前交叉韧带重建移植物选择的研究进展.pdf
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1、外科研究与新技术 2023 年6 月第 12 卷 第 2 期 前交叉韧带重建移植物选择的研究进展冯建豪1,王家骐21.同济大学附属同济医院骨科,上海 200065;2.同济大学附属同济医院运动医学科,上海 200065摘 要 前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)是膝关节内重要的前向稳定结构,同时也是运动中最易损伤结构之一。ACL损伤会限制患者运动功能,如不能及时治疗,常继发半月板、关节软骨损伤,甚至创伤性骨关节炎等严重并发症。目前,ACL重建是目前ACL损伤标准治疗方式,而移植物选择对患者术后功能恢复和手术成功率具有重要影响。自体移植物是目前最常用的移植物
2、,且疗效最为稳定,但存在来源有限与取腱并发症等缺点。异体移植物适用性更广,但又带来疾病传播与免疫排斥的风险。人工韧带适用于急需重返运动人群,但技术难度高,且缺乏长期有效性报道。因此,传统移植物存在诸多问题,近年来快速发展的组织工程技术正为ACL重建提供新思路。本文综述了ACL重建中各种移植物优缺点与临床疗效,以期为ACL损伤的治疗提供帮助。关键词 膝关节;前交叉韧带;移植物;腘绳肌腱;组织工程;重建中图分类号 R686 文献标志码 A 文章编号 2095-378X(2023)02-0125-06 doi:10.3969/j.issn.2095-378X.2023.02.013Research
3、progress on graft selection in anterior cruciate ligament reconstructionFENG Jianhao1,WANG Jiaqi21.Department of Orthopaedics,Tongji Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200065,China;2.Department of Sports Medicine,Tongji Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200065,ChinaAbs
4、tract Anterior cruciate ligament(ACL)is one of the most vulnerable structures during sports and an essential anterior stabilizing structure in the knee joint.ACL injury can impair a patient s ability to move,and if not properly treated in time,it often results in serious adverse complications like m
5、eniscal and articular cartilage damage,and even traumatic osteoarthritis.Currently,ACL reconstruction is the standard treatment for ACL injury,and the choice of grafts has a significant impact on patients postoperative functional recovery and surgical success.Autografts are the most commonly used gr
6、afts and have the most stable efficacy,but they have drawbacks like limited sources and donor-site morbidity.Although having greater adaptability,allografts carry a risk of immune rejection and the spread of diseases.Artificial ligaments are appropriate for those who must quickly resume their athlet
