后交叉韧带重建移植物的特点与选择
发布时间：2021-10-09
摘要：背景：关节镜下后交叉韧带重建已经成为后交叉韧带严重损伤的主要治疗方法，掌握各类后交叉韧带重建移植物的特点，选择适合的移植材料被认为是影响后交叉韧带重建效果的重要环节。目的：对后交叉韧带重建自体移植材料、异体移植材料、人工韧带等移植物的优缺点展开综述，提出改良策略及展望。方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据库和CNKI数据库、万方数据库中关于后交叉韧带重建的移植材料(如自体移植物、同种异体移植物、人工韧带等)方面的文献，文献发表时间设置为2000-2020年。将符合检索词所得的文章进行初筛，保留与综述内容相关且具有各类后交叉韧带移植物优缺点分析的相关文献，进一步详细分析、归纳并总结。结果与结论：后交叉韧带重建移植物各有其优缺点，目前临床上应用最多的是自体腘绳肌腱移植物，运用韧带增强装置、内减张技术或者肌腱表面涂层技术处理移植物可改善后交叉韧带重建效果。短期内自体肌腱、异体肌腱及人工韧带都是重要的后交叉韧带重建移植物来源;远期随着人工韧带和组织工程韧带研究的进步，有望彻底解决后交叉韧带重建移植材料的问题。临床医生选择后交叉韧带移植物时应综合考虑患者所期望的活动水平、参与的活动类型及患者的职业特点、医生所掌握的重建技术与习惯及与移植物相匹配的固定材料等方面的问题，选择适宜的后交叉韧带重建移植物。
关键词：材料;后交叉韧带;重建;移植物;自体移植物;同种异体移植物;人工韧带;综述
0引言Introduction
膝关节后交叉韧带损伤是一种严重的膝关节意外伤，常见于交通伤、运动损伤和高处坠落伤，其损伤机制有：胫前伤，膝关节屈曲时因胫前遭受外力阻挡，胫骨由前向后过度移位造成后交叉韧带损伤;另一种损伤机制是膝过伸伤，膝关节伸直时仍继续承受过伸的外力，膝后方关节囊和后交叉韧带受到过度牵拉造成后交叉韧带损伤;此外，膝关节旋转性损伤也是常见的损伤机制，膝屈曲时受到过度内外旋、内外翻应力导致后交叉韧带损伤[1-2]。急性期后交叉韧带损伤Ⅱ度及以上、慢性期有症状的Ⅲ度单纯后交叉韧带损伤、合并半月板等关节内其他结构的损伤是后交叉韧带重建的手术指征[3]。目前后交叉韧带重建术后肌腱移植物常遗留有一定程度的松弛[4]，这与后交叉韧带重建的手术方式、肌腱移植物的种类及韧带的固定方式息息相关。选择具备良好特点的移植物是后交叉韧带重建取得成功的关键，移植物的类型与改良也不断随着后交叉韧带重建术后对功能的追求而飞速发展。目前临床上常用自体移植材料包括骨-髌腱-骨、股四头肌腱、腘绳肌腱、腓骨长肌等，同种异体移植材料在自体肌腱的基础上还包括髂胫束、胫前肌腱、胫后肌腱、跟腱等，人工韧带主要是第4代LARS韧带，每种后交叉韧带移植物都有优点和缺点，见表1。
1资料和方法Dataandmethods
1.1资料来源以“后交叉韧带，韧带重建，自体移植物，同种异体移植物，人工韧带;Posteriorcruciateligament;Ligamentreconstruction;Autograft;Allografts;Artificialligament”为关键词，检索PubMed、中国知网和万方数据库中发表的关于后交叉韧带重建移植材料，如自体移植物、同种异体移植物、人工韧带等方面的文献，文献发表时间设置为2000-2020年。将所有文章进行初步筛选后，对保留的文章进一步详细分析、归纳并总结。
