前交叉韌帶重建術后移植物的韌帶化過程及其影響因素

王成 李傳東2 陶立元3 龔熹

1 北京大學第三醫院運動醫學研究所（北京100191）

2 山東省章丘區人民醫院（山東250200）

3 北京大學第三醫院臨床流行病學研究中心（北京100191）

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）斷裂是膝關節最常見的運動損傷。目前重建ACL最常見的替代移植物是自體腘繩肌腱，術后膝關節功能和穩定性能夠得到很好的恢復。但是，肌腱移植物在植入體內后自身是否能夠完成“韌帶化”過程，國內則少有文獻關注。

韌帶移植物的韌帶化過程及影響因素，對于指導患者術后的康復過程，盡早恢復生活和運動功能，均具有重大指導意義。移植物韌帶化過程，包括肌腱纖維韌帶化和神經長入、血管化的過程，已有一些相關的動物活體研究。由于人體倫理方面的特殊性，一些研究者在使用核磁（magnetic resonance imaging ，MRI）來進行無創化評估ACL 移植物的韌帶化情況，通過測量韌帶的信噪比（signal to noise quotient，SNQ）數值進行ACL移植物韌帶化情況的評估[1-5]。

本研究通過對自體腘繩肌腱重建ACL術后患者進行長達4年期的回顧性研究，以不同時間段（6月、1年、2年和4年）的MRI影像學資料評估ACL移植物的韌帶化過程，并探討性別、年齡、體重、身高、體重指數（BMI）、關節松弛度評分（Beighton 評分）、ACL 斷裂病程時長和半月板處理情況等相關因素對韌帶移植物韌帶化情況的影響，以及韌帶化情況與膝關節穩定性的相關性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2013年1月1日至2013年12月31日期間，同一術者（第一作者）采用自體腘繩肌腱、解剖單束重建ACL手術的全部患者。排除標準有：①合并后交叉韌帶重建手術的患者；②合并側副韌帶手術的患者；③ACL翻修重建手術的患者；④隨訪過程中ACL再斷裂的患者。

1.2 數據采集

記錄患者的性別、年齡、體重、身高、體重指數（BMI）、關節松弛度評分（Beighton 評分）等一般情況，以及ACL斷裂病程時長、合并的內、外側半月板處理情況（成型/縫合）等。術后定期進行臨床隨訪（術后6周、3個月、6個月，及1年、2年和4年），除進行臨床查體外（前抽屜試驗、Lachman 試驗和軸移試驗），隨訪時還進行膝關節穩定度測試儀（Kneelax3 MR Systems，Haarlem，The Netherlands）檢查和核磁（MRI）檢查，以評估膝關節穩定性和韌帶移植物的韌帶化情況。

1.3 手術方式

采用腰麻和（或）硬膜外麻醉，術中常規使用止血帶，壓力為300 mmHg。韌帶移植物為四股腘繩肌腱—自體半腱肌腱和股薄肌腱。常規關節鏡前內、前外入路探查，確認前交叉韌帶斷裂，處理半月板和軟骨等合并損傷。經前內入路定位并制作股骨骨道，股骨骨道定位在左膝2點、右膝10點位的ACL殘端中上部分，根據移植物直徑選擇空心鉆頭及4.5 mm的細鉆頭制作股骨骨道。以ACL 脛骨定位器定位并制作脛骨骨道，使骨道中心點位于ACL殘端中心為宜。骨道制作完成后自脛骨骨道外口帶入韌帶移植物，股骨端以Endo-Button（施樂輝公司）翻轉鈕扣固定，脛骨端于屈膝20度位拉緊移植物遠端，以IntraFix（強生公司）或可吸收擠壓螺釘（施樂輝公司）固定。

1.4 康復過程

術后支具固定膝關節于伸直位，術后當天開始肌肉的靜力練習。術后1日拄拐下地行走，2～4周完全負重行走。術后3天開始被動屈膝練習，1～2周時屈膝角度達90 度，6 周達120 度，8～10 周屈膝正常。3個月去除支具保護，術后6個月逐漸恢復娛樂體育活動，術后1～2年開始逐步恢復各項體育運動。

