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【摘要】 [目的]探讨骨隧道封闭状态下是否保留残迹对前交叉韧带(ACL)重建的生物力学影响。[方法]采用成年健康新西兰兔12只，随机选取其一侧膝关节作为实验组，保留ACL残迹、骨隧道封闭状态下重建ACL;对侧为对照组:切除ACL残迹、骨隧道封闭状态下重建ACL。于术后12周处死动物，在858 Mini BionixⅡ型生物力学测试机测定股骨-移植物-胫骨的复合极限载荷、断裂部位。[结果]术后12周时保留残迹组股骨-移植物-胫骨的极限载荷为(23.46±7.4)N，切除残迹组为(18.63±4.26)N，实验组为对照组的126%，两组间有显著差异(t=3.058,P<0.05)。移植物断裂部位：保残迹组中11例在韧带关节内部分，1例在腱骨交界处;不保留残迹组中9例在韧带关节内部分，2例在腱骨交界处，1例从隧道内拔出。[结论] 保留残迹的ACL重建有利于移植关节内愈合，改善移植物生物力学性能。
【关键词】 前交叉韧带; 保留残迹; 膝关节; 骨隧道封闭; 生物力学
Biomechanical study on anterior cruciate ligament reconstruction with preserving or removing the remnant under sealing the bone tunnels// GAO Jiazhi，LIU Baichuan，SUN Lei.Orthopaedic Center of PLA,The 88th Hospital of PLA,Tai'an 271000，China
Abstract：To explore the biomechanical effects of preserving the remnants in anterior cruciate ligament(ACL) reconstruction under sealing the bone tunnel.Twelve skeletally matured New Zealand white rabbits underwent ACL reconstruction with preserving the remnants and sealing the bone tunnels on one knee randomly,the opposite knee was served as the paired control―ACL reconstruction with removing the remnants and sealing the bone tunnels.Rabbits were sacrificed at 12 weeks.The maximum loading of the femur-graft-tibia complexes were determined in 858 Mini BionixⅡtestor,and the rupture site was observed.The mean maximum load at 12 weeks was (23.46±7.4)N in the preserving remnants group,(18.63±4.26)N in the removing remnants group,the maximum load in the expermental group was 126% of the control.There was significant difference between two groups (t=3.058,P<0.05).All the rupture site in the preserving remnants group was at the intraarticular part of the graft except one at the tendon-bone interface,in contrast,in removing remnants group rupture site was at intraarticular part in 9 grafts,at tendon-bone interface in 2 grafts and pulling out from the bone tunnel in one graft. Preserving the remnants in ACL reconstruction is beneficial to healing of the graft and improvement of biomechanical properpies of the ACL graft.
