复合涤纶毡型韧带替代家犬膝关节前交叉韧带的实验研究

于沈敏 慕小瑜 蔡兵 傅隼 李敏 姚龚

目前临床上用于ACL损伤重建的移植物基本上分为自体移植物、同种异体移植物和人工韧带三种，有骨-髌腱-骨、LARS韧带、自体半腱肌、股薄肌腱移植等。我们通过复合涤纶毡型人工韧带替代家犬膝关节ACL的动物实验，对涤纶毡型韧带在实验动物体内的组织学演变和生物力学特性进行分析，探讨其临床应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 材料 选择复合涤纶毡型韧带(由黄浦区中心医院骨科和上海市胸科医院契斯特医疗科技公司共同研制生产，经γ射线消毒)是以毡型结构为特征，由涤纶机织结构与毡体复合而成，规格为8 cm×1.0 cm。将人工韧带分为2组进行力学测试:植入实验动物组和未植入组。

1.2 实验方法 标准米格尔犬12只(上海交通大学医学院动物实验室提供及饲养)，采用速眠新0.5 ml/kg、盐酸氯胺酮2 mg/kg复合麻醉。12只犬手术侧肢体均为右后侧膝关节，常规消毒铺巾后，取前外侧切口暴露关节腔，切除ACL后经ACL胫骨结节内侧止点向股骨外髁止点钻孔，将毡型韧带卷成与犬ACL直径相当的圆柱体植入，伸膝位适当张力下旋入挤压螺钉固定胫骨端和股骨端，拧入时要保持移植物持续的张力，避免移植物失去应有的张力影响实验结果。分别于术后6、9、12周处死，取关节内韧带部分、关节滑膜、胫骨近端骨隧道及股骨隧道部分韧带标本做组织学观察。

1.3 观察方法 ①形态学观察:术后6、9、12周犬右后侧膝关节活动度及标本大体形态、与周围组织粘连情况。②光镜观察:标本用10%甲醛固定，采用石腊包埋法，沿吻合区形态两端的长轴纵向切片。③电镜观察:标本用2%戊二醛溶液前固定，锇酸后固定，环氧树脂816包埋，超薄切片。④力学强度测试:股骨-人工韧带-胫骨标本盐水保持湿润，放置于WE-5A型液压万能材料试验机上，用数字试应变仪(YJ-14)读取应变，加载速率为60 mm/min，并与未植入的复合涤纶毡型人工韧带做对照。

1.4 统计学方法 采用SPSS 11.0软件包进行统计学分析，资料用±s表示，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 形态学观察 术后6周实验犬右后侧膝关节肿胀消退，屈曲30°位跛行，9周后膝关节活动度为伸15°～屈曲60°，12周后关节可伸直。术后6周见关节腔内及韧带表面有滑膜组织长入，韧带入骨隧道口处涤纶纤维丝表面稍粗糙。术后9周见关节腔内有大量纤维渗出物，涤纶毡型韧带表面与周围组织存在粘连。术后12周见韧带表面的滑膜组织覆盖完整，骨隧道与关节内交界处涤纶毡型韧带已被滑膜及肉芽组织包裹。

2.2 光镜观察 术后6周涤纶毡型韧带被纤维组织呈“岛屿”状分隔，散在成纤维细胞生长活跃，韧带与周围组织分界不清，HE染色显示少量的胶原纤维深染，炎性细胞减少。术后9周“岛屿”状分隔的纤维组织已相连接成片状，完全充填韧带的微孔，韧带周边出现胶原带。HE染色显示成熟的胶原纤维数量明显增多，已无炎性细胞和异物巨细胞。术后12周HE染色显示韧带微孔内及周边的胶原化区域较9周时更加均匀致密，韧带周围的胶原带与伸入韧带中间的胶原化纤维组织连接成片状，盲区逐渐缩小直至消失。

2.3 电镜观察 术后6周见细胞肿胀消退，核染色质浓聚，肌纤维中明暗相间的带状结构排列整齐。术后9周胶原纤维密集，无炎性细胞浸润。术后12周毡型韧带内有小动脉形成，可见动脉壁的平滑肌纤维及内皮细胞，管腔内有红细胞结构，韧带四周有正常结构的成纤维细胞形成，细胞膜完整，胞浆内线粒体与内质网结构正常。

2.4 生物力学测定 术前测定复合涤纶毡型韧带的极限载荷为1390N，植入术后12周时的极限承载能力为1630N。术后12周时的最大抗拉张强度与未植入的韧带相比较，进行t检验法，二者间比较差异无统计学意义(P＞0.05)。术后6、9、12周样本的抗拉强度值见表1。

