无序，第4个月细胞数目减少，胶原纤维纵向排列较规则，第6个月组织学形态类似正常ACL，第9个月进一步成熟，第12个月更加接近正常ACL。由此可见，ACL移植物组织学形态至少需要6个月才能接近正常。此外，再血管化对移植物愈合也非常重要。来源于髌下脂肪垫和关节滑膜的小血管穿过移植物的结缔组织鞘时使移植物再血管化，但再血管化通常需要较长时间。Unterhauser等［3］在动物实验中通过寻找第Ⅷ因子来检测血管内皮细胞，研究移植腱的血管侵入情况，发现移植腱在6周时血管密度最高，24周时达到正常ACL水平。韧带重建后的早期，伴有血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达和血管再生［4］。动物实验表明，重建韧带也有神经组织长入［5］。   

    1.2  ACL移植物隧道内部分的组织愈合过程

    ACL重建肌腱移植物隧道内组织愈合过程即腱-骨愈合过程。韧带止点可分为直接止点和间接止点，直接止点是指韧带与骨通过典型四层结构(韧带、纤维软骨、钙化纤维软骨、骨)相连接；而韧带与骨通过与骨成锐角连接并穿过钙化层进入骨组织的纤维(Sharpey纤维)相连接，则称为间接止点。重建移植物的止点可与上述2种情况类似。近年来的研究普遍认为：腱-骨愈合时，首先形成一圈富含血管的纤维结缔组织带(界面组织)填充在腱与骨之间［6］，随后来源于隧道骨组织的成纤维细胞逐渐长入，形成连接，继而形成类似直接止点的结构。移植腱组织本身也可被周边组织部分长入替代，但相对缓慢且不完全，可长期表现为小成熟腱组织。徐雁等［7］观察兔重建ACL后骨隧道内末端形成和转归时发现：3周时腱骨交界处由一层富含血管的纤维结缔组织(界面组织)填充，并与骨组织和腱性组织相融合，其间可见增生的成纤维细胞、软骨细胞以及Sharpey样纤维，骨隧道内肌腱部分发生坏死，周边细胞己长入；6周时界面组织生长情况不平衡，可见较多的Sharpey样纤维连接，并有明显的纤维软骨带，原移植物腱组织基本被新生组织替代；12周时界面组织也有生长不平衡的情况，Sharpey样纤维密集粗大，隧道内腱组织呈少细胞状态，纤维排列杂乱，被一些疏松结缔组织相隔；26周时界面组织的成熟程度比较平衡，可以见到比较典型的直接止点结构，骨道内腱组织不成熟，可见坏死的移植物；52周时界面组织已很成熟，基本以直接止点连接为主，骨道内腱组织仍不成熟。

    2  影响ACL重建后移植物愈合的因素

    ACL重建后移植物的愈合是一个十分复杂的过程，在此过程中许多因素都可以对移植物的愈合产生影响。

    2.1  骨隧道的定位

    矢状位胫骨隧道前置，将导致膝关节完全伸直之前会发生移植物与髁间顶的撞击；冠状面股骨隧道在髁间切迹的尖端位置太偏内侧，可以使ACL移植物在屈膝时与后交叉韧带(PCL)的外侧发生撞击，2种情况都会导致移植物活动过度、张力过高，破坏移植物生物力学特性，从而使移植物的愈合延迟甚至不愈合。正确的隧道位置可以防止髁间顶与移植物的撞击与摩擦，防止移植物的过度紧张与松弛，有利于移植物的愈合［8］。膝关节活动时移植物的长度变化对移植物的愈合至关重要，长度变化过大可以直接导致移植物的松弛甚至断裂，而骨隧道定位决定了移植物的长度变化，因此越来越多的学者提倡等长重建。所谓等长重建，是指在整个膝关节活动范围内，移植物的股骨和胫骨附着点之间的距离保持不变［9］。但由于解剖和生物力学等方面的原因，并不存在使移植物长度完全不变的绝对等长点。因此，产生了“ACL生理性等长重建”的概念。所谓生理性等长重建是指移植物长度变化在膝关节屈伸过程中不超过3 mm，使移植物张力保持最低变化，此时隧道内口的位置即为等长点。目前认为胫骨隧道内口的等长点位于膝关节完全伸直时，髁间窝顶线后侧4～5 mm，或PCL前方约6～7 mm处；股骨隧道内口的等长点位于髁间窝外壁后缘过顶点前6～7 mm(右膝11∶00，左膝1∶00)。膝关节运动精细而复杂，因此等长点的确定无法完全绝对化。为增加准确性，可以将膝关节的X线片和CT扫描的数据输入计算机，利用辅助外科软件在术前定位，以获得更为精确的骨隧道定位点［10］。

    2.2  移植物与骨隧道间的运动

    移植物与骨隧道之间的运动越小，越有利于移植物的愈合。移植物与隧道间的运动可表现为“雨刷效应”和“蹦极效应”两种方式。“雨刷效应””(windshield wiper effect)是指移植物垂直于隧道轴像雨刷一样摆动；“蹦极效应”(bungee effect)是指移植物在沿骨隧道轴方向的伸缩性移动。  “雨刷效应”和“蹦极效应”  可能会破坏移植物在骨隧道内的生物学愈合过程，同时也是X线所见骨隧道扩大最常见的原因之一［11］。Bueiow等［12］研究显示，隧道扩大在术后6个月内最为明显，6个月后趋于稳定。尽管尚未有文献报道骨隧道扩大对临床效果有不良影响，但骨隧道扩大肯定是愈合不良的一种表现。

