李君芳
郑州大学体育学院，河南省郑州市 450044
李君芳，女，1971年生，河南省郑州市人，汉族，2000年河南中医学院毕业，讲师，主要从事运动医学研究。
Lijf71@126.com
Artificial ligament reconstruction and movement injury to anterior cruciate ligament of the knee joint
Li Jun-fang
College of Physical Education, Zhengzhou University, Zhengzhou 450044, Henan Province, China
Li Jun-fang, Lecturer, College of Physical Education, Zhengzhou University, Zhengzhou 450044, Henan Province, China
Lijf71@126.com
Abstract
OBJECTIVE: To summary the structure and function of anterior cruciate ligament of the knee joint, damaged mechanics and features, present research of artificial ligament reconstruction following damage, and to provide evidences for clinical application of artificial ligament.
METHODS: The key words were “knee joint, anterior cruciate ligament, artificial ligament, reconstruction”. We retrieved Vip database and Medline database. According to inclusion and exclusion criteria, the literatures were screened, and finally 31 articles were included. The following 3 aspects were discussed: ①structure and function of anterior cruciate ligament; ②mechanism and features of athletic injury of the anterior cruciate ligament; ③reconstruction of artificial ligament following athletics damage to the anterior cruciate ligament.
RESULTS: The anterior cruciate ligament is composed of collagen fiber, and plays an important role in intorsion of the knee joint and straigh activity of tibia, limits tibial antedisplacement and excessive extension, and limits stability of medial knee and tibial rotation activity when knee strengthened. Damage was easily found in movements such as torsion, beveling and scram. Numerous studies have demonstrated that the outcomes of LARS artificial ligament reconstruction for anterior cruciate ligament have significant dominance compared with other grafts.
CONCLUSION: Anterior cruciate ligament exhibits a major effect on stability of the knee joint, but it is region that can be easily damaged. A approved method for treating damage to anterior cruciate ligament is LARS artificial cruciate ligament reconstruction. This method is characterized by small wound, movement in early period, but the medical cost is relatively high.
Li JF.Artificial ligament reconstruction and movement injury to anterior cruciate ligament of the knee joint. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2010;14(12):2221-2224. [http://www.crter.cn http://en.zglckf.com]
摘要
目的：总结膝关节前交叉韧带的结构、功能，损伤的力学机制和特点及其缺损后的人工韧带重建研究现状，为人工韧带的临床应用提供依据。
方法：以“膝关节，前交叉韧带，人工韧带，重建”为关键词，用计算机检索维普数据库和Medline 数据库，按纳入和排除标准，对文献进行筛选，共纳入31篇文章。重点对以下3个方面进行了探讨：①前交叉韧带的结构和功能？②前交叉韧带运动损伤机制和特点？③前交叉韧带运动缺损后人工韧带的重建？
结果：前交叉韧带由胶原纤维组成，对膝关节的内旋和胫骨的伸直活动起稳定性作用，限制胫骨前移及过度伸展，对膝内侧的稳定、膝伸直位时胫骨旋转活动限制作用。在一些扭转、斜切、急停等动作较多的运动中容易发生损伤，诸多研究表明LARS 人工韧带重建前交叉韧带效果与其他移植物相比具有显著优势。
结论：前交叉韧带在膝关节的稳定当中起着重要作用，但也是极易发生损伤的部位。当前对于前交叉韧带缺损的治疗比较认可的方法是LARS人工交叉韧带重建。它具有创伤小、早期即可从事运动等优势，同时也存在医疗费用高等不足。
关键词：人工韧带；前交叉韧带；膝关节；重建；组织工程
doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.12.033
李君芳.人工韧带重建与膝关节前交叉韧带的运动损伤[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14(12):2221-2224.