7、ic activities,but they are technically challenging and have not been shown to be long-term effective.Due to the numerous issues with traditional grafts,recent rapid advancements in tissue engineering techniques are generating novel ideas for ACL reconstruction.In order to aid in the treatment of ACL
8、 injury,this article discussed the benefits,drawbacks,and clinical effectiveness of different grafts used in ACL reconstruction.Key words Knee joint;Anterior cruciate ligament;Graft;Hamstring tendon;Tissue engineering;Reconstruction 综述 基金项目 上海市卫生和计划生育委员会科研课题(201540215,202140286)作者简介 冯建豪(1995),男,硕士研究
9、生,住院医师,从事临床骨科工作通信作者 王家骐,电子信箱:125Surg Res N Tech Vol.12,No.2,June 2023前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)是膝关节内重要的静力稳定结构,参与限制胫骨前移与维持旋转稳定性1-2。据报道,美国每年ACL损伤的发病率为 68.6/10万3。随着我国体育运动的普及,ACL损伤的发病率也逐年提高。ACL损伤后,患者膝关节稳定性丧失,难以重返运动,继发半月板损伤、创伤性骨关节炎等严重的并发症。由于ACL的自愈能力较差,所以ACL重建是治疗ACL损伤的首选,其主要目的在于重新恢复膝关节的稳定性并延缓骨关
10、节炎的发生4-5。目前,临床上最常见的ACL重建移植物主要有自体移植物、异体移植物和人工纤维韧带6。这些移植物虽然能一定程度上恢复膝关节的稳定性,但是均存在难以克服的缺陷。因此,目前ACL重建中最佳移植物选择仍有争议。而组织工程技术的快速发展为 ACL 重建的移植物提供了新的思路。基于此,本文并对现有移植物以及组织工程技术在 ACL 重建中的新进展进行综述。1 自体移植物是最常用的移植物 自体移植物通常取自患者的髌腱、腘绳肌腱、腓骨长肌腱等,并且在股骨端和胫骨端的骨道建立之后,固定于ACL解剖位置,以代替ACL的生理功能。由于自体移植物来源于自体组织,移植物与宿主的生物相容性最佳,术后韧带愈合
11、速度较快并且能有效的避免疾病的传播7。因此,目前对于绝大多数患者来说,自体移植物是ACL重建的首选。1.1骨-髌腱-骨移植具有愈合快和强度高的优势骨-髌腱-骨(bone-patellar tendon-bone,BPTB)是ACL重建中最早使用的移植物,主要由髌腱的中1/3以及髌骨和胫骨的骨块构成8。BPTB的最大优势在于其拥有足够的机械强度。Noyes 等9报道1415 mm 直 径 BPTB 平 均 强 度 为 正 常 ACL 的1.591.68 倍。Freedman 等10研 究 对 比 1348 例BPTB 移植患者和 628 例腘绳肌腱移植患者,发现BPTB移植后的再撕裂率(1.9%
12、)明显小于腘绳肌腱组(4.9%)。此外,BPTB移植物两端的骨块能使移植物与骨道间愈合更快11。因此,既往BPTB曾作为ACL重建的金标准。然而,随着BPTB重建ACL在临床的大量应用,学者发现BPTB作为移植物常引起一些严重的膝关节的并发症,如髌骨软化、髌腱断裂等12。由于BPTB取材范围较大,术后容易引起患者膝前区的疼痛13。Leys等14报道BPTB重建术后膝前痛的发生率高达42%。因此在习惯长期跪地的人群中,不宜选用 BPTB 作为 ACL 重建的移植物。Pinczewski等15对比180名使用BPTB与腘绳肌腱组重建患者,随访10年后发现两组均有97%患者膝关节功能恢复正常,且移植
