前交叉韧带重建术后髌股关节骨关节炎发病机制

李泽成，吕松岑(哈尔滨医科大学附属第二医院骨外四科，黑龙江哈尔滨　150000)



前交叉韧带重建术后髌股关节骨关节炎发病机制

李泽成，吕松岑*
(哈尔滨医科大学附属第二医院骨外四科，黑龙江哈尔滨150000)

*本文通讯作者:吕松岑

前交叉韧带是膝关节重要结构，损伤后可造成膝关节不稳及生物力学改变。前交叉韧带损伤很常见，前交叉韧带重建术(anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR)后可以达到良好效果，不影响患者的正常生活。但人们逐渐意识到髌股关节骨关节炎等术后并发症的发生，影响前交叉韧带重建术后患者生活质量及躯体活动，需要得到足够重视，对其发病机制的研究是预防其发生的关键。作者对相关文献进行研究，就ACLR术后髌股关节骨关节炎的发病机制进行探讨。

1 ACLR术后髌股关节骨关节炎的流行病学

髌股关节骨关节炎以关节软骨损伤、骨赘形成、软骨下骨改变和滑膜炎影响髌骨和股骨滑车沟为特点，ACLR后出现髌前疼痛，在上下楼、蹲起及爬山等屈曲动作时疼痛加重，可伴有摩擦音、绞锁及膝关节肿胀，以恰当力按压髌骨内侧或外侧患者有痛感，严重时影响生活质量及运动能力［1］。在前交叉韧带损伤和重建术后12年的随访中，髌股关节骨关节炎的发生率与胫股关节骨关节炎的发生率相似，并且它们经常共存［2］。年龄小于30岁的年轻人接受ACLR后髌股关节骨关节炎典型症状要比普通人提前［3］。由于骨关节炎有限的保守治疗措施，过早发生ALCR后髌股关节骨关节炎增加了较年轻时接受人工关节置换的风险。

虽然X线是评价骨关节炎最简单方法，但是它不能够观察到早期的关节疾病，比如关节软骨紊乱［4］。MRI能够更敏感的观察到关节软骨的变化，这些关节早期变化可能导致长远的更严重的关节结构变化和疼痛。许多研究应用关节镜及MRI评估髌股关节软骨损伤，在前交叉韧带重建术后进行关节镜二次观察发现，患者髌股关节软骨存在退变，无论是单束重建还是双束重建，术后髌骨关节骨关节炎的发病率相似［5］。前交叉韧带损伤后7～11年，无论保守治疗还是交叉韧带重建，MRI下髌股关节软骨退变是正常人的30倍［6］。因此，前交叉韧带不能够保护退变中的髌股关节。当前的证据表明前交叉韧带重建术后髌股关节炎发生是普遍的。虽然大多数的放射线表现是轻度的，但这对髌股关节可能有不利的影响，因此对于临床医生来说在术后恢复期考虑髌股关节十分重要。在前交叉韧带重建术后髌股关节软骨发生进一步退变，随着时间的推移它可能导致影像学上表现为的髌股关节骨关节炎。

2 ACLR术后髌股关节骨关节炎的危险因素

2．1重建方式的选择自体骨髌腱骨移植重建，这一手术技术已经被应用了很多年，手术过程涉及到髌韧带和一些髌骨，这一重建类型与髌股关节症状有密切关系［7］。髌前疼痛在前交叉韧带重建术后很常见，特别是在自体骨髌腱移植术后，前交叉韧带重建术后10年里有40%的患者有膝前疼痛［7］。实际上髌前疼痛是前交叉韧带重建术后最严重和麻烦的并发症，但这一症状主要归结于移植部位的疼痛，髌腱取腱处及取骨处，而与髌股关节退变无关。

最近自体腘绳肌肌腱移植应用越来越多，并且很少影响到髌股关节。自体骨髌腱移植重建比自体腘绳肌肌腱移植重建，术后患者髌股关节骨关节炎发生率无显著不同［8］，也没有预测到髌股关节骨关节炎影像学的变化［9］。通过术后关节镜二次评估认为，自体骨髌腱骨移植重建与自体腘绳肌肌腱移植相比，术后髌股关节软骨退变发生率无显著差异［5］。也有研究认为，自体骨髌腱骨移植重建比自体腘绳肌肌腱移植行ACLR术后髌股关节骨关节炎发病率要高［10］。当前研究表明，采用自体腘绳肌肌腱重建前交叉韧带不会阻止前交叉韧带损伤后髌骨关节炎的发展。潜在的原因我们将在之后的文章中讨论。

