股四头肌腱重建前交叉韧带的研究进展

杨冬冬，曾伟，刘荆陵

(中南大学湘雅医学院附属株洲医院关节外科，湖南 株洲 412000)

前交叉韧带重建是运动医学中最常见的手术方法之一，移植物的选择在重建和康复过程中起着重要作用，理想状态下的移植物应该与原前交叉韧带(anterior cruciate ligaments，ACL)具有相似结构和生物力学特性，同时在选择移植物时还要考虑患者生活方式和手术医生的经验[1-2]。目前，主要移植物包括自体肌腱、同种异体肌腱及人工材料如LARS韧带等[3]。由于使用同种异体肌腱重建后再次撕裂率较高，自体肌腱移植已成为前交叉韧带重建的首选[4]。其中，骨-髌腱-骨(bone-patellar tendon-bone，BPTB)、腘绳肌腱(hamstring tendon，HT)是目前最常用的自体移植物。BPTB主要的优点在于其易于获取、良好的骨性愈合和坚强的固定，但是也存在髌腱断裂、术后膝前疼痛以及髌骨骨折的风险[5]。相对来说，HT的操作简单、膝前疼痛少，骨关节炎的发生率更低，但是其移植物愈合延迟、膝关节松弛、术后稳定性差，容易导致骨隧道扩大、更高的翻修率[6]。虽然各个移植物都有自己的优缺点，但最佳移植物的选择还存在着很大的争议[7]。近年来，由于股四头肌腱(quadriceps tendon，QT)具有更好的厚度及强度、良好的解剖及生物学特性等优点，QT移植在临床上越来越受欢迎[8]。现综述如下。

1 股四头肌腱的解剖

股四头肌由股直肌、股内侧肌、股中间肌和股外侧肌组成，其肌纤维走形有显著性差异[9]。股直肌从髂前下嵴出发，向下延伸与股内侧肌、股中间肌、股外侧肌会合，于股骨远端7.0～8.5 cm处形成股四头肌肌腱并附着在髌骨上极[9]。

QT由三层结构组成，最外层是股直肌腱，中间层是股内侧斜肌腱和股外侧肌腱，最深层是股中间肌肌腱[10]。与平行的髌腱和腘绳肌腱肌纤维不同的是，股直肌肌腱、股中间肌肌腱的纤维直向髌骨，而股内侧斜肌和股外侧肌腱的纤维是斜向或交叉的，因此后两者的肌纤维可能会增加体积，但缺乏直纤维的强度[8]。但最近的一项研究表明，这一经典的三层描述实际上是一个复杂的结构，具有很大的解剖变异[11]。QT宽度在2.5～3.0 cm之间[12]，最宽部分位于髌骨上极止点远端大约3 cm处。男性QT厚度大约为(18±3)mm，女性约为(16±2)mm[13]。与BPTB相比，QT体积更大，取材后的残留部分也多于髌腱[14]；与HT相比，QT强度更大，有研究指出当HT自体移植的大小不足或者低于最佳大小时，QT可为患者提供有效的ACL重建自体移植[14]。

2 股四头肌腱的生物力学

一项由Shani等[15]进行的生物力学研究比较了QT、BPTB和HT移植物的强度，发现与PT和HT相比，QT的强度更高，横截面积更大，QT移植物的最大有效载荷约在2 185～2 352 N之间，与天然的ACL更为相似。理想的QT移植物长70～90 mm，宽8～10 mm，厚8～10 mm[2]。从尸体生物力学已经证实股四头肌腱比髌腱厚1.8倍，长1.36倍，其横截面积为(91.2±10.0)mm，大约是髌腱(48.4±8.0)mm的两倍[1-2，15-16]。在组织学上，股四头肌腱移植物比同等厚度的髌腱移植物多出约20%的胶原蛋白，使其具有更大的抗拉强度[2，15]。通常HT的最大有效负载力约为2 400～4 000 N，将半腱肌及股薄肌折成两股时，其最大负载力可达4 590 N[17]，但其厚度常低于8 mm，已有研究指出当腘绳肌腱移植物低于8 mm时，其移植物失败率会增加[18]。相反，QT的宽度及厚度常大于8 mm，故其移植物存活率要优于HT[19]。同时股四头肌腱更少发生变异，有利于临床上多次获取体积、厚度和大小相一致的肌腱移植物[13]。

