对苯二甲酸乙二醇酯人工韧带重建前交叉韧带研究进展

高凯 陈世益

复旦大学运动医学中心，华山医院运动医学与关节镜外科（上海 200040）

20世纪80～90年代，各种材料制造的人工韧带如雨后春笋般涌现出来，被用于前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）重建。由于材料生物相容性较差和韧带整体结构设计的缺陷，人工韧带重建ACL术后2年的失败率达60%，大多数人工韧带已被临床淘汰[1-14]。

自体和异体移植物都存在固有的缺陷[15-17]，近年来人工韧带重新受到关注。经过改良的人工韧带重建ACL的临床研究逐渐增多[18-27]，目前临床应用的人工韧带材料均为对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET），属于支架型人工韧带，例如LARS人工韧带（ligament advanced reinforcement system）和Leeds-Keio人工韧带[1，2]。

本文综述了近年来PET人工韧带重建ACL研究现状，有助于明确未来人工韧带的研究方向。

1 人工韧带的分型

1.1 按人工韧带的作用分型

人工韧带按其作用可以分为3种类型：假体型、加强型和支架型[1-3]。最初应用于临床的是假体型（或称永久型）人工韧带，特点是抗拉伸强度高，但抗弯曲、抗扭转的力学性能很差，自体组织不能长入[5，8，9]。研究者认识到只依赖人工韧带自身抗拉强度不可能维持长久疗效[1，5]，因此，又发明了加强型人工韧带，即韧带加强装置（ligament augmentation device，LAD），与自体移植物联合使用，以分担负荷，为自体移植物韧带化和再塑形提供保护，但是并没有达到预期效果。此后，支架型人工韧带被寄予厚望，期望自体组织长入人工韧带支架内，提高韧带使用寿命和远期疗效[1-3]。

1.2 按人工韧带的材料分型

1.2.1 碳纤维人工韧带

碳纤维人工韧带属假体型韧带，于20世纪80年代初期开始用于临床，短期疗效尚可[6]。但很快发现自体组织不能长入碳纤维人工韧带内，碳纤维人工韧带易磨损、松弛、断裂并能引起严重的膝关节滑膜炎[7]，很快即被临床淘汰。

1.2.2 聚四氟乙烯（Polytetrafiuoroethylene，PTFE）人工韧带

以Gore-Tex人工韧带为代表，属假体型韧带，其抗拉强度达5000N。Gore-Tex人工韧带术后短期疗效较好[8，9]，但术后4年的失败率超过50%[10，11]。失败原因主要是没有自体组织长入Gore-Tex人工韧带内，骨隧道扩大、骨溶解导致移植物松动[10]，以及移植物疲劳断裂和磨损[10-12]。Fukubayashi等[13]报道123例患者术后随访5～11年，大多数病例发生骨隧道扩大和骨溶解，50%病例发生移植物松动，26例完全断裂。

1.2.3 PET人工韧带

包括LARS人工韧带、Leeds-Keio人工韧带、Dacron 人工韧带、ABC 人工韧带等[1-3，26，27]，以LARS人工韧带和Leeds-Keio人工韧带应用最为广泛。

2 PET人工韧带重建ACL研究现状

2.1 Leeds-Keio人工韧带

Leeds-Keio人工韧带由英国Leeds大学和日本Keio大学合作开发，因而得名。Leeds-Keio人工韧带为开放编织结构，包括纵向和横向编织纤维。Leeds-Keio人工韧带的固定方式独特：把钻骨隧道时取出的骨块嵌入韧带两端固定。自体组织长入Leeds-Keio人工韧带内后，韧带强度由870N增加到2000N[1]。Leeds-Keio人工韧带的临床疗效有一定争议，虽然多数研究报道Leeds-Keio人工韧带长期失败率较高[21，22，28]，但也有文献报道取得了满意的长期疗效[20，23]。Murray 等[22]报道 18 例Leeds-Keio人工韧带重建ACL患者术后随访13年（10～16年）的结果显示，5例韧带断裂，10例松弛，所有患者膝关节功能损害程度轻重不一，都有一定症状。Jones等[23]报道50例Leeds-Keio人工韧带重建ACL患者，术后平均随访11.9年（8.7～19.7年），优良率为88%，大部分患者仍保持良好的膝关节功能和活动水平，6例韧带断裂。Ghalayini等[20]报道了Leeds-Keio人工韧带与BPTB重建ACL的前瞻性随机对照研究，Leeds-Keio人工韧带组22例，BPTB组24例，所有病例均为慢性ACL损伤，术后随访5年，两组的Lysholm和IKDC评分、膝关节松弛度无显著性差异；二次关节镜手术发现Leeds-Keio人工韧带组3例移植物部分断裂或磨损，而BPTB组2例移植物部分断裂或磨损，并有2例移植物完全断裂。