Key words：anterior cruciate ligament(ACL); preserving the remnant; knee joint; sealing the bone tunnel; biomechanics
膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)损伤的发病率逐年增高，在临床上应用自体肌腱ACL重建已经成为常规手术，移植物的愈合是手术成功的关键，但对于ACL重建后移植腱与宿主愈合的机理尚不完全清楚。本实验选用新西兰兔，在骨隧道封闭的情况下分别行保留残迹和切除残迹ACL重建手术，术后12周检测股骨-移植腱-胫骨复合体极限载荷，旨在观察保留残迹对兔ACL重建后生物力学的影响，探讨移植腱与宿主愈合的机理。
1 材料与方法
1.1 实验动物分组及手术处理
实验动物由泰安米歇尔生物制品公司提供的标准新西兰兔(封闭群)12只，体重2.3～2.7 kg，雌雄不分。共12对膝关节。用水合氯醛腹部注射麻醉成功后，取仰卧位，膝关节屈曲位，常规术区脱毛，消毒，取跟部后正中切口，暴露跟腱，切取跟腱外侧2/3，长约5 cm，作为移植腱，保留内侧1/3。将跟腱修整至长约5 cm，直径为2 mm，共2根，移植物均用聚乙烯膜包裹，用1号丝线编织缝合其两端，保留尾线长约8 cm，作为牵引线待用。分别行膝关节外侧切口，显露ACL，自ACL中段切断，随机一侧膝关节为实验组：保留ACL残迹，对ACL残迹不做切除;另一侧膝关节为对照组：切除ACL残迹，用自制的克氏针尖部烧红后作为热刀，彻底烧除ACL残迹。自ACL印迹中央准确定位，在定位器引导下分别作胫骨、股骨骨隧道，在牵引线引导下将聚乙烯膜包裹的移植物纵穿两端骨隧道，移植物两端分别拉出骨隧道外。先将一端移植物隧道外部分反折缝合并和周围组织牢固缝合固定;然后在膝关节屈曲约30°位拉紧移植物用同样的方法将移植物的另一端牢固反折缝合固定;最后小心剪去关节内部分移植物表面的聚乙烯膜(所保留聚乙烯膜仅包裹移植物两端骨隧道部分)。庆大霉素盐水冲洗关节、切口后依次缝合。术后不予外固定，分笼饲养，自由活动，抗生素肌注预防感染3 d。
1.2 生物力学试验
12周后处死，股骨远端距膝关节4 cm，胫骨近端距膝关节4 cm处截骨，游离膝关节。清除膝关节周围关节囊、其他韧带、肌肉和筋膜等组织，制成完整的股骨-移植物-胫骨复合体标本，用牙脱粉包埋股骨、胫骨两端。采用美国明尼苏达858 Mini Bionix Ⅱ型生物力学测试机(解放军总医院骨科研究所)，标本的股骨和胫骨端均固定在实验台上，从隧道内口到夹具之间的长度均为40 mm，加载速度为10 mm /min，每次实验前对标本进行预载，以消除肌腱及韧带的黏滞性记录载荷-位移曲线。测量肌腱被拉断时的负载，即股骨-移植物-胫骨复合体最大抗拉载荷。并记录股骨-移植物-胫骨复合体拉断部位。
1.3 统计学处理
采用SPSS 11.0统计软件对数据进行统计学分析。数据以均数±标准差表示，两组样本均数差异性用配对t检验。
2 结 果
2.1 移植物复合最大载荷
术后12周时保留残迹组股骨-移植物-胫骨的最大抗拉载荷为(23.46±7.4)N，切除残迹组为(18.63±4.26)N，实验组为对照组的126%，两组间有显著差异(t=3.058,P<0.05)(表1)。
表1 骨隧道封闭状态下保留残迹与切除残迹
ACL重建术后12周的极限载荷(N， ±s，n=12)手术方法保留残迹切除残迹tP移植物复合最大载荷23.46±7.418.63±4.263.058﹤0.05
2.2 拉断点
保留残迹组中11例在韧带关节内部分，1例在腱骨交界处;切除残迹组中9例在韧带关节内部分，2例在腱骨交界处，1例从隧道内拔出。
3 讨 论