    2.3  移植物的固定方法

    坚强的固定可以减少和防止移植物在生物学愈合前失败或被拉长。移植物的固定有隧道内固定和皮质外固定2种。隧道内固定有界面螺钉和横钉，皮质外固定即悬吊式固定，指的是用编织线或者聚乙烯带将移植物固定在横跨隧道外口的钢板或钮扣上，或者捆绑在隧道外口附近的螺钉杆上。如果移植物与骨隧道愈合前发生蠕变和滑脱，将严重影响移植物愈合。针对这一问题，挤压固定被广泛采用。随着设计和材料特性的改进，可吸收挤压螺钉的拉出强度已不差于金属挤压螺钉［13］。许多研究表明，挤压螺钉在股骨侧固定良好，但在胫骨侧，由于缺乏密质骨，压配的安全性仍需考证。近期更多学者在研究固定方法时把注意力放在了关节线位置的固定和加大移植物在隧道内的接触面积上［14］。

    2.4  术后康复锻炼

    术后进行积极的膝关节康复锻炼对克服韧带重建的并发症(与术后制动引起的关节纤维化粘连及屈膝结构挛缩有关)、恢复ACL的生物力学功能十分重要。但过于积极的康复锻炼则可能引起膝关节积液、韧带松弛等不良后果。只有既给韧带适当的张力，又避免过分牵拉，才能取得良好的治疗效果。随着重建技术的改进，移植物的固定更为牢靠，很多学者研究出更为积极的康复方式。孙磊等［15］在ACL重建后使用膝矫形器(knee orthosis，KO)进行术后较为积极的康复锻炼，取得满意结果。

    3  促进ACL重建后移植物愈合的研究

    国内外已有较多对于促进移植物愈合的实验研究，主要集中在自体骨膜包裹、局部应用生长因子、骨形态发生蛋白、局部填充磷酸钙等方面。   

    3.1  局部应用生长因子与骨形态发生蛋白   

    生长因子(growth factor)是一些具有生物活性的多肽，具有趋化性、促有丝分裂和促进胞外基质合成的作用。被认为是韧带正常愈合过程的重要调节者。因此，利用生长因子促进韧带愈合具有广阔的前景。Anderson等［16］观察骨生长因子对肌腱在骨隧道内愈合的影响，术后8周时骨隧道内腱-骨之间有大量纤维组织及新生骨生成，存在少量纤维软骨，而对照组仅有少量纤维组织。生物力学检查发现，实验组移植肌腱的强度增加65％。可见，骨生长因子对移植肌腱的愈合具有促进作用。骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)具有明显的诱导成骨和成软骨的作用。Martinek等［17］将BMP2基因转入半腱肌腱6周就使腱-骨间形成典型的骨-钙化软骨-未钙化软骨的结构。局部应用rhBMP7能促进骨隧道中新骨的形成，加快腱骨愈合［18］。以上研究都仅限于早期愈合情况，在临床应用中则有必要进一步研究它们的远期效果以及最终转归。

    3.2  自体骨膜处理肌腱

    骨膜组织有诱导骨化和骨组织形成的能力，能促进骨组织长入胶原组织，在进行ACL重建时用于包裹移植肌腱可促进移植物与骨在骨隧道内愈合。Youn等［19］将兔长屈肌远端切断后穿过跟骨建立腱-骨愈合模型，用自体骨膜包绕肌腱，观察到骨膜的生发层面对向骨隧道面时，局部骨量增加、纤维联系增强。6周时生物力学测试显示其极限拉出负荷大于对照组。可见，骨膜可以促进腱-骨间的早期愈合。陈百成等［20］通过对兔自体骨膜包裹肌腱植入骨隧道的研究，认为自体骨膜包裹肌腱且生发层朝向骨隧道可缩短成骨时间，加速腱-骨愈合。

    3.3  利用钙-磷化合物处理肌腱

    钙-磷化合物对骨形成有促进作用。许多学者对此进行了研究。Tien等［21］将磷酸钙骨水泥(calciumphosphate cement，CPC)置于骨与腱之间，发现CPC组骨隧道中骨量增多，在第1、2周拉出力明显大于对照组。Mutsazaki等［22］用钙-磷处理肌腱移植物进行肌腱移植，术后3周发现腱周明显钙化。由此可见，钙-磷处理移植肌腱可促进腱-骨间愈合。

    3.4  利用关节内组织促进移植物愈合   

    程映华等［23］用自体脂肪垫包裹移植腱，动物试验表明，移植腱血供重建速度大大加快，临床应用亦获得满意疗效。孙磊等［24］用保留原ACL残迹的方法重建ACL，以促进ACL移植物愈合，取得了较满意的临床效果。

    4  目前存在的问题

    虽然用细胞因子来促进腱-骨愈合的研究在动物实验中取得了许多成果，但要应用于临床治疗，还要解决载体方面的问题。生长因子是目前研究的热点，但尚未找到合适的载体。基因疗法有望成为解决上述问题的途径，可以通过病毒或非病毒载体将相关基因导入活细胞，以持续表达所需的细胞因子。骨髓间充质干细胞能分化成软骨细胞、成骨细胞、成纤维细胞等，并能分泌多种细胞因子促进愈合，或许可以作为种子细胞在腱-骨间形成纤维软骨，促进腱-骨愈合。

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作者单位：解放军第88医院全军骨科中心， 山东 泰安 27100