敖英芳等[24]报道应用Leeds-Keio人工韧带辅助自体髌腱移植重建前交叉韧带26例，术后平均随访8年（7～9年），功能评分较术前明显提高，主观评价满意度达86%，术后早期可恢复运动，仅1例术后再损伤致人工韧带断裂，1例出现异物反应。Fujikawa等[25]报道一组Leeds-Keio人工韧带重建前交叉韧带患者135例，保留ACL残端，随访5年，超过85%患者取得了满意的疗效，并能早期恢复运动。这两项研究提示联合应用自体移植或保留ACL残端有助于提高长期疗效。

Zaffagnini等[29]报道 1例 Leeds-Keio人工韧带重建ACL术后20年患者，再次行关节镜手术，术中见Leeds-Keio人工韧带移植物仍完好，取移植物活检，进行组织学和超微结构检查。结果发现Leeds-Keio人工韧带移植物被自体成纤维细胞和胶原组织完全包裹，胶原纤维按ACL受力方向有序排列，与天然ACL的胶原纤维非常相似[29]，表明由PET材料制成的支架型人工韧带植入体内后作为不可降解的支架，在一定条件下，可能允许宿主成纤维细胞长入和胶原组织再生，并在承受应力的生理环境下塑形，形成具有良好功能的新韧带，从而提供优良的远期疗效[23，29]。这在一定程度上符合组织工程韧带的理念。Zaffagnini等的研究提示长入人工韧带支架内的自体组织质量对保证长期疗效的重要作用。

2.2 ABC人工韧带

ABC人工韧带（active biosynthetic composite ligament）属支架型人工韧带。ABC人工韧带包括两种：一种由PET和碳纤维混合编织而成，另一种为纯PET制造，两种韧带的结构和外形相同，两端为环形，采用悬吊固定[26，27]。从1985年开始，ABC人工韧带被用于重建ACL，早期失败率很高，主要是移植物断裂和拉长。Jadeja等[26]报道在90年代中期对从翻修病例体内取出的ABC人工韧带进行了研究，发现移植物早期失败的原因是由于骨隧道定位过于偏前，导致膝关节伸直时发生移植物撞击。因此，他们对手术技术进行了改进：设计了定位器，辅助骨隧道准确定位，并在手术中钻取骨隧道后注意把骨隧道关节内出口边缘处理光滑，避免移植物撞击和磨损。经过上述改良，应用碳纤维和PET混合编织的ABC人工韧带重建ACL，86例患者术后随访5年以上。手术失败标准：人工韧带断裂或者拉长，出现膝关节不稳定症状、打软同时轴移试验阳性，以及关节动度仪测试双侧胫骨前移差值大于5mm。根据这一标准，术后随访3年的失败率为0，但随访5～7年时的失败率上升到27.9%[26]。

Petrou等[27]报道应用纯PET制造的ABC人工韧带重建ACL，保留ACL残端，71例患者平均随访5年（4～7年）。结果2例出现轻微滑膜炎，无移植物断裂。所有患者术后3个月恢复日常活动，79%患者在术后6个月内恢复伤前运动水平。Lysholm评分平均93分，优良率为92%；87%患者的IKDC评分正常或接近正常。

上述两项研究提示保留ACL残端可能有助于提高疗效；另外，两种ABC人工韧带仅制造材料不同：一种为纯PET，另一种为PET与碳纤维混合，结果中期疗效很不相同，可能与碳纤维的生物相容性较差有关。

2.3 LARS人工韧带

LARS人工韧带是新一代支架型PET人工韧带，采用仿生设计，模拟天然ACL ，其关节内段为平行纵向排列的游离纤维，这种设计是为了避免韧带纤维之间的磨损，而且预先外旋扭转[30]。LARS人工韧带的力学强度很高。东庆泽等[31]研究了LARS人工韧带在不同扭转角度时的抗拉伸极限强度，扭转0度时，LARS人工韧带的极限强度为3968N，扭转130度时的极限强度达5186N。Hagemeister等[32]报道LARS人工韧带抗拉伸、抗弯曲和抗扭转的力学性能良好。LARS人工韧带的设计要求手术时游离纤维进入股骨隧道内1mm，可能有助于减少韧带内部纤维之间以及韧带与骨隧道之间的磨损。Trieb等[33]报道采用LARS人工韧带重建骨肿瘤患者的伸膝装置，术后6个月取活检标本，发现自体纤维组织长入LARS人工韧带内，体外培养的成纤维细胞能附着和包裹LARS人工韧带。由于LARS人工韧带整体结构的设计改良，使其具有良好的力学性能，使用寿命可能比以往的人工韧带更长。