1.2纳入与排除标准
纳入标准：将符合检索词所得的文章进行初筛，保留与后交叉损伤、韧带重建移植物类型紧密相关且具有各类后交叉韧带移植物优缺点分析的相关文献。
排除标准：与综述内容相关性不强、借鉴价值不高的文献;发表时间过早，不是目前最新研究的文献。
1.3数据的提取共检索到文献895篇，其中中文文献220篇，英文文献675篇;排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献，最后纳入49篇符合标准的文献进行综述，见图1。
2结果
Results2.1自体移植材料的特点及优势骨-髌腱-骨是较早用于重建后交叉韧带的经典移植物，其优点有：骨-髌腱-骨移植物强度大，刚度大，肌腱两端骨块固定在骨隧道中，愈合机制为骨-骨愈合，愈合较快，4-8周便可愈合，因移植物上述特点可较早进行康复功能锻炼。许多学者将腘绳肌腱、股四头肌腱、髂胫束、腓骨长肌腱等移植物同骨-髌腱-骨重建后交叉韧带的临床疗效进行对比，均认为骨-髌腱-骨是优于腘绳肌的理想移植物[5]。若单纯考虑骨-髌腱-骨作为后交叉韧带重建移植物，因其可提供足够强度和稳定性，能够满足高强运动需求的人重返高水平运动，尤其在高水平对抗轴移运动方面，骨-髌腱-骨移植物依然是交叉韧带重建移植物选择的金标准[6]。但骨-髌腱-骨移植物存在以下缺点：对自体供区损伤大，常出现膝前痛、跪地痛、髌腱炎、髌股关节病、伸膝力量减弱、髌下脂肪垫挛缩及严重者髌骨骨折等并发症[7];并且取腱时切口8-10cm，在临床上推广应用受到一定限制。随着运动医学功能至上理念和快速康复理念深入人心，患者对术后功能的追求不断提升，自体骨-膑腱-骨移植物因上述弊端不仅不能完全取代其他移植物，而且使用量呈逐年下降趋势。
有学者采用股四头肌肌腱移植物重建后交叉韧带，其优点有：股四头肌肌腱宽大，取腱宽度易达到10mm，能保证后交叉韧带移植物粗度要求;该移植物的强度及刚度大，且不带骨块一侧容易分束，可以满足后交叉韧带双束重建的要求;愈合机制为胫骨侧骨-骨愈合、股骨侧腱骨愈合[8]。但股四头肌肌腱移植物仍存在一些缺点：与骨-髌腱-骨移植物类似，取腱时需大切口，对供区损伤大，有可能造成伸膝装置的功能下降;并且股四头肌肌腱移植物偏短，取腱长度大多仅有7cm左右，远远不能满足后交叉韧带重建对于移植物长度的要求[9]。
此外，目前亦有关于取用腓骨长肌腱作为后交叉韧带移植物的报道[10-11]，其优点是：疗效好，强度高，稳定性更强，愈合机制为腱骨愈合。目前多采取1.5-2.0cm外踝后方小切口，腓骨长肌腱位置表浅，取腱方便，足够长且粗大，长度至少达24cm，平均32.4cm，对折成3股，长度可保证在10cm以上，粗度在10mm左右，避免多处取腱，远离患膝，避免进一步伤害。临床上常常截取腓骨长肌腱粗度的一半用于后交叉韧带重建移植物的补充肌腱，对踝关节短期内的稳定性无明显影响。但其也存在缺点：部分患者取腱部位疼痛、麻木、感觉减退，可能与取腱时腓浅神经损伤有关。目前争议比较大的问题是整根切取有可能对踝关节的稳定性产生影响，在功能方面[12]，腓骨长肌提供近35%的足部外翻力量，并有一定的足跖屈作用，且对参与维持足内外侧纵弓和横弓生理平衡发挥着作用，因此有学者认为选取腓骨长肌腱可能造成慢性踝关节不稳。目前很多学者对于完整切取腓骨长肌腱持谨慎态度，其临床运用暂属后交叉韧带重建移植物的补充[13]。
