前交叉韧带重建术后骨隧道愈合研究进展

李林立　董有海

200240，　　复旦大学附属上海市第五人民医院骨科



前交叉韧带重建术后骨隧道愈合研究进展

李林立董有海

200240，复旦大学附属上海市第五人民医院骨科

摘要前交叉韧带重建术被广泛应用于前交叉韧带损伤治疗中，而骨隧道扩大是前交叉韧带重建术后主要的并发症。前交叉韧带重建后，骨隧道与韧带之间通过纤维软骨肌腱端进行愈合。在愈合前，由于纵向的“蹦极效应”和横向的“雨刷效应”等力学因素及关节滑液的侵蚀作用，会发生骨隧道扩大现象。为了应对骨隧道扩大，防治重建后前交叉韧带松弛，学者们就前交叉韧带手术过程中重建位点、固定方式及韧带选择等进行探究，通过改进手术方式来减少后期骨隧道扩大，并通过干细胞、生物因子、生物材料及生物制剂的治疗来促进骨隧道愈合。该文就前交叉韧带重建术后骨隧道愈合研究进展作一综述。

关键词前交叉韧带；重建术；骨隧道扩大；骨隧道愈合

前交叉韧带位于膝关节中央，起自胫骨髁间隆起前内侧，止于股骨外侧髁内侧。前交叉韧带损伤会导致胫骨过度前移或股骨过度后移，降低膝关节的稳定性。长时间的膝关节不稳定不仅使病人活动受限，还可能诱发骨关节炎等退行性病变。目前前交叉韧带重建术被用于前交叉韧带断裂的常规治疗。大量长期随访资料表明，前交叉韧带重建术后常见的并发症是骨隧道扩大。虽然骨隧道扩大与人工韧带松弛和重建术失败之间的关系还存在争议，但已明确骨隧道扩大会影响人工韧带重建的长期效果，给前交叉韧带翻修术带来困难[1]。

1骨隧道愈合生理特点

根据移植物种类的不同，骨与韧带之间的愈合可分为骨-骨愈合和腱-骨愈合两种，例如自体骨-髌韧带-骨重建即为骨-骨愈合，腘绳肌腱重建为腱-骨愈合。骨-骨愈合原理与骨折愈合一样。在腱-骨愈合时，骨与韧带的刚性不同，致使其交界面聚集了很大的应力，新生的连接组织易再次断裂，导致骨与韧带愈合困难。

正常骨与韧带的交界面称为肌腱端，肌腱端起到骨与韧带之间应力传导的作用。根据胶原蛋白纤维附着于骨的方式，肌腱端可分为直接止点(又称为纤维软骨肌腱端)和间接止点两类。前交叉韧带的肌腱端即为纤维软骨肌腱端，由肌腱、纤维软骨、钙化软骨和骨等结构依次过渡形成，这种强度逐级递减的特有结构可以在两种组织之间更为有效地缓冲应力[2]。间接止点是骨与韧带之间形成穿透性的胶原纤维连接，即Sharpey纤维，这种结构主要通过较大的止点面积来缓冲应力。目前关于前交叉韧带重建后韧带与骨之间的愈合方式，尚存在争议。部分研究认为，其连接为纤维软骨肌腱端，因为骨与韧带之间存在纤维软骨带。也有研究[3]认为，纤维软骨带不能持续存在，软骨细胞可能只起中介作用，形成Sharpey纤维，随着愈合的进行,软骨细胞会慢慢消失。张力等[4]研究发现，重建术后2周骨与韧带交界面主要由肉芽组织填充，术后4周出现成骨反应和大量成纤维细胞，术后8周出现Sharpey纤维，形成间接止点。Kuang等[5]实验证实，重建术后12周骨隧道与韧带之间出现肌腱、纤维软骨、钙化软骨和骨等结构分层，构成纤维软骨肌腱端，而间接止点只是一种过渡状态。

