后交叉韧带重建中股骨侧“锐角效应”的相关研究及骨道技术的评价

【摘要】  ：［目的］探讨后交叉韧带重建中股骨侧的“锐角效应”以及对骨道技术进行评价。［方法］应用猪的屈趾肌腱作为移植物重建后交叉韧带，分别建立与股骨髁间窝侧壁呈80°、90°、100°夹角的骨道，以及对骨道边缘进行打磨处理。在骨道边缘与移植物之间放置压敏片计算得压强值来表示磨损作用的大小，压强值越大表示磨损作用越大。通过比较应用骨道技术重建PCL组与对照组的压强值来说明这种减小“锐角效应”的方法是否可行。［结果］应用骨道技术重建后交叉韧带各组中移植物与股骨髁间窝侧壁夹角为100°时压强最小［（3.55±0.21）MPa］，并且对骨道边缘进行打磨后压强值［（3.29±0.19）MPa］明显低于对照组［（3.55±0.21）MPa］。［结论］应用骨道技术可以有效减小后交叉韧带重建中股骨侧的“锐角效应”。

【关键词】  后交叉韧带　股骨　锐角效应　骨道技术

　　Correlative study of femur "acute angle" in reconstruction of posterior cruciate ligament with hamstring tendons and evaluation of bone tunnel technique

　　YAN Changbao,CHEN Baicheng,ZHAO Baohui,et al.

　　Department of Orthopedic Surgery,the Third Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang 050051,China

   　 Abstract：［Objective］To explore the "acute angle" of femur,and evaluate the bone tunnel technique in posterior cruciate ligament reconstruction.［Method］Using the porcine flexor digitorum tendon as graft,the author reconstructed posterior cruciate ligament.The bone tunnel was established  with the angle of 80°,90°and 100°comparison the tunnel and intercondylar fossa of femur side wall,and press sensitive film was set between the edge of tunnel and graft.The pressure between was used to represent abrasion.The bigger the pressure was,the larger the abrasion was.The difference of pressure between bone tunnel technique group and the control group was compared.［Result］The pressure of angle 100°was lowest（3.55±0.21 MPa）.And the pressure of burnishing group（3.29±0.19 MPa）was lower than that of the control group（3.55±0.21 MPa）.［Conclusion］The bone tunnel technique can reduce the femoral;  "acute angle" of femur in posterior cruciate ligament reconstruction.
   
　　Key words：posterior cruciate ligament;  femoral;  "acute angle";  bone tunnel technique

　　不同文章中对于后交叉韧带（posterior cruciate ligament，PCL）损伤的治疗方法各不相同［1］。虽然非手术治疗的短期效果良好，但是一些对后交叉韧带损伤的随访研究显示：未经治疗的后交叉韧带损伤会引起患者迟发性膝关节病变［1］。因此，一些学者推荐手术重建后交叉韧带来治疗严重的后交叉韧带损伤或者合并有其他损伤的后交叉韧带损伤［1］。学者们已经注意到，在胫骨侧锐利的骨道边缘会造成移植物的磨损［2］。基础研究表明周期性负荷可以使移植物撕裂。这种效应被称为“杀伤角(killer turn)”［2，3］。这种效应可以通过固定界面螺钉来减弱［3］。与之相比较股骨侧的骨道边缘同样锋利，骨道与移植物的夹角同样锐利，于是Handy等学者提出股骨侧也应该存在相似的效应即“critical corner”或者称“acute angle”（锐角效应），并证实可以造成移植物的磨损［4］。理论上来说，股骨侧的“锐角效应”可以通过改变股骨骨道建立条件得到减小。于是，作者认为可以通过改变骨道与髁间窝侧壁夹角以及对骨道边缘进行打磨处理来减小磨损作用，称为骨道技术。

　　1  材料和方法

　　1.1  生物力学模型的置备

    本研究选用40例新鲜的猪膝关节，平均周龄为（24±3）周，在-20℃进行新鲜冷冻，并且试验前12 h在室温下解冻。去掉膝关节周围软组织。标本随机分为4组，每组10个标本。所有标本都选用猪的屈趾肌腱作为移植物，在股骨侧的后交叉韧带止点位置钻8mm的骨道。用导向器将一个克氏针固定在后交叉韧带止点的中点，然后用acorn钻套在克氏针上打一个30 mm长的骨道。骨道的剩余部分用3.5 mm头进行钻孔。应用EndoButton来完成单纯皮质外固定技术重建PCL。所有韧带都用Ethibond线（Johnson company，USA）缝合编织成直径8mm的移植物。然后将LLLW-H压敏片（T=21℃、H=60%RH）放置于移植物与骨道边缘之间的区域。分别应用以下介绍方法建立骨道。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1  第一组 