人工韧带(ligamentadvanced reinforcementsystem，LARS)被广泛研究，它具有抗疲劳、抗变形能力强、组织相容性好等优势。但没有研究证据表明，与自体移植物相比人工韧带可以降低术后髌股关节骨关节炎的发病风险。最近更有文章认为LARS不应该作为移植物的首选［11］。因此，髌股关节骨关节炎需要在每一个接受前交叉韧带重建术的个体考虑，而不是移植类型。

2．2髌股关节生物力学改变生物力学研究可能对发现前交叉韧带重建术后髌股关节发生骨关节炎的高发风险的原因有价值。前交叉韧带损伤破坏矢状位的前后稳定性和横断面的旋转稳定性［12］，虽然重建能够恢复前后及旋转稳定性，但横断面的旋转范围不是一定能恢复［13］。研究表明，前交叉韧带重建术后的患者比前交叉韧带没受伤的患者胫骨的外旋活动范围更大［14］。研究发现胫骨外旋增加髌骨外翻并增加了髌股关节负载［15］。前交叉韧带损伤后髌腱的长度和方向发生改变，这一改变可造成髌骨的外翻和旋转倾斜。虽然前交叉韧带重建术后可以恢复髌腱的长度，但髌骨的旋转倾斜和外翻没有得到纠正［16］。有研究认为，解剖重建与非解剖重建相比，前者术后髌股关节的受力面积更接近正常人，髌股关节的受力面积更大，使得髌股关节压强更小［17］。这些髌股关节生物力学的改变可能预示着关节软骨的退变和骨关节炎的发展。

2．3软骨损伤前交叉韧带断裂的力量会造成关节不稳，并会对髌股关节的关节软骨和软骨下骨造成破坏，这是术后髌股关节骨关节炎的主要危险因素［18］。在前交叉韧带损伤患者中可以观察到不同程度的髌股关节软骨损伤［5，19］。更重要的是，在前交叉韧带重建术中记录下来的关节软骨的损伤预示着将在远期放射线下会诊断出髌股关节骨关节炎［9，20］。韧带损伤后到手术的时间延迟对髌股关节软骨有不利影响［19］。然而，无论保守治疗还是尽早手术，股骨滑车软骨会在前交叉韧带损伤后2年变薄［21］。

在急性前交叉韧带断裂时，炎症反应会激活细胞因子和蛋白酶级联反应，通常会损害Ⅱ型胶原蛋白网络、蛋白多糖和其他的关节软骨结构［22］，造成关节软骨的退变。炎症标记物在前交叉韧带损伤后随着时间推移逐渐减少，在损伤后多年炎性标记物浓度与骨关节炎患者相似［22］。然而，前交叉韧带重建术会增加关节内的创伤，这可能会延长或进一步起动炎症反应［22］。在前交叉韧带重建术前及术后的关节炎症反应的影响下，损伤的关节软骨容易受到影响变成严重的关节退变。

2．4半月板损伤和半月板切除半月板和前交叉韧带损伤通常同时存在［23］。有前交叉韧带损伤的患者半月板切除术预示着髌股关节骨关节炎的发生［20］。在前交叉韧带重建术时切除半月板，接下来的6年随访中发现半月板切除与髌股关节骨关节炎相关［20］。半月板损伤或切除能够影响胫股关节横断面旋转功能和膝关节额状面的排列［24］，这影响到髌股关节的接触应力，使髌股关节软骨变薄［25］。半月板损伤或切除对髌股关节力学的影响，与后续的关节症状的关系需要进一步的研究。现有的文献表明，在前交叉韧带损伤后尽量保存半月板可能降低髌股关节发生骨关节炎的风险。

2．5 ACLR后膝关节的活动度在矢状面上增加屈曲角度会增加髌股关节的接触面积和应力，这是由股四头肌及髌韧带共同作用的结果［26］。在前交叉韧带重建术后的患者中出现不同程度的膝关节伸展无力［27］，与髌股关节骨关节炎发生相关［28］。膝关节伸展缺失会对髌股关节产生一个恒定的压力负荷，这与髌股关节骨关节炎的易感性及髌股关节的症状都有关系［26］。前交叉韧带重建术后膝关节屈曲角度丢失与髌股关节骨关节炎有一定联系［28］。Shelbourne等［29］提出，术后早期开始功能锻炼使患者能够完全伸直膝关节并获得完整的膝关节活动度，从而避免长期异常的髌股关节负载。

2．6股四头肌力量降低及力量失衡在骨关节炎中肌肉无力是最早出现也是出现最频繁的症状［30］，也是髌股关节骨关节炎的危险因素［31］。更强的股四头肌肌力会使髌股关节侧方软骨得到保护［31］。股四头肌肌力降低可能持续到前交叉韧带重建术后6年［8］，股四头肌肌力减低可能在髌股关节骨关节炎中起到重要作用。对前交叉韧带重建术后1年的患者进行随访发现，其他功能恢复良好的患者在步行时股外侧肌和股直肌已经恢复正常，而股内侧肌收缩能力较健侧弱［32］。股内外侧肌力量失衡，造成了髌骨外侧压力明显大于内侧，这与髌股关节的退变有直接关系。