骨隧道与韧带的愈合分期进行，即炎症反应期、细胞增殖期、基质合成期和基质重塑期。在炎症反应期，炎症细胞和骨髓干细胞迁移到韧带表面，释放一系列生长因子如转化生长因子-β(TGF-β)和血小板衍生生长因子(PDGF)，在这些生长因子和缺氧因素的诱导下，血管和神经长入韧带。在细胞增殖期，骨髓干细胞增殖分化为成骨细胞和软骨细胞。在基质合成期，成骨细胞和软骨细胞释放基质金属蛋白酶(MMP)和丝氨酸蛋白酶等降解原有基质，合成新的细胞外基质并释放到细胞周围，且骨组织开始长入韧带组织。在基质重塑期，新生骨、纤维软骨带和韧带组织都会进行重塑，骨与韧带之间的细胞、血管和神经均减少，而纤维组织增多，连接骨与韧带[6-7]。骨隧道内骨的生长对骨与韧带早期愈合至关重要，同时韧带重塑及纤维软骨生长也起着一定的作用[3]，因此可通过促进骨隧道内骨和纤维软骨生长及韧带重塑来促进骨隧道愈合。目前大部分研究都集中于通过促进骨隧道内骨的生长来促进骨与韧带早期愈合，对纤维软骨及韧带重塑过程研究较少。

2骨隧道扩大机制

在应用自体韧带、异体韧带或LARS人工韧带来重建前交叉韧带时，骨隧道都会发生扩大，骨隧道扩大主要发生在术后3～6个月，并持续1～2年。Segawa等[8]利用股四头肌腱重建前交叉韧带，发现25.3%的病人出现胫骨端骨隧道扩大，19.9%的病人出现胫骨端骨隧道扩大。Nebelung等[9]利用自体半腱肌重建前交叉韧带，发现72%的病人出现股骨端骨隧道扩大，38%的病人出现胫骨端骨隧道扩大。Zijl等[10]研究发现，自体骨-髌韧带-骨重建前交叉韧带和异体韧带重建前交叉韧带骨隧道扩大无显著性差异,胫骨端骨隧道位点对骨隧道扩大具有决定作用,位置越靠前,骨隧道扩大越明显。Wen等[6]研究发现，股骨端骨隧道愈合优于胫骨端骨隧道愈合。Hsu等[11]研究发现，不同的固定方式会对骨隧道愈合产生影响，Ethibon缝合固定及Ethibon缝合与可吸收螺钉联合固定的愈合效果优于单纯可吸收螺钉固定。Huang等[12]比较了Endo-Button固定、Rigidfix Cross-Pin固定及挤压固定的愈合效果，发现挤压固定的效果优于其他固定方式。Silva等[13]研究发现，重建术后3个月所有骨隧道都有扩大，且骨隧道中部扩大程度较骨隧道两端更明显。因此，各种移植物及固定方式都会引起骨隧道不同程度的扩大，这表明骨隧道扩大可能不是由单一因素引起，而是由多种因素混合引起的。

骨隧道扩大因素一般可归为力学因素和生物学因素两类。力学因素包括移植物和固定方式的选择、骨隧道与移植物的相对活动、移植物偏离力线、移植物对骨隧道的应力、骨隧道位置不恰当及过激的康复训练；生物学因素包括移植物排斥反应、关节内滑液对骨隧道的侵袭、创伤后骨坏死及血管化不足引起的骨坏死。这些因素都会导致巨噬细胞、滑膜细胞及成纤维细胞释放炎性因子，激活破骨细胞，促进骨吸收，且促进MMP对骨基质的降解[3,12]。大部分研究认为，力学因素是导致骨隧道扩大的主要因素。而韧带与骨隧道之间的相对运动(包括纵向的“蹦极效应”和横向的“雨刷效应”)是最重要的力学因素[13]。研究[14-15]发现，术后限制运动、负重和体力训练可明显减少骨隧道扩大，这也从反面证明力学因素是导致骨隧道扩大的主要因素。董向辉等[16]研究认为，关节滑液对前交叉韧带重建后韧带强度及腱-骨愈合可产生不利影响，这也是所有骨隧道及骨隧道所有层面都会发生扩大的原因，且应用自体骨栓挤压固定骨隧道进口来减少相对的应力集中也不能阻止骨隧道的扩大，表明生物学因素也是导致骨隧道扩大的潜在因素[13]。