图1 术后6周“盲区”消失，纤维肉芽组织充填毡型微孔，炎性细胞减少

图2 术后9周“盲区”被纤维组织替代，胶原纤维增多、致密

图3 术后12周毡型韧带内胶原化趋势，胶原化的纤维组织

表1 术后6、9、12周样本与对照组的抗拉强度值(牛顿)

3 讨论

3.1 生物相容性评价 ACL损伤重建后，移植物要经历细胞增生、再血管化和细胞新生以及新生组织重塑的过程［1］。早期的涤纶韧带由中央4股涤纶带包绕其外的涤纶网组成，抗牵张、耐磨损，利于纤维组织长入，但临床应用后发现有40%的关节滑膜炎［2］。我们实验所用的复合涤纶毡型韧带由上下两层涤纶毡型结构和中央涤纶机织结构组成，毡型结构材料为聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，具有更好的生物相容性，在生物体内可长期保持力学稳定性和化学隋性［2］。毡型韧带具有良好的柔顺性，作为一种支架材料，其富于孔隙的网状构造有利于组织长入和愈合，形成材料-细胞组织复合体，细胞亲和性好，无细胞毒性。同时提供了相对稳定的微环境，有利于细胞生长繁殖，并且韧带纤维间因有组织长入而减少了摩擦，减少了磨损。光镜显示植入早期纤维结缔组织由四周长入韧带，伴有淋巴细胞，嗜酸性白细胞及异物巨细胞浸润，随着时间延长，韧带周围及微孔内被胶原化的稠密纤维组织所充填，炎性细胞和异物巨细胞消失。韧带表面光滑，形态学观察发现术后9周见关节腔内有大量纤维渗出物，毡型韧带表面与周围组织存在粘连，影响关节活动度。随着活动度增加，术后12周见韧带表面被胶原组织包裹，与周围组织间粘连消失。纤维膜形成后，涤纶毡型韧带对关节囊的刺激就减轻了。

3.2 涤纶毡型韧带植入后的力学变化 曾有作者采用涤纶毡片修复陈旧性跟腱断裂和重建喙锁韧带、环状韧带等，取得满意疗效，术后随访未出现韧带断裂［3］。在其基础上重新编织生产的复合涤纶毡型韧带抗拉强度≥1200牛顿，植入早期见其周围组织细胞水肿，线粒体及内质网肿胀明显。随着植入时间延长，各细胞器肿胀消退，成纤维细胞不断成熟，核深染成为纤维细胞，生成胶原纤维。毡型韧带内有血管生长，使人工韧带抗拉强度不随植入时间的延长而出现力学衰减。罗轶等测试新鲜尸体的ACL的力学性能，发现人体ACL最大极限载荷为(870±65)N，载荷大于上述值后韧带开始撕裂［4］。而复合涤纶毡型韧带术前测定的极限载荷为1390 N，植入术后12周时的极限载荷为1630 N，均大于新鲜尸体的测得值。两者相比，术后12周的韧带抗拉强度比术前值更高，说明有组织长入的涤纶毡型韧带比无组织长入的韧带具有更好的力学性能。其网状结构作为支架有利于诱导纤维组织长入，为韧带血管化和再生创造条件［5］。

涤纶毡型韧带临床应用前景良好，但其抗疲劳强度和抗张力性能仍需要加强。理想的人工韧带应具有永久生物替代性，但至今没有任何一种材料获得成功，因此争取涤纶毡型韧带与受体达到生物性融合是我们今后研究的目标。

［1］Yoshiya S，Nagano M，Kurosaka M，et al.Graft healing in the bone tunnel in reconstruction J.Clin Orthop，2000，376:278-86.

［2］张鑫.人工合成材料重建后交叉韧带研究进展.中国骨伤，2007，20(2):142-144.

［3］Ge Z，Goh JC，Wang L，et al.Characterization of knitted polymeric scaffolds for potential use in ligament tissue engineering.Biomater Sci Polym Ed，2005，16(9):1179-1192.

［4］罗轶，彭永岳，陈伟兵，等.不同方法移植重建膝前交叉韧带的实验研究.中华骨科杂志，2006，8(3):243-244.

［5］慕小瑜，官众，李洪，等.涤纶毡片重建喙锁韧带治疗陈旧性肩锁关节脱位.中华外科杂志，1997，35(12):752.