　　建立与股骨髁间窝侧壁呈80°夹角的骨道重建PCL；第二组：建立与股骨髁间窝侧壁呈90°夹角的骨道重建PCL；第三组：建立与股骨髁间窝侧壁呈100°夹角的骨道重建PCL。（图1）先对移植物标本施加5N的预张力，并利用自制拉钩将移植物固定在实验仪器上，然后用CSS-44020力学试验仪对其施以20 mm/min直至352 N(生理状态下后交叉韧带承受作用力的大小)的负荷作用力。负荷作用在矢状面上与正中冠状面大致呈15°夹角，沿PCL的大致作用方向。负荷作用完毕后，用FPD-305压敏片分析仪测得压力，并通过AUTO CAD 2007软件测得受力面积，两者相除便得到压强值。所有的压敏片都由试验检测人员用压敏片分析仪检测。分别计算出各组的压强值。利用压强值来表示磨损作用的大小，压强值越大则磨损作用越大。所有的测试都在室温条件（T=21℃、H=60%RH）下进行。

　　1.2.2  基于以上研究，建立与股骨髁间窝侧壁夹角呈100°的骨道，对其中一组进行骨道边缘打磨处理，另一组则不打磨（图2）。然后再施以上述负荷作用力牵拉移植物。负荷作用完毕后，用上述方法分别计算出各组的压强值。

　　1.3  统计学分析

 　   本实验采用对照试验研究设计，应用完全随机的单因素方差分析及多均数两两比较的studentNewmanKeuls multiple range test 检验和两样本均数比较的t检验来评价试验数据。显著性水平为α=0.05。

　　2  结 果

　　2.1  骨道与股骨髁间窝侧壁夹角呈80°、90°及100°各组压强值差别有统计学意义（F=18.20，P<0.01）。进一步做两两比较的Q检验得出：100°组压强值［（3.55±0.21）MPa］明显小于其他两组，而90°组的压强值［（3.81±0.19）MPa］又小于80°组压强值［（4.12±0.21）MPa］。说明骨道与股骨髁间窝侧壁夹角呈100°时磨损作用较小，增加其角度可以减小磨损作用（表1）。表1  骨道与股骨髁间窝侧壁分别呈80°、90°
及100°各组骨道边缘与移植物间压强值比较80°组90°组100°组F值P值压强值（略）

　　2.2  骨道边缘未经打磨组与经打磨组压强值差别有统计学意义（t=2.89，P=0.0097）。打磨组的压强值［（3.29±0.19）MPa］明显低于未打磨组［（3.55±0.21）MPa］。说明打磨骨道边缘可以减小磨损作用（表2）。表2  打磨骨道边缘组与非打磨组骨道边缘与移植物间压强值比较（略）　

　　3  讨 论

 　   1992年在“The meeting of the American Academy of Orthopedic Surgeons(美国关节外科学术大会)”上，Marc Friedman 首次将PCL移植物与胫骨隧道之间的锐角称为“killer turn”。之后Michael Handy等进一步证实了“killer turn”的存在，并测得其角度在膝关节屈曲90°时平均为70°±12°，而在伸直位时平均78°±7°［4］。Bergfeld 通过试验证实“killer turn”对移植物的破坏作用主要表现为：使其磨损、变细和撕裂，最终导致不可逆性的拉长；并且单纯皮质外固定移植物的微动加重了骨道口与移植物的摩擦以及延缓了腱骨愈合（即蹦极效应），从而增加了“killer turn”的成角效应［7］。胫骨侧“killer turn”导致移植物的松弛被认为是PCL重建失败的重要原因，并且有研究表明：经胫骨隧道重建PCL，移植物会松弛3.4～4.8 mm［5］。学者们也注意到股骨侧会出现类似的效应，于是2003年Handy等学者提出股骨侧也应该存在相似的效应即“critical corner”，并证实可以造成移植物的磨损，并导致其松弛［4］。许多学者提出了减小胫骨侧“killer turn”的方法，其中“inlay”技术最为有效。Markolf的研究表明，经胫骨重建PCL失败率约32%，而“inlay”技术重建PCL失败率几乎为0［6］。然而，这种方法在股骨侧并不适用。虽然，还没有对于股骨侧减小“锐角效应”行之有效的方法。但是，目前研究显示骨道技术是适用于股骨侧减小“锐角效应”的有效方法。