3促进骨隧道愈合的方式

3.1手术方式

在前交叉韧带重建术中，骨隧道的位点和方向决定了重建后的交叉韧带生物力线，固定方式决定骨隧道与韧带之间的磨损，而骨隧道长度及韧带种类决定重建韧带力度。在手术入路方面，髌下前内侧入路较经胫骨入路所建股骨隧道长度短、角度小，更易实现股骨端骨隧道的原点重建，可减少“雨刷效应”和“蹦极效应”[17]。骨隧道位点应选择在前交叉韧带解剖起止点及其附近，而骨隧道方向应与前交叉韧带的生物力线一致[16]，这是预防骨隧道扩大的关键。目前替代腱的固定方式多样，内镶螺钉固定被认为是前交叉韧带重建术肌腱固定的金标准，生物可吸收螺钉因在术后并发症方面明显优于金属螺钉而广泛应用于临床[18]。挤压固定分为骨栓挤压固定、肌腱结挤压固定以及金属螺钉挤压固定，可以促使腱-骨接触充分，有利于腱-骨愈合[12]。 Hill等[19]研究认为，联合固定能显著提高膝关节的稳定性，但也会增加术后膝部疼痛发生的风险。也有许多研究[12-13]认为，挤压固定骨隧道进口可减少骨与韧带的相对运动，减少骨隧道扩大，且不需要植入固定装置，可以节省成本，效果优于内镶螺钉固定。在骨隧道形状方面，矩形骨隧道优于圆柱状骨隧道，更接近正常膝关节的生物力学特性，其可减少胫骨前移，增加膝关节的稳定性，有利于骨隧道愈合[20-21]。目前常用双股韧带来重建前交叉韧带，后外侧股韧带可增加膝关节旋转的稳定性，而单股韧带或前内侧股韧带则会增加胫骨前移的稳定性[22-23]，但双股韧带容易引起骨隧道体积及表面积增大[24]，因此对于骨隧道愈合，单股韧带重建前交叉韧带优于双股韧带。动物实验表明，大鼠前交叉韧带初始张力应维持在4 N，初始张力过小不利于骨骨隧道的早期愈合，而张力过大不利于膝关节的活动。在缝合方式的选择方面，对于成年人宜选择不可吸收缝合线，可增加20%的张力，增加稳定性，而对于未成年人则需选择可吸收缝线来保护生长板，减少膝关节的损伤[25]。骨隧道内韧带小于15 mm，会影响早期稳定性的恢复[26]，而20 mm的韧带足够提供力量来维持稳定[27]，也有研究证实17 mm是最适合的长度[28]，因此骨隧道的长度应尽量为15～20 mm，这样既可满足维持早期稳定性的需要，也可减少后期骨隧道扩大。

3.2生长因子

自体骨膜[29-30]、人工骨祖细胞膜[31]、骨髓干细胞[32]、韧带来源的干细胞[33]及间充质干细胞[34]都可通过种子细胞促进骨隧道内骨细胞的快速增殖，从而加快骨隧道早期愈合。研究[35]发现，前交叉韧带来源的CD34+细胞构建的人工骨膜可通过加速血管化和骨化来加快骨隧道愈合。载有骨形态发生蛋白(BMP)-2基因的慢病毒和腺病毒感染的骨髓间充质干细胞可以缓慢长久地释放BMP-2[36]，从而促进骨隧道愈合。赵耀等[37]研究发现，血小板血浆复合小牛脱蛋白骨形成的凝胶具有良好的生物相容性和骨诱导作用，可促进前交叉韧带重建术后腱-骨的愈合。残余韧带组织[38]和脱钙骨基质[39-40]等作为复合组织，可提供多种生长因子，并加速骨隧道的愈合。

生长因子可通过促进骨和血管的生长来促使骨组织长入韧带组织，从而减少骨隧道的扩大。有研究[2]证实，TGF-β联合上皮生长因子(EGF)、重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)、骨生长因子及粒细胞集落刺激因子可有效促进骨隧道的愈合。也有研究[41]发现，Hedgedog信号转导通路参与骨隧道的愈合，因此其相关因子可用来促进骨隧道的愈合。Ramasamy等[42]研究发现，注射重组头蛋白可通过促进骨组织中血管形成来促使软骨成熟及骨生长和矿化。这表明内皮细胞与成骨细胞之间是相关的，骨组织中的血管生长与骨化相伴，提示可进一步探究内皮细胞因子对骨隧道愈合的影响。