目前自体腘绳肌腱移植物是临床上应用最多的移植物[14]，其优点有：强度及移植物横截面积较大，供区损伤小，对伸膝装置无影响，愈合机制为腱骨愈合。取腱时选鹅足部2.0-3.0cm小切口，取腱器可非常容易地获取自体半腱肌腱和股薄肌腱，经编织后的4股腘绳肌强度与骨-髌腱-骨移植物近似，甚至初始自体腘绳肌腱移植物优于后交叉韧带的生物力学特性。目前，自体腘绳肌腱作为肌腱移植物被广泛运用于临床上韧带损伤的重建，成为可靠的后交叉韧带替代物。关于取腱后腘绳肌腱的再生性研究表明，腘绳肌腱的再生率较高[15-16]，如NIKOLAOU等[17]研究显示半腱肌腱的再生率为79%，股薄肌的再生率为46%，再生的物质具有正常肌腱特性，只是胶原纤维排列比较紊乱。但自体腘绳肌腱移植物还有一些缺点：相较于骨-髌腱-骨移植物其愈合时间稍长，需至少12周，且自体腘绳肌腱本身具有蠕变特性，重建后的肌腱移植物需经历缺血性坏死、成纤维细胞移行、胶原改造、塑形重建4个转化阶段[18]，期间可能因为康复锻炼使得移植物过早承受自身上限的张力而导致术后遗留松弛[4]。此外，临床取腱时经常遇到部分患者股薄肌腱性部分长度及粗度差异大，尤其股薄肌长度得不到保证，中国人4股腘绳肌腱平均直径7.1mm[19]，而后交叉韧带重建对肌腱移植物的长度和粗度有一定的要求，鉴于半腱肌腱、股薄肌腱可能存在分支变异及取腱失败，导致少数病例取腱过短过细，移植物无法提供足够的长度和强度，远期可能出现肌腱移植物断裂的可能。当患者股薄肌取腱后不符合要求，基本都会取用对侧部位的腘绳肌腱或腓骨长肌肌腱以满足后交叉韧带重建时对长度及粗度的要求。
总之，自体腘绳肌腱的优势在于：组织相容性好，对折后的腘绳肌腱横截面积较大，其强度及刚度与后交叉韧带接近，可更快地完成移植肌腱与骨隧道之间的腱骨愈合，不会出现感染传染性病、免疫排斥反应等并发症。但使用自体移植材料可能会引起取腱部位的相应并发症，且对于多发韧带损伤的患者有可能自体移植材料不足，需使用异体移植材料或人工韧带替代方能保证韧带重建移植物的需求。
可供选择的后交叉韧带常用移植物优缺点分析，见表2。
2.2同种异体移植材料的特点及优势
由于自体移植材料取腱时对供区有手术副损伤，尤其多发韧带损伤重建时自体移植材料无法满足需要，故有学者选用异体移植材料重建后交叉韧带[20-21]，常用的同种异体移植材料有腘绳肌腱、骨-髌腱-骨、股四头肌腱-骨、跟腱-骨、胫前肌腱、胫后肌腱、腓骨长肌等。同种异体移植材料的优点有：来源广泛;由于不需要获取自体移植组织，手术切口少，对患者原关节结构无破坏，最大程度避免膝关节屈膝肌力减弱，不会出现供区并发症;可明显缩短手术时间和止血带使用时间，减少了手术风险。此外，同种异体移植材料可以选择不同尺寸的符合后交叉韧带重建要求大小一致的移植物，并且短期内疗效与自体肌腱移植物相似[22]。但同种异体肌腱移植存在以下的缺点：最主要的问题是生物相容性较差，植入的肌腱可能产生免疫排斥反应，造成肌腱的溶解和吸收，出现肌腱强度下降和松弛等问题，导致使移植失败率明显增高[23]，甚至可能传播HIV及肝炎病毒。