 　   皮质外固定方法使用EndoButton的低刚度固定，来源于缝合或者包扎材料的机械模式，而不是来自移植物本身的生物力学模式，显然是拙劣的捆绑效果，会导致移植物在骨道中的微动，从而影响腱-骨愈合，这可能是骨道扩大的原因［7，8］。膝关节负重时移植物沿着扩大的锐利骨隧道边缘转动时，这些微动便会造成移植物的磨损，即产生“杀伤角效应”［3］。理论上来说股骨侧同样存在这种效应，称之为“锐角效应”。
   
　　“锐角效应”便是骨道对移植物的磨损，所以理论上来说，通过改进骨道的建立方法可以减小磨损。本研究中骨道与髁间窝侧壁夹角为100°时其压强值为（4.12±0.21）MPa，夹角为90°时压强值为（3.81±0.19）MPa，夹角为80°时压强值为（3.55±0.21）MPa，说明随着夹角的增大磨损作用逐渐减小。这是由于骨道技术通过增大骨道与股骨髁间窝侧壁的夹角使骨道与移植物的夹角变钝、趋于平缓，从而减小两者间的压强，减小磨损(图3)；并通过对锐利的骨道边缘进行打磨、去角处理使打磨后压强值明显减小为（3.29±0.19）MPa，同样可以减弱两者间的磨损。
   
　　本研究有一定的局限性。(1)作者只研究了移植物在手术时的性质。在术后韧带移植物在经历重塑形的过程中会丢失一部分机械性能，得到的试验数据可能不同［9］；(2)在评价不同固定方法对移植物的磨损作用中，只应用在矢状面上与正中冠状面大致呈15°夹角的负荷作用牵拉移植物。但是膝关节在运动时的方位角变化是非常复杂的，很难推断体内的确切情况，其余角度可能会得到不相同的数据；(3)作者用的是猪的膝关节，人体试验有待进一步研究。
   
　　总而言之，由于PCL独特的解剖特点决定重建后的PCL存在一定程度的磨损，并可能严重影响手术效果。在胫骨侧学者们提出了很多解决的办法，虽然都存在一定的局限性，但是有些技术已经相当成熟（例如inlay技术）［6］。然而，股骨侧的“锐角效应”才刚刚被学者们重视，目前还没有有效的解决方法。本研究显示：后交叉韧带重建中，可以通过加大骨道与股骨髁间窝侧壁夹角以及对骨道边缘进行打磨的骨道技术有效减弱股骨侧的“锐角效应”。但是，还有待于进一步临床应用及效果的研究。

【参考文献】
  　　［1］王上增,孙永强,刘晓雅.关节镜下股骨双隧道胫骨镶嵌技术重建后交叉韧带［J］.中国矫形外科杂志，2009,17:734-736.

　　［2］Huang TW,Wang CJ,Weng LH,et al.Reducing the "killer turn" in posterior cruciate ligament reconstruction［J］.Arthroscopy,2003,19:712-716.

　　［3］Zantop T,Lenschow S,Lemburg T,et al.Softtissue graft fixation in posterior cruciate ligament reconstruction:evaluation of the effect of tibial insertion site on joint kinematics and in situ forces using a robotic/UFS testing system［J］.Arch Orthop Trauma Surg,2004,124:614-620.

　　［4］Micheal HH,Peter BB,Alex JK,et al.The graft/tunnel angles in posterior cruciate ligament reconstruction:a cadaveric comparison of two techniques for femoral tunnel placement［J］.Journal of Arthroscopy and Related Surgery，2005,21:711-714.

　　［5］孙磊,宁志杰.后交叉韧带与相关结构的生物力学［J］.中国矫形外科杂志，2007,18:1408-1411.

　　［6］Markolf KL,Zemanovic JR,McAllister DR.Cyclic loading of posterior cruciate ligament replacements fixed with tibial tunnel and tibial inlay methods［J］.J Bone Joint Surg(Am)，2002,84:518-524.

　　［7］Hoeher J,Scheffler S,Weiler A.Graft choice and graft fixation in PCL reconstruction［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2003，11:297-306.

　　［8］Wilson TC,Kantaras A,Atay A,et al.Tunnel enlargement after anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Am J Sports Med，2004，32:543-549.

　　［9］Singhal MC,Holzhauer M,Powell D,et al.MRI evaluation of the tibial tunnel/screw/tendon interface after ACL reconstruction using a bioabsorbable interference screw［J］.Orthopedics，2008,31:575-579.

作者单位：河北医科大学第三医院 关节骨科，石家庄　050051