1.5 穩定性評估

術后定期門診復查時，行膝關節穩定性檢查，包括前抽屜試驗（ADT）、Lachman 試驗和軸移試驗（Pivot Shift Test）。參照IKDC2000 膝關節量化評分表，我們將ADT、Lachman 試驗的結果分為5 級：A0 級—陰性（0 mm），與健側膝關節對比穩定性無差異；A1級—輕微松弛（約1～2 mm）；B 級—稍松弛（約3～5 mm）；C級—較松弛（約6～10 mm）；D 級—明顯松弛（＞10 mm）。軸移試驗分為4級：A級—正常；B級—滑動感；C級—錯動感；D級—股脛關節半脫位，需手動復位。

末次隨訪時行膝關節穩定度測試儀（Kneelax3 MR Systems，Haarlem，The Netherlands）檢查。Kneelax3膝關節穩定性測試儀在患者平躺位屈膝20～25度時，做脛骨前抽屜檢查，分別施加前向的力量67 N、89 N和134 N，測試脛骨前向位移的數值，最終結果取134 N下測試的與健側膝關節對比的位移差值。

1.6 核磁評估

術后6月、1年、2年和4年復查時，行膝關節MRI檢查。使用美國GE公司的Optima 1.5T 磁共振成像儀，矢狀位掃描層厚3.5 mm，層間隔0.7 mm。在冠狀位定位片下，平行于ACL移植物掃描，確保能取得完整的移植物走行，掃描取得斜矢狀位的質子密度加權像。選取可見到完整ACL移植物影像的層面，使用GE公司自帶的數碼測量工具，分別測量韌帶移植物近端、中部和遠端，以及髕骨上極股四頭肌腱和髕腱前方2 cm 處背景的信號強度。測量選取的點為面積約15 mm2的圓點，取其平均值（圖1）。測量得到的數據結果套入公式：（韌帶移植物信號強度-股四頭肌腱信號強度）/髕腱前方背景的信號強度，分別計算得出韌帶移植物近端、中部和遠端的信噪比（SNQ），以此作為移植物韌帶化情況的評估指標。

圖1 在核磁T2壓脂像矢狀位片上，分別測量韌帶移植物近端、中部和遠端的信號強度，以及髕骨上極股四頭肌腱信號強度和髕腱前方2 cm處背景信號強度

1.7 數據分析

研究數據采用ACCESS 數據庫進行數據管理，符合正態分布的計量資料采用均數±標準差進行統計描述，計數資料采用例數（百分比）進行統計描述。采用Pearson 相關分析探索計量資料間的相關性，采用重復測量方差分析探索韌帶移植物近端、中部和遠端的信噪比（SNQ）隨時間的變化，其余時間點均與術后6月相比。所有檢驗采用SPSS 25.0 統計學軟件進行統計分析，以雙側P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2013年1月至2013年12月一年期間，同一術者共計行關節鏡下ACL重建手術139例。除外合并后交叉韌帶重建1例、合并側副韌帶手術1例、ACL翻修手術1例，因外傷導致ACL再斷裂1例，最終符合入組條件的患者共計135例。因各種原因（外地患者、工作繁忙等）患者失訪13例；隨訪時患者未在我院規律（6個月、1年、2年和4年）行MRI檢查51例，因無法進行核磁影像的數碼測量，故予以排除。最終，各項資料齊全入組71例患者，一般情況詳見下表（表1）。

表1 研究對象一般情況

2.1 末次隨訪穩定性檢查結果

全部入組患者均定期進行臨床隨訪，最終一次（術后4年）隨訪時前抽屜試驗（ADT）、Lachman 試驗和軸移試驗的結果詳見下表（表2），其中ADT試驗88.7%的患者達到A級，Lachman試驗100%患者為A級，軸移試驗93.0%的患者達到A級。Kneelax3測試的結果為，前向134 N 拉力下，與健側膝關節的差值為0.67 ±1.6 mm（-2.3～3.4 mm）。

表2 末次穩定性檢查結果

2.2 移植物韌帶化過程

重建術后6月、1年、2年和4年隨訪時，核磁影像上韌帶移植物的信號強度隨時間的變化情況見下圖（圖2）。不同時間段測量所得的韌帶近端、中部和遠端的SNQ 數值詳見下表（表3），結果顯示，無論韌帶移植物近端、中部和遠端的SNQ數值，隨著時間的延長均呈現逐漸降低的趨勢，并均具有顯著統計學意義（P＜0.05，表3）。其中，韌帶中部的SNQ數值，在術后2年和4年呈現顯著降低（P=0.030和0.006）；而韌帶近端和遠端的SNQ 數值，則在術后4年時顯著降低（P=0.003和0.007）（圖3）。

