前交叉韧带重建术中腱-骨镶嵌式固定的实验研究

前交叉韧带(ACL)断裂后,由于其自身愈合能力差[1],如不及时有效的治疗,常会导致严重的膝关节不稳,继发半月板和关节软骨不可逆的损伤。因此,ACL断裂后常需要行手术重建。对移植物固定的牢固程度决定着手术的成败,ACL重建移植物的可靠固定对术后早期功能活动练习、后期移植物与骨隧道融合均起着重要作用。目前,移植物的固定方法很多,每种方法均有其优、缺点[2-3]。本研究在ACL重建术中股骨侧应用腱-骨复合体镶嵌式固定,旨在观测其愈合特点,探索一种新的固定方式。

1 材料与方法

1.1  实验动物 28只新西兰大白兔(由承德医学院实验动物中心提供),体质量2.0~2.5kg,平均2.3kg,均于右侧膝关节行ACL重建术。

1.2  手术方法 经耳缘静脉注射3%的戊巴比妥钠溶液(1mL/kg)将动物麻醉,右膝术区各皮、消毒,取髌腱内侧纵行切口,于大腿远端内后侧分离出半腱肌腱(图1A),保留远端止点完整,自肌腱和肌腹交界处近端切断,肌腱断端用3-0的丝线编织缝合作为牵引线;经牵引线将肌腱引人直径3mm环锯(图1B)中,于半腱肌腱远端止点处通过环锯钻取3mm×3mm×3mm大小骨块,连同半腱肌腱一并取下,做成腱-骨复合体(图1C),备用。沿髌骨内侧切开至关节腔,外推髌骨脱位,于上、下止点处完整切除ACL,查前抽屉试验及Lachman试验阳性,依肌腱直径大小选择约1.5mm钻头自胫骨结节前内侧骨面向外上原韧带下止点处钻取骨道,通过该骨道再向上、外、后至髁间窝外侧壁后部,近ACL上止点处钻取骨道,钻通至股骨外髁外侧骨面,然后改用3mm钻头于股骨骨隧道外侧由外向内下方扩大股骨骨道深达4mm,使股骨骨道呈瓶颈样以适应半腱肌腱一端骨块嵌人(图1D)。用直针引导牵引线,将肌腱一骨块复合体肌腱侧自股骨骨道外口导人关节腔,从胫骨骨道拉出,拉紧时骨块嵌人股骨骨道外侧端,于屈膝3O°位拉紧,肌腱侧经胫骨骨桥悬吊固定。查前抽屉试验及Lachman试验阴性后,庆大霉素盐水冲洗伤口,逐层间断缝合,患肢不子固定。术后笼养,自由活动,前3d肌内注射青霉素预防感染。

1.3  术后检测 于术后4、8周分别将10只实验动物处死取材,将重建的膝关节前交叉韧带外周围软组织去除,股骨和胫骨各保留75px长,并保留胫骨侧的悬吊固定线,股骨与胫骨端分别固定于生物力学试验机(MTS858 Mini Blonix)上,使拉力经过韧带的轴线,按5mm/min速度加载负荷,记录重建韧带的断裂部位。并于术后2、4、8、12周分别将2只实验动物处死取材,标本使用10%甲醛液固定,用5%硝酸液脱钙,脱钙组织沿股骨隧道长轴方向纵向切开,然后依次梯度乙醇逐级脱水、清洗、石蜡包埋后,切成5um厚薄片,HE染色后观察腱一骨界面的组织愈合过程。

2  结果

2.1  断裂部位结果 28只实验动物均未出现术后感染,未见明显的滑膜炎症和关节腔积液,未见纤维组织过度形成及关节僵直。术后4月,拉伸测试显示,重建韧带断裂部分位于腱性部分为9例,其中位于股骨侧3例,中段3例,胫骨侧3例;1例从股骨隧道内拉出,末端带有部分骨块。术后8周,拉伸测试后,重建韧带断裂部位均位于腱性部分,其中位于股骨侧3例,中段3例,胫骨侧4例。

2.2  股骨隧道内腱一骨界面组织学检查  术后2周,骨道内腱一骨界面间形成肉芽组织,由成纤维细胞和炎症细胞组成,连接松散(图2A)。术后1周,骨道内坏死的腱组织逐渐被来自骨的新生细胞长入替代,出现了较多软骨细胞,从肌腱到骨之间形成软骨组织移行带,界面仍有较多的成纤维细胞和少量炎症细胞,腱骨问形成Sharpey纤维沿应力方向通过软骨细胞与骨组织相连(图2B)。术后8周,肌腱与骨隧道之间的连接变得紧密,界面间可见成纤维细胞减少,胶原纤维大量合成,排列较规则。腱一骨界面的部分区域出现胶原纤维-纤维软骨组织一骨组织的移行带改变(图2C)。术后12周,新生骨与肌腱界限不清,形成较明显的胶原纤维-纤维软骨一钙化的软骨组织-骨组织的移行带改变,以及出现较为清晰的潮线(图2D)。