股四头肌腱与髌腱、腘绳肌腱之间存在的解剖学和生物力学差异，决定了股四头肌腱移植物不一样的临床效果[8]。尽管获取股四头肌肌腱后削弱了供区的力量，但研究指出术后剩余的股四头肌腱的强度(2 430±680)N仍然强于天然髌腱(1 920±330)N[20]，同时股四头肌肌腱移植还额外保留了屈肌力量，对维持膝关节稳定性具有重要意义。Shani等[15]比较了带有骨栓的QT和BPTB自体移植物的生物力学特性，发现QT的最大有效负载是2 352 N，刚度是466 N/mm，而BPTB的最大有效负载是1 580 N，刚度278 N/mm。但与BPTB不同的是，不带骨块的QT和HT移植物其愈合能力有限，且在术后2年内，HT移植常表现出肌腱力量不足、形态学发生改变[17]。因此QT和HT的生物力学特性和临床固定方式尚需进一步的研究证实。

3 股四头肌腱移植的发展应用

杨冬冬，曾伟，刘荆陵.股四头肌腱重建前交叉韧带的研究进展[J].实用骨科杂志，2021，27(11)：1010-1014；1051.

早期由于技术等因素，QT移植重建前交叉韧带效果不佳，术中需要广泛剥离，切除包括股四头肌腱、髌前支持带及髌腱在内的伸肌装置，常导致术后膝关节松弛、伸膝无力等情况发生，因此最初并不是用来重建ACL。1984年，Blauth等[21]首先获取了带有骨栓的QT进行ACL重建；2003年，Theut等[22]描述了使用不带有骨栓的QT来重建ACL；2014年，Fink等[23]通过微创手术获取到了带有或没有骨栓的理想长度的QT，通过微创技术获取QT并重建ACL成为可能；2015年，Crall等[24]介绍了不带骨栓的股四头肌腱自体移植与解剖全内重建ACL的技术，这使得移植物的长度缩短到65～70 mm，尽可能保留了骨量，减轻术后疼痛。总而言之，随着技术的进步，减少软组织剥离的同时，骨科医生能够获得较为满意的QT移植物，并且移植效果令人满意。

目前获取QT的手术方法多种多样，可以从QT中获得部分厚度、全厚度以及带有或不带有髌骨上极骨块的三种类型移植物。研究表明，手术获取的带有或不带有骨栓的QT均可以获得与BPTB相似的临床结果[25]。在获取不带骨栓的自体QT移植物时，只需切除移植所必需的组织量[26]，理论上可能会优化患者术后疼痛以及获得更快的康复，同时也避免了髌骨骨折的风险。对于全厚度及部分厚度的选择，有研究认为全厚度移植物比部分厚度移植物具有更好的膝关节稳定性[8]，但最近一篇文献综述指出两者在临床结果上差异无统计学意义[26]，这可能与样本的数量差异所致，仍有待进一步研究。在手术中获取全层厚度的QT时，发生髌上囊破裂的情况较为常见，进而导致关节液外溢，因此在由远端向近端进行剥离移植肌腱时注意避免损伤关节囊。

4 股四头肌腱重建ACL的临床效果

HT移植是目前临床上重建ACL最常用的手术方法，四股HT在结构上更接近ACL的解剖[27]。BPTB曾被认为是前交叉韧带重建的“金标准”，具有重建材料骨愈合更容易、解决骨腱愈合界面问题的优点，但其带来的一系列如较高的供区发病率、术后跪地痛、膝前痛等并发症越来越引起临床工作者的注意[28]。临床上通过患者术后供区疼痛、膝前疼痛、供区并发症、术后稳定性、活动度及移植物失败率等指标来评估自体移植物重建ACL的效果。与BPTB及HT相比，QT移植可获得满意的临床结果[29]。