有研究表明，为消灭HIV等病毒，制备同种异体肌腱移植物时通常采用γ射线照射灭菌，较高射线量照射可能导致同种异体肌腱胶原纤维强度下降，用于后交叉韧带重建后导致松弛[24]。另外，同种异体肌腱与骨隧道愈合较困难，韧带化进程缓慢，平均塑形期长达2年以上，这可能与移植物排斥有关。目前公认的同种异体肌腱保存方法是深低温冷冻保存法(深低温冰箱-70℃至-80℃，或液氮-196℃)[25]，可为临床提供失细胞活性、有弹性的新鲜肌腱，但不能完全消除抗原性，重建后可能面临组织相容性、免疫反应等问题，造成后交叉韧带重建后远期效果不理想[23]。
总之，如何在同种异体肌腱制备、消毒灭菌、贮存运输等环节消除同种异体移植物的抗原性、保持生物力学性能及移植后机械强度、消除传染性疾病感染风险等问题有待于进一步的研究，尤其从艾滋病、新型冠状病毒等致死患者身上取用的同种异体肌腱更应慎重。另外，同种异体肌腱的取材制作、消毒灭菌、保存运输等需要较高的成本，临床使用会增加患者经济负担。基于同种异体移植材料的上述特点，且部分患者因宗教信仰、行为认知等因素不能接受异体腱的植入，同种异体肌腱目前在国内仍然不能大量推广使用。
2.3人工韧带的特点及优势目前临床上后交叉韧带重建最常用的人工韧带是法国的韧带增强重建系统(LigamentAdvancedReinforcementSystem，LARS)。LARS人工韧带用高韧性聚脂纤维(聚对苯二甲酸已二醇酯)模拟正常韧带纤维结构和生物力学性能设计制造[26]，其聚酯纤维在关节内为多根纵向相互独立的平行纤维，具有多孔结构，具有良好的组织相容性，有利于残端内纤维细胞爬行，新生组织长入纤维间隙，而在关节外的聚酯纤维纵横交错，能避免韧带牵拉后产生变形，有利于骨隧道中挤压螺钉坚强固定。此设计既符合正常交叉韧带的生理结构，又具有良好的抗疲劳强度及较强的抗重复扭转、弯曲及过度牵引的能力。王新民[27]的临床试验结果显示，LARS植入后6个月，成纤维细胞可爬行长入LARS，提示其具有较好的组织相容性。XU等[28]的临床究表明，使用绳肌腱自体移植物和LARS韧带重建后交叉韧带后取得了相似的良好临床效果。LARS韧带和绳肌腱自体移植都是后交叉韧带重建的理想移植物，相对于自体移植患者,使用LARS韧带重建后交叉韧带的患者可更早(在4-6个月内)重返运动，且在恢复关节的稳定性及患者主观功能评分上LARS韧带展现出优势[29-30]。更重要的是，LARS较其他类型人工韧带研发的更完善，有学者进行了交叉韧带重建术中各类人工韧带的安全性和有效性系统综述，得出LARS韧带进行后交叉韧带重建的失败率、翻修率、非感染性积液和滑膜炎显著低于其余类型人工韧带[31]。人工韧带的优点：为人工合成材料，可控性好，其取材来源不受限制，克服了自体组织取材受限，避免了自体取材造成的供区并发症，克服了异体组织免疫反应的缺陷;简化了手术操作过程，术后早期即获得稳定，不需外固定及制动，力学性能强大。但人工韧带还存在一些缺点：由于材料学、仿生学及免疫学上的限制，目前人工材料并不能完全仿造人体韧带的特点及性能，人工韧带常存在术后松动、疲劳性损伤失效和引起强烈的宿主免疫反应等问题;与同种异体移植物一样，人工韧带费用较自体肌腱移植物昂贵，部分患者忌讳人工韧带等异体材料植入体内，在一定程度上限制了其临床推广的可能，目前人工韧带的长期临床疗效还有待进一步评估。