LARS人工韧带已经在加拿大、澳大利亚、欧洲、亚洲的一些国家和地区临床应用。近些年国内应用LARS人工韧带重建交叉韧带逐渐增多[18，34]。国内外临床研究报道LARS人工韧带重建ACL取得了良好的近期疗效[19，34-38]。

Dericks[30]报道 220 例 LARS 人工韧带重建ACL患者术后随访4个月～4.5年，失败率为4.4%，9例发生LARS人工韧带断裂，滑膜炎发生率很低。Hamido等[38]报道应用LARS人工韧带加强太短或太细的自体腘绳肌腱移植物重建ACL患者112例，术后随访2～5年，膝关节主、客观评分较术前明显提高，无人工韧带断裂和膝关节滑膜炎发生。Nau等[35]报道前瞻性随机对照研究，对26例慢性ACL损伤患者，应用LARS人工韧带重建ACL，术后随访2年，疗效与BPTB自体移植重建ACL组相当，无人工韧带断裂和滑膜炎发生。术后6个月时，1例患者螺钉松动，导致膝关节不稳定复发，再次手术，取出原来的螺钉，用直径更大的螺钉固定LARS人工韧带，使膝关节稳定性恢复。Lavoie等[36]报道47例LARS人工韧带重建ACL患者术后随访8～45个月，近期疗效良好，Tegner评分明显提高，无滑膜炎症状、无韧带断裂，术后3例患者内固定物失败，需要再手术重新固定。

最近陈世益等[19]进行了LARS人工韧带重建ACL的多中心回顾性临床随访研究，LARS人工韧带重建ACL患者159例，术后随访4年的主客观临床疗效良好，失败率和滑膜炎发生率较低，失败率为7%，其中3例为固定螺钉松动，3例为LARS人工韧带关节内断裂，伴1例膝关节滑膜炎。但是术后骨隧道扩大的发生率较高，尚不清楚远期是否会发生骨隧道溶解和移植物松动失败。

2.4 PET人工韧带与骨隧道的愈合

PET人工韧带与骨隧道间愈合的基础研究与上述临床研究结果一致[39-41]。Panni等[39]比较了Leeds-Keio人工韧带和BPTB自体移植重建羊ACL术后移植物-骨隧道之间的愈合情况。术后2、6、9个月时的组织学研究表明，Leeds-Keio人工韧带和骨隧道壁之间由纤维组织连接，但是在这些纤维组织中没有定向排列的胶原纤维，无任何骨组织长入Leeds-Keio人工韧带内。

Kock等[40]对从4例患者体内取出的一种PET人工韧带（Trevira人工韧带 ）进行组织学和电镜观察，这些Trevira人工韧带植入患者体内的时间3～15个月不等。结果发现：长入Trevira人工韧带两端的所有自体组织都是纤维组织，无骨组织，有200～500μm厚的纤维组织把人工韧带和骨隧道壁的骨组织分隔开。这些组织学发现与他们的临床经历相符合：翻修断裂的Trevira人工韧带时，能轻松地把Trevira人工韧带从骨隧道中拉出来，提示PET人工韧带和骨隧道之间虽然由纤维组织连接，但是这种愈合并不牢固，可能远低于自体移植的腱-骨愈合。Amis等[41]报道了相似的结果：他们采用Apex人工韧带（一种PET人工韧带）重建ACL，从失败病例体内取出的Apex人工韧带中，未发现骨组织长入的证据。

上述研究表明，PET人工韧带和骨隧道之间的愈合不够坚强，必须依赖内固定物维持PET人工韧带两端的固定。ACL重建术后人工韧带移植物在膝关节内承受各种应力，人工韧带与骨隧道之间会发生微动，如同自体移植物重建ACL术后的“蹦极效应”和“雨刷效应”[43]，从而导致骨隧道扩大和螺钉松动。目前临床应用的PET人工韧带仍然没有解决人工韧带两端与骨隧道牢固愈合的问题。因此，未来应当借鉴自体移植物重建ACL术后预防骨隧道扩大的研究[42，43]，促使PET人工韧带与骨隧道之间骨性愈合，防止骨隧道扩大、骨溶解和内固定物失败，以提高远期疗效。

3 小结

总之，经过改良设计的支架型PET人工韧带重建ACL术后近期和中期临床疗效良好，必须进行更长时间的随访，以明确其远期疗效。而且，目前临床应用的PET人工韧带还存在一定缺陷，人工韧带两端与骨隧道的愈合不够牢固。要避免支架型PET人工韧带长期疗效失败，必须进一步改良PET人工韧带，采用纳米技术等方法对PET人工韧带材料进行表面修饰[44，45]，提高PET材料的生物相容性，促进自体组织的再生和愈合，以取得优良的远期疗效。

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