ACL重建后肌腱移植物与宿主快速良好的愈合是手术成功关键，但对于移植物与宿主愈合的机制尚未完全弄清，绝大多数学者着重于研究骨隧道内腱-骨愈合。Bedi等[1]研究了在大鼠骨隧道内近关节内口段、隧道中段和近关节外口段腱骨愈合的差异，术后4～28 d，骨隧道近关节内口处腱-骨间主要较宽的软骨样基质，而近关节外口处是较窄的纤维基质，且矿化率更高，表明近关节外口处腱-骨愈合更快，他们认为造成这种差异是多因素的，与骨隧道内不同部位的生物学、生物力学环境有关。但是，移植腱最终要被宿主组织“爬行替代”，成为类似韧带的结构，这一过程被称为“韧带化”。由于重建的韧带位于关节内，移植腱的“韧带化”过程也主要发生在关节内。Logan等[2]对1名27岁男性病人采用四股腘绳肌腱重建ACL，因胫骨侧切口血肿于术后7周再次手术清创，取出胫骨侧挤压螺丝钉和胫骨隧道内移植腱残余，同时行关节镜检查见重建的ACL外观良好，术后36个月随访，病人膝关节活动不受限，无ACL松弛征象。这一病例提示ACL移植物关节边缘愈合非常重要，而骨隧道内愈合可能是多余的。Zantop等[3]在山羊ACL重建实验中比较了股骨隧道填充15 mm与25 mm长的肌腱移植物，术后6周15 mm组胫骨前移明显<25 mm组，术后12周两组无差异，两组的刚度、极限失败载苛、极限应力均无统计学差异。这从另一方面提示ACL重建移植物并不需要过多腱-骨界面的愈合。为了单纯观察移植物关节内愈合的作用，本研究在肌腱移植物与骨隧道隔以聚乙烯膜，以阻隔骨隧道内腱-骨愈合。
ACL损伤后其残迹不仅有良好的血运供应，能促进重建ACL的血运重建;而且含有机械感受器等本体感觉神经末梢，有利于术后膝关节功能早期康复。Lee等[4]通过手术中尽可能保留胫骨ACL的残端，尽量避免滑膜损伤，有效防止关节滑液漏入胫骨骨隧道，从而提高重建ACL内血管生长和细胞增殖，缩短重塑期，促进移植物的腱-骨愈合。如果ACL重建后切除残迹，则重建韧带的关节内部分完全浸泡在关节滑液中，重建的ACL再血供建立缓慢，在术后12个月重建ACL才能接近正常的ACL。Ochi等[5]关节镜下单切口保留ACL残迹，用双股半腱肌腱选择性重建ACL后外侧束或前内侧束，从而预防膝关节前方松弛、保护残迹中神经纤维和机械感受器，因此更好的为移植物的血管再重建和神经恢复创造条件。国内孙磊等[6]首先报道了保留原ACL残迹的自体腘绳肌腱重建ACL，术中从外向内作骨隧道，残迹处钝性撑开，因此对ACL残迹及关节内滑膜等组织的血运、神经干扰更小，从而为移植韧带的再血管化和本体神经感受器的建立创造良好的平台，更好地促进ACL移植物转归和术后膝关节功能恢复，随访临床效果良好。刘玉杰等[7]采用关节镜下尽量保留ACL存留的前内侧束或后外侧束支及断端纤维重建ACL，取得了良好的临床效果。本研究在封闭骨隧道的情况下，比较保留残迹与切除残迹ACL重建的生物力学特点，结果表明保留残迹组股骨-移植物-胫骨复合体的极限载荷明显高于切除残迹组，实验组为对照组的126%。这说明在封闭了骨隧道愈合后，保留残迹有利于移植物关节内愈合。
移植物在关节内经历的缺血坏死、再血管化、细胞增殖和塑型、韧带化的过程等也经历了由强急剧减弱、再逐渐增强的过程，大约需要12个月才能形成类似于ACL生物特性的替代韧带。移植物最终达到的力学特性往往明显低于正常前交叉韧带，所有的移植物在改建塑形中都会丧失它们的初始强度[8]，最终移植物只是恢复10%～50%的强度[9]。正常兔ACL生物力学的最大载荷为(304.71±10.57)N[10]。本实验术后12周取材，此时移植物正处于组织学改变的爬行替代阶段、移植肌腱强度薄弱期，而且本试验胫骨、股骨骨隧道封闭阻止了重建后ACL骨隧道内的生长，只能靠关节内部分逐渐爬行替代，所以移植物复合体生物力学数据明显低于正常ACL。本实验中重建的ACL的拉断点绝大多数在关节内，少部分在腱-骨交界处。这与袁峰等[11]实验结果基本一致：ACL重建术后3个月时移植物在腱骨交界处的强度逐渐增强并超过韧带关节内部分的强度。本实验在腱骨交界处断裂数较上述实验明显增多，是因为本实验作了骨隧道封闭，移植物只能从关节内生长，从而影响了腱-骨交界处的生长和强度。
笔者在不封闭骨隧道ACL重建研究中[12]，保留残迹组极限载荷为(31.56±1.63)N，不保留残迹组为(27.75±2.75)N,相比之下封闭骨隧道状态下股骨-移植物-胫骨复合体的极限载荷明显减低，且封闭骨隧道状态下术后12周，关节内移植物外观相对变细，这提示骨隧道内腱-骨愈合和关节内愈合对于ACL重建移植物的韧带化均有重要作用，骨隧道内腱-骨愈合可早期稳定移植腱，为关节内肌腱移植物的“爬行替代”提供有利环境。
综上所述，保留残迹ACL重建手术方法有利于术后移植物愈合和生物力学性能的改善，有助于术后膝关节功能恢复。建议临床手术时尽量保留ACL的残迹。
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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 271000