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总之，根据目前的临床研究结果可知，LARS人工韧带重建后交叉韧带短期内可获得良好关节稳定性及较少的并发症。大部分学者认为LARS人工韧带可用于初次急、慢性交叉韧带损伤重建，尤其对于运动员、肥胖、超重和需要重返运动的年轻人，有交叉韧带残端的患者效果可能更佳，也适用于交叉韧带重建失败需要进行翻修的患者和自体或异体材料移植手术失败者和取材困难患者，但对于骨骺未闭合的青少年患者要慎重[23，32-33]。第4代LARS人工韧带用于膝关节韧带损伤重建已超过15年，近期陈伟等[34]的综述表明，LARS韧带重建前交叉韧带的早期、中期疗效值得肯定，展现出了低并发症、低失败率、无供区并发症且具有使用方便、简化了手术过程、显著缩短了手术时间、术后可快速康复等优势。人工韧带是极具潜力的后交叉韧带重建肌腱移植物，但目前国内仍缺乏长期临床随访结果，这可能与早期多种人工韧带重建术后出现严重并发症且远期临床疗效较差有关，相应地影响了LARS韧带在后交叉韧带重建的广泛使用。目前临床上LARS韧带仍不是后交叉韧带重建的首选材料[35]。
2.4后交叉韧带重建移植物的改进与趋势理想的后交叉韧带重建移植物应该具有以下特点[36]：具有足够的长度和强度满足后交叉韧带的生物力学特性;移植后爬行替代良好，不易松弛，保证远期疗效;易获取，获取后不影响供区的结构和功能。目前临床上可用肌腱移植物种类较多，运用于后交叉韧带重建术后仍可能存在并发症，如取自体韧带供区并发症，各类移植物短板造成关节功能丢失、移植物松弛甚至断裂，关节内滑膜炎或进展为骨性关节炎等并发症发生率较正常人群高，迄今后交叉韧带重建术后部分患者遗留有一定程度的后向松弛[4，37]。为改进后交叉韧带重建效果，除了对后交叉韧带重建手术方式、移植物固定及术后康复方案的改进以外，临床上有很多新的关于肌腱移植物的改进研究，力求弥补上述各种类移植物的不足，不断改善后交叉韧带移植物的生物力学性能，以期加快患者术后康复的同时又保证后交叉韧带重建的稳定性。
2.4.1韧带增强装置借鉴前交叉韧带重建的成功经验，为了提高前交叉韧带重建成功率，国外学者提出韧带增强装置并应用于临床[38]。通常交叉韧带重建术后自体肌腱和同种异体肌腱移植物需要经历较长时间的韧带化过程，因其存在蠕变特性及移植初期肌腱移植物强度急剧降低，韧带增强装置设计的初衷就是在肌腱移植物韧带化早期过程中提供增强效果，随着自体组织长入肌腱移植物的强度得到一定程度的恢复，获得较好的临床效果。国内学者在后交叉韧带移植物中加入一根5号Ethibond缝线或双股5号骨科缝线，股骨端牢靠固定于Endobutton，胫骨端同肌腱一起用可吸收挤压螺钉固定，门形钉加强固定后将爱惜邦不可吸收缝线在门形钉上打结固定，可在一定程度上通过分担张力负荷减轻重建韧带在重塑中承受的张力，可进行快速康复锻炼，改善膝关节稳定性[39-40]。