表3 韌帶移植物近端、中部和遠端的信噪比（SNQ）隨時間的變化

2.3 移植物韌帶化影響因素

對患者各項資料進行統計學分析（表4），結果顯示：外側半月板成型術與術后6月韌帶遠端（r=0.330，P=0.044）和術后1年韌帶中部（r=0.387，P=0.013）的SNQ數值有正的弱相關性。內側半月板縫合術與術后2年韌帶近端（r=-0.496，P=0.017）和韌帶中部（r=-0.439，P=0.026）的SNQ 數值有負的弱相關性。性別、年齡、體重、身高、BMI、Beighton評分、受傷時間和外側半月板縫合、內側半月板成型等各項因素與術后6月、1、2和4年韌帶移植物的SNQ數值均無顯著相關性（P＞0.05）。

表4 一般因素、手術因素等對韌帶移植物韌帶化的影響分析（多元線性回歸，P值）

圖2 ACL重建術后韌帶移植物信號強度隨時間的變化情況（男性，33歲，左膝ACL重建術后6月、1年、2年和4年的核磁影像）

圖3 韌帶移植物韌帶化過程

（續表4）

2.4 膝關節穩定性與移植物韌帶化情況

ADT 檢查結果與術后2年韌帶中部（r=0.430，P=0.010）和遠端（r=0.423，P=0.011）的SNQ 數值有正的弱相關性。Lachman檢查結果與術后1年韌帶中部（r=-0.300，P=0.032）和遠端（r=-0.383，P=0.005）的SNQ 數值有負的弱相關性。Kneelax3 檢查結果與術后4年韌帶中部（r=0.515，P=0.041）的SNQ數值有正的中度相關性。

表5 膝關節穩定性與韌帶移植物韌帶化情況的相關性分析（相關性分析，P值）

3 討論

前交叉韌帶重建手術已經成為治療前交叉韌帶斷裂的標準手術方式，通過這一術式能夠很好地恢復膝關節的穩定性，從而減少因為ACL 斷裂引起的膝關節不穩，以及繼發的半月板撕裂、軟骨損傷和膝關節退行性改變等一系列問題。ACL重建手術的成敗取決于多重因素，包括韌帶移植物的選擇、骨道位置的選取、移植物的固定方式、重建術后的康復過程等等。而在眾多因素中，關于移植物韌帶化問題備受關注，植入體內的肌腱移植物何時能夠實現“韌帶化”，成為正常的韌帶組織，這對于指導制定ACL重建術后的康復程序，以及何時能夠恢復正常運動水平均至關重要。

正常韌帶與肌腱組織的結構很相似，均是由聚集呈束狀的、密集平行排列的膠原纖維構成，形成大、小直徑膠原纖維雙峰態分布模式[6-9]。研究[7]表明當腘繩肌腱植入體內后，膠原纖維的直徑和數量隨著時間而發生了明顯的改變，ACL重建術后2年內組織結構變化最為顯著，2年時以小直徑纖維為主（平均直徑22.4 nm），術后4～10年變化趨于平穩，膠原纖維直徑達到30.7～31.9 nm，但最終仍不能達到正常韌帶的36.1 nm的直徑。最近吳冰等研究顯示[9]，關節鏡下評估為塑形良好的移植物，在光鏡下其組織學結構更接近于正常ACL，但其超微結構特點與正常ACL 仍存在明顯差異，表現為大直徑膠原纖維的數量及比例明顯低于正常ACL，無大、小直徑膠原纖維的雙峰分布模式。

組織學研究是探討ACL重建術后移植物韌帶化過程的“金標準”，研究發現術后植入體內的移植物的韌帶化過程分為早期（early）、塑型期（remodeling）和成熟期（maturation）三個階段[10-13]。然而，鑒于人體體內活檢的特殊性，人體活體組織學的相關研究非常有限[11，14]，以及誤檢的概率大等原因，使我們很難真正了解這一“韌帶化”的過程。核磁（MRI）因其具有無創、便利、圖像清晰和可進行數字化分析等顯著的優點，通過MRI進行“韌帶化”的研究成為ACL重建術后評估肌腱移植物愈合及韌帶化過程的首選[1-5]。目前MRI評估最常使用的方法是，通過測量韌帶不同部位的信噪比（SNQ 值）進行移植物韌帶化的評估，由于最終肌腱移植物韌帶化后內部血運會減少，因而較低的SNQ 數值證明ACL移植物的成活較好[3]。