3.3生物材料

磷酸钙、羟基磷灰石及胶原蛋白海绵等与骨组织的成分相似，有良好的骨诱导性，可促进骨缺损的快速修复，已有研究证实了它在促进骨隧道愈合中的有效性[43-44]。Li等[45]研究发现，生物活性玻璃可促进韧带-骨交界面骨组织的生长，从而促进骨隧道的愈合。Lessim等[46]的体外实验证实，聚(苯乙烯硫磺酸)钠可促进LARS人工韧带周围成纤维细胞聚集及胶原蛋白和蛋白多糖基质沉积。Vaquette等[47]的体外实验证实，聚(苯乙烯硫磺酸)钠可促进LARS人工韧带周围成骨细胞内碱性磷酸酶(ALP)增加及新生骨组织矿化；体内试验证实其可促进纤维软骨肌腱端生长，并减少纤维瘢痕组织形成，从而促进骨隧道的愈合。在原理上，促进骨隧道愈合就是促进骨或韧带组织的生长，因此具有骨诱导性或韧带诱导性的生物材料都可促进骨隧道愈合，但在实际应用中还应注意生物材料的相容性、降解能力及应用简便性。

早期研究[2]证实，MMP抑制剂α-巨球蛋白通过抑制MMP的基质分解功能、氯磷酸盐通过杀死巨噬细胞、骨保护素(OPG)通过抑制破骨细胞活动来促进骨隧道的愈合。Henderson等[48]研究发现，白细胞介素-1抑制剂可减少炎症产物对软骨的破坏，促进骨隧道愈合，这也表明滑液内的炎性因子会对骨隧道愈合产生不利影响。而其他研究也发现，局部注射低剂量的辛伐他汀共聚水凝胶可促进骨隧道内血管和骨生成[49]，局部注射抗骨质疏松药阿仑膦酸钠可减少骨隧道内MMP、CD68+细胞的数量和增加钙化的骨组织[50-51]。生物和化学制剂也主要通过调节成骨细胞、破骨细胞和血管内皮细胞的功能来促进骨的生长。

3.4物理治疗

有研究发现，高压氧[52]、低强度超声波[53]治疗及短时低幅度负荷运动[54]都可通过刺激周围组织的血管化和骨化来促进骨-肌腱端愈合。高压氧治疗已广泛应用于促进身体内血管的增生，而短时低幅度负荷运动与骨折愈合中的微动理论相一致。术后适当延期进行高强度负荷运动也可减少骨隧道扩大，促进骨隧道愈合[55]。

4结语

目前骨隧道扩大机制尚无定论，一般认为是力学因素和生物学因素共同作用的结果，力学因素起主导作用，因此通过改进手术方式可很好地减少骨隧道扩大的发生。骨隧道愈合分期进行，前期纤维分泌较多，后期出现分层现象，由肌腱、纤维软骨、钙化软骨和骨等结构依次过渡形成，形成纤维软骨肌腱端。促进骨隧道愈合的方式各种各样，归根到底都是通过促进骨与韧带的生长来实现的，因此应用干细胞、生长因子及生物材料等都会加速骨隧道的愈合。目前短期随访并未发现骨隧道扩大对膝关节稳定性有明显的破坏，但其会影响前交叉韧带返修手术，增加修复骨隧道这一步骤，尚需长期随访来观察骨隧道扩大对膝关节稳定性的长期影响。在手术方面，术者需考虑多种因素，这主要在于生物力线的纠正既要保持膝关节的稳定性，也要减少“雨刷效应”和“蹦极效应”引起的骨隧道扩大。目前的研究已从各个方面寻找对策来促进骨隧道的愈合，骨与韧带都是血管较难长入的组织，骨隧道愈合的延迟与血管化不足有关，因此在今后的研究中，可综合血管化指标和骨化指标进一步探索骨隧道扩大及愈合的机制。

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(收稿：2015-06-04；修回：2015-10-22)

(本文编辑：卢千语)

DOI：10.3969/j.issn.1673-7083.2016.01.007

通信作者：董有海E-mail: youhaidong1964@163.com

基金项目：上海市科学技术委员会资助项目(114119b1300)