4.1 供区疼痛和膝前疼痛 在供区获取移植肌腱后常会导致患者术后膝前疼痛和供区疼痛，这也是一直困扰临床医生的问题。Kim等[30]指出，与BPTB相比，带有骨栓的QT移植后具有更少的膝前疼痛、麻木和供区疼痛。一项纳入806例患者的Meta分析[1]显示术后1年与BPTB组相比，QT组膝前疼痛发生率显著降低，BPTB组的供区疼痛和膝前疼痛发生率分别为36.5%、38.4%，而QT移植物分别是4.3%和8.6%。这可能与获取QT时避免了对大隐神经髌下分支的损伤以及较少破坏伸肌机制有关[20]，因为切除髌腱中央1/3所必需的正中切口常常会损伤大隐神经，因而BPTB患者双膝疼痛增加和敏感性下降的可能性更大，而获取股四头肌腱移植物可缓解这一问题，因为髌上切口缩小至2 cm，可避免对重要神经的损伤，也避免对髌骨力量的削弱和患者骨折的风险[2]。在本体感觉损失方面，QT组与BPTB组相比也显著减少[31]，但在本体感觉恢复方面，目前还未有研究表明哪一种移植物具有显著的优异性[27]。Joseph等[32]也有同样的观点，QT组患者比BPTB组移植患者术后疼痛更轻，并且比BPTB患者能更快地完成全膝关节的伸展。

与HT自体移植相比，QT移植也具有更低的术后供区疼痛和膝前疼痛。Lee等[29]比较了HT和QT自体移植物治疗ACL断裂患者的效果，发现QT组术后膝前疼痛要优于HT组。此外，术后膝关节弯曲程度也是影响ACL重建功能的重要因素，Lee等[29]发现QT组患者的膝关节弯曲强度明显强于HT组，当股四头肌力量正常时，腘绳肌无力常会造成ACL的损伤，因为腘绳肌可以防止胫骨前移及旋转，同时，QT组患者的腘绳肌和股四头肌的强度比值较高，有利于保护ACL的移植肌腱，防止其再次断裂。

4.2 供区并发症 自体肌腱移植后供区并发症是目前关注的焦点之一，尤其对于自体BPTB移植的患者。BPTB移植常见的供区并发症包括术后髌骨软化、髌股关节退变、髌骨骨折、髌腱断裂等[5，28]。HT移植后的供区并发症则相对较少，具有良好的长期效果，绝大部分患者取材后不会造成功能丧失[28]。尽管如此，Slone等[33]通过系统回顾发现与HT相比，QT移植后供区的发病率更低。这与Lind等[8]和Lee等[29]研究结果相似，他们发现QT组供区的发病率约27%，而HT组约50%。另外一项随机对照试验[31]表明，与随访2年的自体BPTB移植重建术相比，采用QT移植可降低供区并发症发病率。Adrian等[34]指出，总体而言，QT移植供区并发症的发病率极低，但是目前尚无研究表明QT、HT、BPTB在供区并发症方面具有显著差异。