[http://www.crter.org http://cn.zglckf.com]
0 引言
膝关节属于椭圆屈戍关节。股胫关节头大、关节窝浅，使两关节面不相适应，关节囊薄而松弛。仅从关节面形状分析，膝关节似乎是不稳固的，但由于膝关节有一系列的辅助结构，因此它还是人体中相当稳固的关节。其中前交叉韧带是膝关节的重要的静力性稳定结构，有着重要的生理功能[1]。尤其是膝关节周围力量不足、运动技术动作的错误、运动前准备活动不充足等，导致前交叉韧带损伤比较常见。膝关节前交叉韧带断裂是常见而又严重的运动性损伤，诊治不当将会造成膝关节前交叉韧带缺失膝，引起功能性不稳而导致一系列后遗病变，严重影响膝关节功能[2]。
交叉韧带损伤后愈合能力极差，目前临床重建交叉韧带使用的材料包括自体移植物、异体移植物和人工合成材料。自体和异体移植物重建交叉韧带依然是目前的主流选择，常见的自体髌腱或半腱肌移植具有较高的强度，在附丽位点能够
获得骨-骨或腱-骨愈合。但对自体供区会继发膝前疼痛、髌腱炎、髌下脂肪垫挛缩、相应部位髌骨骨折、腘绳肌缺失等并发症。异体髌腱、跟腱、阔筋膜材料存在来源少、免疫排斥反应、生物长入延迟甚至传播疾病的危险[3]。因此，长期以来，人工韧带的研究从未停止，而近年来,组织工程技术重建交叉韧带的实验研究也成为了新的热点。本文主要讨论以下3个问题：①前交叉韧带的结构和功能？②前交叉韧带运动损伤机制和特点？③前交叉韧带运动缺损后人工韧带的重建？
1 资料和方法
1.1 资料的纳入与排除标准
纳入标准：文献主题内容与前交叉韧带损伤后人工韧带重建联系紧密的文章。
排除标准：①Meta分析。②非前交叉韧带损伤后人工韧带重建类文章。③重复性研究。
1.2 资料提取策略
检索人相关内容：第一作者。
检索时间范围：1990-01/2010-01。
关键词：中文关键词：膝关节，前交叉韧带，人工韧带，重建；英文关键词: knee joint，anterior cruciate ligament，artificial ligament，Reconstruction。
检索数据库：Pubmed数据库，网址http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed；维普数据库，网址http://www.cqvip.com/。
1.3 对纳入文献的评价 共检索到106篇文献。由通讯作者按纳入及排除标准筛选后，共纳入31篇文章。文献的类型主要包括动物实验、临床研究及综述；内容包括膝关节前交叉韧带的结构、功能，损伤的力学机制和特点及其缺损后的人工韧带重建研究现状。
2 结果
2.1 前交叉韧带的结构和功能
结构：前交叉韧带位于膝关节内，起于胫骨髁间隆起的前方内侧面，与内、外侧半月板的前角愈着，斜向后上方外侧，纤维呈扇形附着于股骨外侧髁的内侧。分为前内束和后外束。前内束在屈曲时张力最高，后外束在伸直位时张力最高。前交叉韧带中90%为Ⅰ型胶原，其次为Ⅲ型胶原，约占10%。纵行、致密的Ⅰ型胶原组成直径约20 μm的纤维，被较细的Ⅲ型胶原分隔成直径20~400 μm的纤维束[4]。此外，韧带中还含有少量弹性蛋白和糖蛋白。大多数前交叉韧带纤维束呈纵向走行，但有部分纤维束呈螺旋排列[5]，这是因为膝关节在屈曲过程中伴有胫骨内旋，韧带沿其纵轴内旋绞紧，而在伸直的过程中再逐渐解锁，这使得这些螺旋排列的纤维束在这一过程中的作用显得更加重要。研究还发现，前交叉韧带中不单纯是胶原成分，在前交叉韧带的远端1/3，韧带呈现出典型的纤维软骨组织学特性，股骨和胫骨侧软骨与韧带结合部位有纤维软骨成分[6]。位于韧带中1/3的腱细胞具有在凝胶中移行快、表型稳定的特性，使其在细胞学特性上较其他部位细胞更加适合于作为未来前交叉韧带组织工程的种子细胞[7]。