2．7性别性别差异是膝关节骨关节病已经确定的风险因素，然而不同性别患者在前交叉韧带重建后的髌股关节骨关节炎发病风险并无差异［33］。也有研究认为，女性患者在前交叉韧带重建后的髌股关节骨关节炎发病率更高［34］，但关于性别是否是前交叉韧带重建术后髌股关节炎的危险因素需要进一步研究。

综上所述，前交叉韧带重建术后出现髌股关节骨关节炎是较常见的并发症，并且患者有明显的临床症状，影响到患者术后的生活质量。通过对前交叉韧带重建术后的髌股关节骨关节炎发生机制的研究，可以对患者的康复锻炼及术后运动习惯提供科学指导，有效预防前交叉韧带重建术后髌股关节骨关节炎的发生。

参考文献:

［1］McCarthy MM，Strickland SM．Patellofemoral pain:an update on diagnostic and treatment options［J］．Curr Rev Musculoskelet Med，2013，6(2):188-194．

［2］Cohen M，Amaro JT，Ejnisman B，et al．Anterior cruciate ligament reconstruction after 10 to15 years:association between meniscectomy and osteoarthrosis［J］．Arthroscopy，2007，23(6):629-634．

［3］Sri-Ram K，Salmon LJ，Pinczewski LA，et al．The incidence of secondary pathology after anterior cruciate ligament rupture in 5086 patients requiring ligament reconstruction［J］．Bone Joint J，2013，95(1):59-64．

［4］Pollard TC，Gwilym SE，Carr AJ．The assessmentof early osteoarthritis［J］．JBone Joint Surg(Br)，2008，90 (4):411-421．

［5］Wang HJ，Ao YF，Chen LX，et al．Second-look arthroscopic evaluation of the articular cartilage after primary single-bundle and double-bundle anterior cruciate ligament reconstructions［J］．Chin Med J(Engl)，2011，124(21):3551-3555．

［6］Potter HG，Jain SK，Ma Y，etal．Cartilage injury after acute，isolated anterior cruciate ligament tear:immediate and longitudinal effectwith clinical/MRI follow-up［J］．Am JSports Med，2012，40(2):276-285．

［7］Pinczewski LA，Lyman J，Salmon LJ，et al．A 10-year comparison of anterior cruciate ligament reconstructions with hamstring tendon and patellar tendon autograft:a controlled，prospective trial［J］．Am J Sports Med，2007，35(4):564-574．

［8］Keays SL，Bullock-Saxton JE，Keays AC，et al．A 6-year follow-up of the effect of graft site on strength，stability，range of motion，function，and joint degeneration after anterior cruciate ligament reconstruction:patellar tendon versus semitendinosus and Gracilis tendon graft［J］．Am JSports Med，2007，35(5):729-739．

［9］Li RT，Lorenz S，Xu Y，et al．Predictors of radiographic knee osteoarthritis after anterior cruciate ligament reconstruction［J］．Am J Sports Med，2011，39(12): 2595-2603．

［10］Wipfler B，Donner S，Zechmann CM，et al．Anterior cruciate ligament reconstruction using patellar tendon versus hamstring tendon:a prospective comparative study with 9-year follow-up［J］．Arthroscopy，2011，27(5): 653-665．

［11］Tiefenboeck TM，Thurmaier E，Tiefenboeck MM，et al．Clinical and functional outcome after anterior cruciate ligament reconstruction using the LARS system at a minimum follow-up of10years［J］．Knee，2015，22(6): 565-568．

［12］Chaudhari AM，Briant PL，Bevill SL，et al．Knee kinematics，cartilage morphology，and osteoarthritis after ACL injury［J］．Med Sci Sports Exerc，2008，40(2): 215-222．

［13］Stergiou N，Ristanis S，MoraitiC，etal．Tibial rotation in anterior cruciate ligament(ACL)-deficient and ACL-reconstructed knees:a theoretical proposition for the development of osteoarthritis［J］．Sports Med，2007，37 (7):601-613．

［14］Deneweth JM，Bey MJ，McLean SG，et al．Tibiofemoral joint kinematics of the anterior cruciate ligament-reconstructed knee during a single-legged hop landing［J］．Am JSports Med，2010，38(9):1820-1828．