4.3 膝关节术后稳定性及活动度 临床上常常使用KT-1000关节测量仪来评估ACL的活动程度。根据现有文献报道，HT、QT、BPTB三种自体移植物术后膝关节松弛的发生率基本相近[31]，术后ROM方面亦无显著性差异[35]。Akoto等[36]回顾性分析了92例HT和QT两组患者1年的情况，通过Lachman试验和KT1000关节测量仪测量两组患者活动程度来评估术后的膝关节稳定性，发现两组差异无统计学意义。在单腿单跳试验中，QT和HT组差异无统计学意义，在双膝着地行走方面，两组差异也无统计学意义。Torsten等[8]和Lee等[29]也得出类似的结论，QT、HT两组的国际膝关节文献委员会膝关节评估表(the international knee documentation committee knee evaluation form，IKDC)、Lysholm评分无明显差异，患者主观预后、膝关节稳定性和翻修率的结果相似。Lund等[31]通过随机对照试验将QT和BPTB的临床效果进行对比，发现两者获得相似的IKDC和Lysholm评分。此外，Meta分析也显示除了Lysholm评分显示QT组优于BPTB组外，翻修率和功能预后指标均无显著差异[1]。Geib等[25]的回顾性研究也支持了上述结果，他们发现BPTB和QT自体移植物在中期的IKDC主观评分、KOOS评分和Lysholm评分差异无统计学意义。尽管多项研究显示三者在术后稳定性和活动度方面无明显差异，但也仍有部分研究者持不同意见，Gorschewsky等[37]指出BPTB组比QT移植更有可能获得正常的IKDC评分，以及术后患者满意度要优于QT患者。Lind等[38]对16 579例ACL重建进行分析，在1年的随访中发现QT组比HT组有更多的关节松弛，QT自体移植翻修率最高，两年翻修率为4.7%，而HT组和PT组的两年翻修率分别为2.3%和1.5%。因此对于三者的术后稳定性及翻修率仍需要更多的随机对照试验来进一步证实。

4.4 移植物失败率 移植肌腱失败是ACL重建术后最严重的并发症。在移植物失败率方面，最近一项Meta分析显示BPTB与HT移植相比，QT的移植物失败率更低[39]。Gorschewsky等[37]对194例QT移植患者与BPTB移植患者的失败率进行了至少2年的随访，发现24个月后QT组的失败率为2.2%，而PT组的失败率为4.9%。Belk等[40]认为QT和HT两组间移植物的移植失败率差异无统计学意义，但是Cavaignac等[19]通过3.6年的随访，对QT(n=45)和HT(n=41)进行比较，发现QT失败率为2.22%，HT组失败率为4.44%。Crum等[41]指出使用股四头肌腱进行重建ACL在短期内临床疗效良好，短期内移植失败率为3%，与移植物的固定方法无关。

4.5 术后康复 ACL断裂重建术后的康复锻炼对手术成功起着至关重要的作用，但术后的康复锻炼方式还未达成一致意见，主要有保守、激进、个体化等训练模式，目前主要倾向于运用个体化的康复训练方法，即根据患者移植物的种类、固定方式等来制定更加具有针对性的康复方案[42]，其最终目的在于使股四头肌的力量恢复正常，最终恢复膝关节的正常运动功能[12]。在ACL重建术后常常会出现膝关节疼痛、肿胀、僵硬，因此消肿止痛、减少僵硬、加强肌肉训练显得尤为重要。目前消肿止痛常用的有选择性非甾体类药物、透明质酸类药物、加压冷疗以及中药治疗等，在预防膝关节僵硬方面可使用可调式膝关节活动支具和CPM进行被动活动。肌肉训练方法主要有神经肌肉电刺激法，开链运动与闭链运动、抗阻力训练、等速训练等[43]。

移植物的种类也是康复治疗中需要考虑的重要因素，不同的移植物，其术后康复锻炼的着重点也不同。BPTB固定牢靠，愈合相对较快，但是破坏了膝关节的正常解剖结构，常表现为股四头肌肌力明显下降，髌股关节炎、髌骨骨折等[5]，因此在术后康复中需着重加强股四头肌腱的锻炼，尽可能在早期进行被动活动，防止髌骨骨折。HT取材后由于内侧副韧带完整，常常无需特殊处理即可恢复。但是由于腱骨愈合的时间需要12周，因此术后12周开始进行腘绳肌的抗阻力训练，但在术后早期需加强腘绳肌渐进性肌力训练[44]。相关研究指出BPTB与HT最终的康复效果并没有显著差异[43]。由于QT取材后最大的并发症就是股四头肌力量的降低，因此术后的康复重点在于股四头肌力量的恢复，尤其是提高股直肌的强度及QT的载荷[12]。在术后早期最主要进行神经电刺激法激活股四头肌，加强其等张及等长收缩锻炼等以促进肌腱的重塑[28]。在术后康复的后期，注重于股四头肌力量的对称性恢复。有研究指出在康复后期，全厚度的QT移植后股四头肌力量的对称性为(69.5±17.4)%要比BPTB自体移植物的(82.8±14.6)%和HT自体移植物的(86.0±18.6)%低[28]，因此选用部分厚度的QT移植，同时在整个康复过程中进行渐进性的抗阻力运动对恢复股四头肌力量是行之有效的。