功能：前交叉韧带对膝关节的内旋和胫骨的伸直活动起稳定性作用，限制胫骨前移及过度伸展，对膝内侧的稳定、膝伸直位时胫骨旋转活动限制作用。并且前交叉韧带不单纯是被动的限制关节超出生理范围的活动，同时还通过韧带内的末梢感受器的张力下反射作用，经神经中枢而组成肌肉的拮抗作用。很多研究发现，前交叉韧带由许许多多纤维束组成，它们在股骨以及胫骨上都有不同的止点，当膝关节处于不同的位置时，相当的一部分纤维束处于张力状态而起稳定膝关节的作用。前交叉韧带不是简单的纤维组合，还具有弹性，可以分散能量、调节长度与内部负荷[8]。
2.2 前交叉韧带运动损伤机制和特点 前交叉韧带损伤多与运动有关，有统计约70%是在体育运动中受伤，特别是一些扭转、斜切、急停等动作较多的运动中，使膝关节所受负荷异常，如篮球、足球、滑冰等[8]。研究发现，在膝关节由屈曲40°主动伸至完全伸直时，胫骨过度内旋时以及过度的内翻及外翻应力作用于胫骨上时，前交叉韧带承受着最高的负荷和张力[9]。Markolf[10]用应变式载荷传感器来测定人体前交叉韧带受力，则发现当膝关节屈曲90°胫内旋时后交叉韧带受力最大；膝关节过伸伴胫内旋时前交叉韧带受力最大；当膝关节屈曲90°膝内、外翻活动时后交叉韧带平均受力最大，而膝关节过伸伴膝内、外翻活动时前交叉韧带平均受力最大。Wascher[11]在实验中惊奇地发现膝关节过度屈曲时前交叉韧带平均受力远大于膝关节的过伸位时受力。因此，前交叉韧带损伤易发生于车祸、体育活动，高处坠落时膝关节的过屈曲位。其次，膝关节的外侧副韧带可防止膝关节外侧间隙增宽，当该韧带损伤时膝关节内翻，从而增加了潜在性前交叉韧带的损伤。所以若膝关节外侧副韧带损伤时必须修补或重建，以免前交叉韧带受力过大。否则，会导致前交叉韧带易损伤或重建的失败。
De Maria[12]按受伤的生物力学机制及合并的损伤将其分为以下5类：①单纯前交叉韧带损伤，多发生在强迫的伸膝力下伴股骨外髁前部与胫骨平台外侧相撞的损伤中，也有一部分发生在强迫的屈膝力下伴胫骨髁间棘的撕脱骨折中。②前交叉韧带及内侧结构的损伤，多发生在强迫的屈曲-外旋(外翻外旋)中，其中很典型的是O’Donoghue三联症，即交叉韧带、内侧副韧带和内侧半月板的合并损伤。而且外翻力及轴移现象可同时损伤股胫前的关节面。③前交叉韧带及外侧结构的损伤，由强迫的屈曲-内旋力(内翻内旋)造成，可形成典型的Segond骨折。④前交叉韧带及内外侧结构的损伤，由不同形式的内-外翻及旋转力造成。⑤前交叉韧带及PCL的损伤，多发生于胫骨向后移位和膝过伸中。认为损伤部位与外力作用速度有关，较缓慢的作用力常常使前交叉韧带从胫骨棘的起点上撕脱，而速度较快则常导致前交叉韧带中段的撕裂或裂断。伍刚等[13]认为身体向前移动过程中向后摔倒，用力收缩股四头肌保护性直立，相对于股骨向前推胫骨，可造成单纯的前交叉韧带撕裂，如滑雪等。华山运动医学中心的卫宏图[14]报道，前交叉韧带损伤对于股骨髁间隆起狭窄的患者特别容易发生，甚至两侧都会发生。
2.3 前交叉韧带运动缺损后人工韧带的重建 自从Battle、Mayo1903首先报道前交叉韧带损伤的修复，发展至今，前交叉韧带的关节镜下重建已是关节外科的一个重要的治疗方法[15-16]。临床重建交叉韧带使用的材料包括自体移植物、异体移植物和人工合成材 料[17-18]。自20世纪60年代，人工韧带即进入临床应用。1975年Kennedy和Dahhan等分别使用聚乙烯人工韧带、碳纤维人工韧带进行前交叉韧带重建，但都存在膝关节僵硬、急性滑膜炎等并发症，因此没有得到广泛应用。20世纪80年代后期曾有人设计各种人工韧带用于临床，但早期的各种人工韧带由于结构、材料和组织相容性方面的缺陷，导致滑膜炎和材料疲劳断裂等，逐渐被淘汰[19]。人工韧带在经历了一段时间的沉寂之后，自20世纪90年代，第4代人工韧带LARS人工韧带应用于临床取得良好效果，受到重新认识和推荐。这里着重介绍一下LARS人工韧带。