13、物再断裂率相近,但BPTB取腱并发症与膝前痛比例显著高于腘绳肌腱组组。此外,在一项长期前瞻性随访研究中,Thompson等16发现在术后 20年,BPTB组骨关节炎发生率(61%)高于腘绳肌腱组(41%)。目前关于这种 Thompson等报道BPTB组患者术后长期的骨关节炎发生率较高的原因与意义尚不明确,仍需更多长期的随访研究进一步明确BPTB移植的远期效果。1.2腘绳肌腱移植具有取腱范围小和并发症率低的优势ACL 重建中腘绳肌腱(hamstring tendon,HT)为全软组织移植物,通常为四股编织的半腱肌与股薄肌肌腱。与BPTB相比,HT具有取腱范围小、膝前痛和伸膝障碍等并发症率低的优势
14、。由于 ACL重建中股骨端采用带袢钢板悬吊固定比例不断提高,HT已取代 BPTB,成为目前 ACL 重建的首选移植物。目前,大多数研究报道HT与BPTB重建临床疗效相近。Sajovic等17前瞻性研究对比64例使用自体HT与BPTB重建患者,随访17年后,发现两者功能评分与移植物再断裂率无明显区别,但 HT 组(25%)膝关节前向松弛度3 mm比例高于BPTB组(6%)。倪建峰等18研究92名HT与BPTB重建患者短期疗效,发现术后3个月时,发现HT组Lysholm功能评分、疼痛评分均明显优于BPTB组,且并发症率更低。Hoge等19系统性综述纳入4项最低随访10年随机对照试验,发现与BPTB
15、相比,HT重建术后主观功能评分、膝关节松弛度与移植物再断裂率无明显差异。DeFazio等20对比两者重返运动率,也发现自体 HT(48.5%)与 BPTB(50.0%)重建术后重返伤前运动水平率相近。尽管HT与BPTB临床疗效相近,但HT主要与骨道间发生腱-骨愈合,其强度与速度均明显差于BPTB,这限制HT在运动员等需要 高 强 度 重 建 和 早 期 康 复 的 人 群 中 的 应 用。Fukuda等21对比75例接受HT与BPTB重建ACL患者,术后1年二次关节镜检查发现BPTB组移植物成熟度(3.60.7)明显优于 HT 组(2.90.2)。针对于此,目前已有大量动物研究报道自体骨膜和富
16、血小板血浆能促进韧带的腱-骨愈合,但是仍缺乏临床长期有效性的报道,未来仍需进一步的研究22。126外科研究与新技术 2023 年6 月第 12 卷 第 2 期 1.3腓骨长肌腱移植同时具有并发症率低和愈合快的优势BPTB、HT等自体移植物均取自膝关节,所以难免会引起肌力下降、膝前痛等并发症。临床上一直在寻求一种更优异的ACL重建移植物。其中,腓骨长肌腱(peroneus longus tendon,PLT)位于小腿外侧区的浅层,具有取腱并发症轻、移植后愈合速度快等优点,正成为最有潜力的ACL重建移植物23。Kerimoglu 等24最早使用 PLT 作为 ACL 重建的移植物,他们对29例PL
17、T重建患者进行随访研究,随访 5 年后,79.3%(23 名)患者 Lysholm 评分为良好,且仅有两名患者出现取腱区的感觉异常。Zhao等25研 究 发 现 PLT 移 植 物 的 平 均 失 效 载 荷 为(322.3563.18)N,与半腱肌肌腱相近;且92名患者取腱前后踝关节功能评分并无显著性变化。陈国民等26对 81 例 PLT 与 HT 重建 ACL 患者进行平均37.3 个月随访研究,发现两组患者 IKDC 评分、Lysholm评分与Lachman试验无显著性差异。在一项荟萃分析的研究中,He等27纳入23项共计925例实施ACL重建的患者的研究,他们发现与HT相比,PLT移植
18、后再翻修率更低,且术后患者有着更高的Lysholm和IKDC主观评分。然而,关于PLT取腱后,其功能能否完全代偿仍存争议。尽管大量研究报道PLT控制足跖屈和外翻的功能可由踝部其余肌腱代偿26,28-29。何文俊等29回顾性研究报道45例PLT重建ACL患者,术后1年时患者美国骨科足踝关节协会评分较术前无明显统计学差异,且与健侧相比,患侧足部外翻、跖屈肌力无明显差异。然而也有 Karimi等30研究对获取PLT患者进行步态分析,发现术后6个月时与健侧相比,患侧的跖屈范围明显减小,而踝关节内翻/外翻幅度却显著增加,他们认为PLT的缺失会影响施加在踝关节的力矩,加重踝关节负担和不稳定性,而踝关节生物
19、力学的变化无疑会增大踝关节退变和损伤的风险。然而,Karimi等研究存在随访时间过短(6个月)的缺陷。在该时长中,部分患者膝关节运动功能无法完全恢复,所以步态分析的结果可能会出现较大偏差。因此,未来研究需要对患者术后更长的时间段内进行步态分析研究,以明确PLT移植后患者踝关节的运动功能是否能完全代偿。2 异体移植物是自身移植物达不到重建要求的替代 受限于患者体型与肌腱情况,临床实践中常出现自体移植物编织后直径不满足 ACL 重建要求(8 mm)。崔巍等31报道在70例ACL重建患者中,四股 HT直径8 mm仅占 12.9%。异体移植物主要来源于尸体解剖,所以除了常规的HT和BPTB外,异体移植