［15］Lee TQ，Morris G，Csintalan RP．The influence of tibial and femoral rotation on patellofemoral contact area and pressure［J］．J Orthop Sports Phys Ther，2003，33 (11):686-693．

［16］Van de Velde SK，Gill TJ，DeFrate LE，et al．The effect of anterior cruciate ligament deficiency and reconstruction on the patellofemoral joint［J］．Am JSports Med，2008，36(6):1150-1159．

［17］Tajima G，Iriuchishima T，Ingham SJ，et al．Anatomic double-bundle anterior cruciate ligament reconstruction restores patellofemoral contactareas and pressuresmore closely than nonanatomic single-bundle reconstruction ［J］．Arthroscopy，2010，26(10):1302-1310．

［18］Murray JR，Lindh AM，Hogan NA，et al．Does anterior cruciate ligament reconstruction lead to degenerative disease?:Thirteen-year results after bone-patellar tendon-bone autograft［J］．Am J Sports Med，2012，40 (2):404-413．

［19］Oksman A，Dmytruk V，Proust J，et al．Patellar chondropathy prevalence at anterior cruciate ligament reconstruction:analysis of 250 cases［J］．Orthop Traumatol Surg Res，2009，95(1):36-39．

［20］Keays SL，Newcombe PA，Bullock-Saxton JE，etal．Factors involved in the development of osteoarthritis after anterior cruciate ligament surgery［J］．Am J Sports Med，2010，38(3):455-463．

［21］Frobell RB．Change in cartilage thickness，posttraumatic bonemarrow lesions，and joint fluid volumes after acute ACL disruption:a two-year prospective MRI study of sixty-one subjects［J］．JBone Joint Surg Am，2011，93 (12):1096-1103．

［22］Lohmander LS，Englund PM，Dahl LL，et al．The longterm consequence of anterior cruciate ligament and meniscus injuries:osteoarthritis［J］．Am J Sports Med，2007，35(10):1756-1769．

［23］Neuman P，Englund M，Kostogiannis I，et al．Prevalence of tibiofemoral osteoarthritis 15 years after nonoperative treatment ofanterior cruciate ligament injury:a prospective cohort study［J］．Am JSports Med，2008，36(9): 1717-1725．

［24］Netravali NA，Giori NJ，Andriacchi TP．Partial medial meniscectomy and rotational differences at the knee during walking［J］．JBiomech，2010，43(15):2948-2953．

［25］Dempsey AR，Wang Y，Thorlund JB，et al．The relationship between patellofemoral and tibiofemoralmorphology and gait biomechanics following arthroscopic partial medialmeniscectomy［J］．Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2013，21(5):1097-1103．

［26］Hungerford DS，Barry M．Biomechanics of the patellofemoral joint［J］．Clin Orthop Relat Res，1979(144): 9-15．

［27］Hui C，Salmon LJ，Kok A，et al．Fifteen-year outcome of endoscopic anterior cruciate ligament reconstructionwith patellar tendon autograft for“isolated”anterior cruciate ligament tear［J］．Am JSports Med，2011，39(1): 89-98．

［28］Neuman P，Kostogiannis I，Friden T，et al．Patellofemoral osteoarthritis 15 years after anterior cruciate ligament injury-a prospective cohort study［J］．Osteoarthritis Cartilage，2009，17(3):284-290．

［29］Shelbourne KD，Nitz P．Accelerated rehabilitation after anterior cruciate ligament reconstruction［J］．Am J Sports Med，1990，18(3):292-299．

［30］Palmieri-Smith RM，Thomas AC，Karvonen-Gutierrez C，et al．Isometric quadriceps strength in women with mild，moderate，and severe knee osteoarthritis［J］．Am J Phys Med Rehabil，2010，89(7):541-548．

［31］Niki Y，Hakozaki A，Iwamoto W，et al．Factors affecting anterior knee pain following anatomic double-bundle anterior cruciate ligament reconstruction［J］．Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2012，20(8):1543-1549．

［32］马燕红，周俊，梁娟，等．膝前交叉韧带重建术后步态分析初步研究［J］．中华物理医学与康复杂志，2007，29(8):555-556．

［33］Ott SM，Ireland ML，Ballantyne BT，et al．Comparison of outcomes between males and females after anterior cruciate ligament reconstruction［J］．Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2003，11(2):75-80．

［34］Aglietti P，Buzzi R，D'Andria S，et al．Patellofemoral problems after intraarticular anterior cruciate ligament reconstruction［J］．Clin Orthop Relat Res，1993(288): 195-204．

作者简介:李泽成(1989－)，男，研究生在读，哈尔滨医科大学附属第二医院骨外四科，150000。

收稿日期:2015-06-25

文章编号:1008－5572(2016)03－0242－04

中图分类号:R684．3

文献标识码:A