LARS人工韧带的产生：1985年，LARS人工交叉韧带由法国医师Laboureau应用高韧性的聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇脂)模仿人体韧带的解剖结构和生物力学原理设计而成，能够得到满意的抗疲劳强度，尤其具有抗重复的扭曲、弯曲的力量，并可避免由牵引过度造成的伤害。关节内的纤维采用开放编织结构，纤维小孔直径为30~50 μm，适合组织长入。
LRAS人工韧带的优势[20-22]：①不需要自身的供区，可避免取材部位的并发症。②关节镜下手术操作方便，手术时间短、创伤小。③术后不用外固定，早期康复锻炼，这样最大限度防止关节功能受限，韧带重建后稳定、可靠，可早期从事运动。④滑膜炎，松弛等并发症少。⑤LARS人工韧带强度大，植入简单，固定可靠，可按韧带转向以模仿产生人体韧带的活动方向，能对抗重复扭曲、弯曲的力量以及过度牵引。⑥具有不同于其他人工韧带的多孔结构，有利于自体组织长入。
LRAS人工韧带重建前交叉韧带效果：Talbot等[23]在1996/1999使用LARS人工韧带治疗前交叉韧带损伤，术后随访患者的关节活动度、Lysholm评分等，短期效果令人满意。Nau等[24]应用LARS人工韧带与B-PT-B重建的前瞻性对照研究。随访2年后，LARS组没有急性滑膜炎的发生，与B-PT-B组在稳定性方面的差异无显著性意义，在早期恢复活动方面具有明显优势。应用LARS人工韧带治疗前交叉韧带损伤手术后6个月胶原纤维和血管内皮细胞就可以长人韧带[25]，且胶原纤维的排列平行有序，无急性滑膜炎发生。有作者对47例接受LARS人工韧带重建的患者随访8~47个月，发现Tenger评分较术前明显增加[26]。
国内张寅权等[27]对12例前交叉韧带完全损伤患者实施关节镜下LARS人工韧带重建术。结果3~11个月后，膝关节前直向小稳症状均消失。前抽屉试验阴性。关节功能良好。未并发急性滑膜炎。患膝伸屈度0°~120°。根据Lysholm膝关节评分法。膝天节评分由术前(45.45±1.18)分提高到术后(84.77±2.26)分。研究认为LARS人工韧带组织相容性好，是理想的韧带移植材料。关节镜下LARS人工韧带重建前交叉韧带完全性损伤疗效好，创伤小，并发症少，患膝稳定性早期即可完全恢复，术后关节功能能达到正常运动要求。陈世益等[28]人的研究也发现LARS人工韧带组患膝功能评分，特别是反应运动能力的Tegner 评分，在术后3~6个月就有明显改善，较自体ST/G组明显提前。徐又佳等[29]的研究也认为运用“LARS人工韧带”重建膝前交叉韧带可达到解剖重建，可有效恢复膝关节稳定性；关节镜下手术拥有创伤小、康复快、疗效好等微创特点。
LRAS人工韧带的不足之处[30-31]：①手术需由关节镜操作娴熟的关节外科医师实施，专业程度高。②LARS人工韧带为进口内植物，医疗费用高，多患者难以承受，影响临床广泛推广。③LARS韧带作为人工植入物，其纤维在关节活动中存在一定程度磨损率，并与韧带使用寿命相关，而相关指数尚缺乏系统报道。
3 讨论
对于膝关节前交叉韧带缺损后的人工韧带重建研究经历了一个漫长的过程，许多科研工作者为改进治疗方法在解剖学、生理学、生物力学、动物实验及临床实践上作了大量的工作。然而，LARS人工韧带仍然存在其自身固有的缺陷。韧带的关节内部分其表面与滑膜的结合程度；人工韧带是否会磨损而影响远期疗效；人工韧带移植后患膝本体感觉的重建问题等。但相信随着组织工程学的不断进展，人工韧带研究会不断深入，人工韧带的前景也会更加广阔。展望未来，在不久的将来，组织工程和基因工程将为制造出更为理想的人工韧带。
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