3 讨论

ACL重建手术的目的是恢复关节稳定性,理想的重建要求移植物和固定方式具有足够的强度和刚度;尽可能地接近解剖重建;移植物与骨隧道尽早愈合。将ACI'重建的固定方法分为3类:远离关节面的问接固定,钮扣钢板、门形钉、缝合拴桩等;骨隧道内靠近关节面的类直接固定,包括各种类型的横钉[4]、肌腱结嵌压[5]、自外向内植人的界面螺钉等;直接固定,如界面螺钉于关节内的直接固定。然而,每种方法均有其优、缺点,通常认为,直接固定或类直接固定较靠近关节面,可减少“蹦极效应”与“雨刷效应”,从而减少其对骨与移植物愈合的不利作用,减少骨道扩大效应。同时,移植物与骨隧道的接触程度刘愈合也产生重要作用。周密等[6]应用肌腱结嵌压固定重建ACL,骨隧道内无薷任何内固定,为生物学固定,研究显示此固定方式有利于移植肌腱的韧带化过程。本研究与肌腱结固定方式有近似之处,不同的是骨隧道“瓶颈”处镶嵌物为腱一骨复合体,肌腱部分愈合过程为腱一骨愈合,骨性部分则为骨一骨愈合,应用腱骨复合体嵌人固定的目的一方面发挥其固定方面较为稳定的优势,另一方面旨在发挥骨一骨愈合的优势[7],促进移植物早期愈合。

腱一骨愈合是一个纤维组织形成连接、新骨形成、骨向肌腱内长人、局部纤维连接不断改建的复杂过程[8-9]。在术后早期,腱一骨界面成为愈合过程中最薄弱的环节,移植物止点的类型及生物力学性能直接决定了术后康复功能锻炼的时间和强度的选择[10]。本研究中,主要是靠腱骨复合体的骨块嵌人骨隧道瓶颈提供牢靠固定,拉伸测试时,仅术后4周时出现1例从股骨隧道拉出,考虑原因可能为腱骨复合体制作过程中因为是手钻钻取,虽肉眼下骨块完整,但也不除外对肌腱一端的骨块有一定程度损伤。术后8周拉伸测试时,未见骨块从骨隧道内拉出。在腱骨复合体镶嵌固定前提下,股骨隧道内腱骨界面部分术后4周出现骨道内坏死的腱组织逐渐被来自骨的新生细胞长人替代,可见较多软骨细胞,从肌腱到骨之间形成软骨组织移行带。术后8周肌腱与骨隧道之间的连接变得紧密,胶原纤维大量合成,排列较规则。术后12周新生骨与肌腱界限不清,形成了较明显的胶原纤维一纤维软骨-钙化的软骨组织一骨组织的移行带改变。可见,此固定方式有效保证了骨隧道内腱-骨界面的愈合。

实验中应用腱骨复合体固定时,骨块部分为主要镶嵌固定部分,属于骨隧道内固定,但由于兔的膝关节操作时要求精细程度较高,尤其是实验中移植物切取时应用手工环锯,因器械性能所限,加之兔的胫骨近端骨皮质、骨松质厚度不是很大,不能切取较长的完整骨块,因此,固定的骨块较小,镶嵌固定时位置距离关节面较远,不能达到更大限度的类直接固定;甚至在取移植物的操作过程中可能出现腱骨复合体的损伤,出现股骨侧韧带固定不牢的情况。本研究中术后4周时出现1例从股骨隧道拉出可能即为此因所致。因此,在手术中取腱骨复合体时,要遵循稳、巧的原则,环锯要求较为锐利,防止操作中出现骨块碎裂或出现肌腱止点受损伤。幸运的是,实际操作中对于人的膝关节韧带重建时,因器械配套性能优越、大小适当,加之可以应用同种异体移植物,骨块切取、修饰的自由性大大增加[11-12]。本实验通过腱骨复合体镶嵌固定,主要是观测此种方式固定的愈合特点,为其临床应用提供理论依据,为前交叉韧带重建的方法选择提供参考,开拓思路。

4 参考文献

[1]Beynnon BD,Johnson RJ,Abate JA. Treatment of anterior cruciate ligament injuries,part 2[J].American Journal of Sports Medicine,2005,(11):1751-1767.

[2]王健,敖英芳. 不同固定方法重建前交叉韧带后骨道变化的对比临床观察研究[J].中国运动医学杂志,2007,(04):438-443.

[3]白正武,朱本珂,张明. 移植物不同固定方式对自体腘绳肌腱重建膝前交叉韧带术后股骨骨道影响的对比研究[J].中国矫形外科杂志,2010,(02):106-109.

[4]Wojcicki P,Kaczmarczyk J,Balcerkiewicz K. Anterior crucial ligament reconstruction with semitendineous tendons of rigidfix and intrafix anchorage[J].Chirurgia Narzadow Ruchu I Ortopedia Polska,2005,(01):9-12.

[5]刘玉杰,李众利,王志刚. 腘绳肌腱结嵌压固定法重建交叉韧带的临床应用与生物力学研究[J].中华外科杂志,2005,(04):239-242.

[6]周密,刘玉杰,田玥. 嵌压固定法重建交叉韧带肌腱结部分腱骨止点的组织学实验[J].军医进修学院学报,2009,(01):97-98.

[7]张力,靳安民,田京. 前交叉韧带重建术后腱-骨和骨-骨界面愈合的比较研究[J].中国修复重建外科杂志,2009,(04):473-477.

[8]Eriksson E. Vascular in growth into ACL-grafts[J].Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy,2008,(04):341.

[9]Hays PL,Kawamura S,Deng XH. The role of macrophages in early healing of a tendon graft in a bone tunnel[J].Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume,2008,(03):565-579.

[10]曾春,蔡道章,王昆. 关节镜下前交叉韧带重建术后的康复干预[J].中国临床康复杂志,2005,(14):1-3.

[11]张义龙,李宁,李志怀. 一端带骨块同种异体深冻下肢肌腱重建前交叉韧带的应用[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,(07):1295-1299.

[12]李志怀,李宁,张义龙. 同种异体腱Tibial-inlay技术重建膝关节后交叉韧带31例[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,(07):1311-1314.