2.4.2内减张技术辅助自体腘绳肌肌腱移植物内减张技术原理与韧带增强装置类似。根据国内外学者对韧带增强装置和内减张技术的临床研究结果，有学者采用“三角编织法”编织的2根爱惜邦缝线，即“内减张技术”辅助自体腘绳肌腱移植关节镜下重建前交叉韧带，随访患者术后临床疗效较术前显著提高，内减张技术辅助自体腘绳肌腱移植物重建前交叉韧带可避免移植腱受到不良牵拉的影响，能够起到韧带保护作用，满足早期功能锻炼，减少韧带遗留松弛[41]，为进一步优化内减张技术辅助交叉韧带重建手术及术后快速康复方案提供依据。但内减张技术使用的缝线均为非类韧带组织的人工材料，不能被吸收，有可能成为异物残留于关节腔内，是否会引起关节内滑膜炎、排斥反应甚关节感染等问题目前暂未见报道[42]。
2.4.3肌腱移植物表面涂层技术当前人工韧带最常用的编织材料是聚酯纤维，此类材料具有一定疏水性，不具备骨传导性和骨诱导性，而表面涂层技术可将膝关节交叉韧带重建关节腔段辅以亲水涂层，骨道段辅以促进骨涂层。有基础研究表明，表面涂层技术可在关节腔段引入一些生长因子或生物活性蛋白，从而诱导自体滑膜组织覆盖，提高肌腱移植物组织相容性，促进移植肌腱待的韧带化进程，同时运用表面涂层技术在肌腱两端腱骨结合部位喷涂具有骨传导及骨诱导性的矿化涂层，能促进腱骨界面成骨性，提高生物力学性能[43-45]。然而肌腱移植物表面涂层技术的几个核心技术难点[46]，如表面涂层材料良好的生物相容性、活性及安全性，针对不同部位的特定涂层及制备技术，以及如何增强涂层材料的稳定性及可控的生物降解性等，仍需要大量的基础及动物实验研究证据支持，更缺乏人体内临床试验的验证。
2.4.4组织工程韧带不同于上述后交叉韧带肌腱移植物的改进研究，组织工程韧带以一种全新的思路构建治疗韧带损伤，正成为目前研究的热点之一[47-48]。组织工程通过对培养体系的构建，包括对种子细胞的合理筛选、与支架材料搭载并经生长因子的调节，研究整个反应体系及最佳干预条件，并寻求最适的力学刺激，以期新生组织工程韧带具有后“韧带化”特性，即良好的生物相容性、韧带活性及机械性能，获得真正满足人体需要的组织工程韧带移植物。近年来，蚕丝支架组织工程前交叉韧带已在国外进入了临床试验[49]，其优点为：蚕丝脱胶后的丝素在其长轴方向有良好的机械强度和弹性，具有良好的生物相容性，可完全降解，但降解缓慢且不产生有害机体的酸性代谢产物;能够耐受高压蒸汽、环氧乙烷等灭菌处理且不丧失性能的特性。目前组织工程韧带尚处于基础研究及动物实验阶段，虽然尚未查阅到关于组织工程韧带的临床运用报道，相信随着生命科学、材料学、工程力学等多学科的联合研究，组织工程韧带将具备广阔的临床运用前景，甚至可能彻底解决韧带损伤修复与重建的问题。
3总结Summary
各种类后交叉韧带重建移植物各有其优缺点，目前临床上应用最多的是自体腘绳肌腱移植物，运用韧带增强装置、内减张技术或者肌腱表面涂层技术可改善移植物后交叉韧带重建效果。短期内自体肌腱、异体肌腱及人工韧带都是重要的后交叉韧带重建移植物来源，远期随着人工韧带和组织工程韧带研究的进步，有望彻底解决后交叉韧带重建移植材料的问题。临床医生选择后交叉韧带移植物时应综合临床伤考虑患者所期望的活动水平、参与的活动类型和他们的职业特点、医生所掌握的重建技术与习惯及与移植物相匹配的固定材料等方面的问题，从而选择适宜的后交叉韧带重建移植物。——论文作者：赵正吕，李彦林，王旭，刘德健，张艳