5 股四头肌腱移植的并发症

BPTB移植的并发症有膝前疼痛、髌骨骨折、髌腱断裂和供体部位发病等，最常见的并发症是膝前疼痛，高达40%的患者存在该并发症。自体HT移植并发症包括本体感觉损失、植骨融合延迟和膝关节稳定性、屈肌力量降低以及翻修率高，其中最常见的是与大隐神经的髌下分支损伤相关的本体感觉缺失，同时这也会引起膝前疼痛[9，38]。由于QT移植物具有良好的术后膝关节稳定性，可以减少膝前疼痛发生率[40]，潜在消除发生髌骨骨折的风险[31]，具有良好的临床结果，从而被认为原发性前交叉韧带重建中一个具有实用性的移植物选择[40]。尽管如此，股四头肌腱移植术后的并发症却不容忽视。其中最显著的并发症包括股四头肌力量丧失、移植肌腱断裂以及髌骨上极感染等[2]。由于其周围组织的血供比较丰富，当获取股四头肌腱移植物损伤到股四头肌外侧血管部分时，还可能会发生过度出血的风险，进而形成血肿或者筋膜室综合征[33]。当术者采取不恰当的手术方式时还会导致“大力水手征”的发生，进而导致肌肉力量的减弱和持续性疼痛。当股直肌在移植后发生持续收缩时，会导致股骨远端畸形，称为股直肌畸形[2]，但是Macaulay等[45]指出这种畸形主要影响患者的美观，对功能则没有显著影响。

QT移植导致股四头肌肌力不足的情况常有报道，尤其是女性更加明显[46]。研究表明，QT移植后最初表现为股四头肌无力，3年后的股四头肌力量恢复到对侧的85%，而患者恢复运动，股四头肌强度需要达到对侧的90%，因此QT组在术后短期内更易表现出力量的不足，能恢复运动的患者数比PBTB组和HT组少，故需要更长的时间来恢复运动和加强股四头肌的康复[28]。但并不是所有的研究都同意此观点，Hunnicutt[47]通过比较了30例患者术后平均8个月的股四头肌恢复情况后，指出自体QT移植的患者在短期内股四头肌恢复和术后效果与BPTB移植相似。

6 总结及展望

Slone等[33]指出QT自体移植是一种安全、可再生和多用途的移植类型，值得在未来研究中考虑，QT具有较高组织强度和保留HT的优势，已被建议用于希望恢复旋转运动患者，这使运动员在运动中及运动后的生物力学功能更安全。

综上所述，BPTB移植、HT移植和QT移植重建ACL均可获得良好的临床疗效。BPTB移植仍然是高水平运动员患者的最佳选择，HT移植能够减少BPTB移植所带来的供区损伤[13]，QT移植有利于降低供区并发症，同时能够避免膝关节弯曲受限，更好地恢复伸肌力量，尤其适用于股四头肌力量强劲且需经常做高速变向的高水平运动员。QT移植具有更低的膝前疼痛、供区疼痛、并发症及移植物失败率，相似的术后稳定性和活动度，为重建ACL提供了一种新的选择方式，在国外已有大量文献报道，但在国内报道较少。ACL重建应综合考虑患者年龄、活动水平、职业特点以及医疗成本等多种因素，希望未来有更多的临床研究来促进膝关节ACL重建的发展，为患者重建ACL提供更多选择。