20、物可取材的范围进一步扩大,主要包含胫骨前肌腱、胫骨后肌腱、跟腱、腓骨肌腱等32。因此,异体移植物可作为自体移植物达不到重建要求的重要替代,尤其适用于翻修与多发韧带损伤的病历33。由于无需从患者自身取材,手术时间以及由供区并发症也得以减小。然而,异体移植物存在免疫排斥和感染的风险,所以还需要对其进行预处理。临床上常使用射线照射对异体移植物进行灭菌处理,并且采用深低温冷冻进行保存。研究发现射线照射强度会影响异体移植物生物力学性能与重建疗效34。Maletis等35发现与相同取材部位的自体移植物相比,射线照射后的异体移植物再撕裂率明显更高。而相反,Barber等36的回顾性研究中对比自体和异体BPT
21、B移植的患者,发现未预处理的异体移植物2年移植失败率(7.1%)与自体移植物组(9.4%)相近,并且两组患者的 Lysholm 和 IKDC膝关节评分均无显著性差异。综上所述,越少处理的异体移植物的机械强度往往越高,但是与此同时免疫排斥和疾病传播的风险却更高。因此,异体移植物预处理时需要平衡韧带机械强度降低与免疫排斥和疾病传播的风险。近年来,越来越多研究发现异体移植物的重建疗效明显差于自体移植物,导致国内外最新指南中已不在推荐异体移植物作为重建首选37。Kaeding等38的一项前瞻性研究发现随访2年后,异体移植物的再断裂率比自体移植物高4倍,且对于40岁以下人群,年龄每降低10岁,异体移植物
22、的再断裂率增高2.3倍。Wasserstein等39的一项系统综述也报道25岁以下年轻患者的异体移植物的移植失败率(25%)显著高于自体移植物(9.6%)。因此,对于运动需求较高的年轻患者来说,应当谨慎选用异体移植物。3 人工韧带适用于运动员等需要早期重返运动的人群 人工纤维韧带主要由高分子纤维材料构成。理想的人工韧带必须同时具有良好的生物相容性和足够机械强度40。人工韧带最早在上世纪70年代开始流行,当时主要选用聚乙烯和碳纤维作为材料,但存在术后滑膜炎与断裂发生率高的缺陷,不久即被淘汰。直至1985年,法国Laboureau等利用聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯(PET)编 织 制 成
23、 LARS127Surg Res N Tech Vol.12,No.2,June 2023(ligament advanced reinforcement system)人工韧带,人工纤维韧带才重新得以应用41。LARS人工韧带采用独特仿生学设计,其关节内段纤维呈平行排列以促进新鲜组织长入并融合,而骨道内段则纵横交错排列以提供足够机械强度。Trieb 等42在 LARS 韧带植入 6 个月取组织活检,免疫组化染色发现LARS韧带中存在大量新生的结缔组织,所以LARS人工韧带拥有良好的生物相容性。此外,与自体和异体移植物相比,LARS纤维韧带无需经历 12 年的“韧带化”的生物学过程43。因此,
24、LARS韧带在早期即可取得足够的强度,尤其适用于运动员等需要早期康复的特殊人群。喻骏等44对比64例LARS人工韧带与HT重建患者,最低随访1年发现两组IKDC评分、Lysholm评分、Tegner评分均较术前显著提高,但组间并无显著差异。Su等45对比 185名使用 LARS人工韧带、自体HT与异体肌腱重建ACL患者,随访5年后发现三组患者主观功能评分、膝关节稳定性、重返运动率无明显差异。梁智勇等46纳入12篇随访2年研究,发现术后2年时LARS人工韧带与自体HT重建ACL疗效基本相当。因此,上述研究表明LARS人工韧带临床疗效不亚于自体/异体移植物,但这些研究的随访时间普遍较短,目前仍然缺
25、乏高质量的长期的随访研究47。此外,LARS人工韧带主要通过挤压螺钉固定,没有实现真正的腱-骨愈合。从远期来看,人工韧带两端的固定装置出现松动的风险较高。另外,采取人工韧带重建ACL需要等长重建与保残重建,操作难度较高且学习曲线长。并且膝关节的运动学研究显示,尚没有固定的股骨和胫骨等长点。以上两个问题,一直是人工韧带备受争议的关注点。4 组织工程技术将为ACL重建提供新思路 ACL重建中自体、异体移植物以及人工韧带等传统移植物存在许多不足,其中最为关键的是无法完全恢复ACL原有的生理解剖结构。而组织工程技术利用生物支架材料和细胞生物学技术模拟天然 ACL 组织结构,将给 ACL 重建带来新思路
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