本研究通過對ACL重建術后6月、1年、2年和4年的MRI影像學研究發現，無論是韌帶移植物近端、中部和遠端的SNQ 數值，隨著時間的延長均呈現逐漸降低的趨勢（圖2，表3），其中韌帶中部的SNQ數值，在術后2年時呈現顯著降低，而韌帶近端和遠端的SNQ 數值，則在術后4年時顯著降低（圖3）。我們通過對ACL 重建術后的患者進行連續系列的核磁影像學研究，發現從術后6月至術后4年期間，植入體內的肌腱移植物，無論韌帶的近端、中部或遠端均處在逐漸的韌帶化過程中，而直到術后4年時，韌帶的近端、中部和遠端的組織韌帶化過程，才最終均達到了統計學意義上的差異；這點與組織學研究發現的術后4-10年韌帶愈合才進入穩定期是相一致的[7]。

Pauvert 等報道[15]ACL 重建術后移植物韌帶化過程相關的MRI影像改變，至少要到術后2年的時間，并且這一時間段仍未能恢復至正常ACL的狀態，因而不建議過早參加體育運動。因此，無論從組織學相關研究[7]，還是從本研究的結果來看，韌帶移植物在術后2～4年內還處于未完全成熟階段，這一階段重建韌帶的組織脆性較大[3]，如果過早參加劇烈的體育運動會導致重建韌帶的再斷裂問題，故我們建議術后4年后再參加競技性體育項目。當然，我們仍然建議ACL 重建術后早期開始進行積極主動的康復訓練，以及術后1～2年開始進行非競技體育運動項目，早期適度的康復運動對于術后恢復肌肉力量、保護重建韌帶是大有裨益的[16，17]，但是參加競技體育運動項目的時間建議至少要到術后4年的時間。

本研究還探討了影響ACL重建術后移植物韌帶化的可能因素（表4），我們發現外側半月板成型術、內側半月板縫合術與術后移植物韌帶化有正的弱相關性，原因可能與半月板對膝關節穩定性的影響以及半月板縫合術后的早期制動有一定關系，我們會在將來通過擴大樣本量以及動物實驗中進一步驗證和探討。另外，本研究中未發現性別、年齡、體重、身高、BMI、Beighton評分、受傷時間等影響因素與術后韌帶移植物的SNQ數值的顯著相關性。文獻報道中關于ACL重建術后移植物韌帶化的影響因素包括性別、術后時間、骨道位置、脛骨后傾角度、移植物種類（自體、異體）、韌帶保殘技術、術后運動水平等[18-24]。Ntoulia等通過核磁影像研究ACL移植物的變化過程[5]，證實了ACL術后隨著術后時間的延長，移植物在體內經歷了缺血壞死、再血管化、細胞和滑膜增生，及最終韌帶塑形這一過程。Muramatsu 等發現[4]，自體肌腱移植物術后SNQ 信號的峰值發生于4～6個月，而異體肌腱移植物的峰值發生于術后18～24個月，說明異體肌腱移植物在體內的韌帶化過程要遠遠慢于自體肌腱移植物。Li等報道[19]，術后活動水平（Tegner）與SNQ 數值呈正相關，而ACL 重建術后時間與SNQ 數值呈負相關。還有文獻報道，韌帶保殘重建對改善術后移植物韌帶化過程，尤其對于移植物的再血管化具有促進作用[20，22]。

最后，移植物的韌帶化情況對于膝關節功能和穩定性的影響，文獻上報道不多[3，25，26]。Weiler 等[3]通過動物試驗發現，核磁影像上的高信號反映了較差的移植物的機械特性，SNQ數值與移植物的拉斷力、堅強度和張力呈反比。同時組織學研究證實，核磁上的信號改變反映出移植物的血管化過程。本研究中ADT、Lachman 檢查，以及Kneelax3 膝關節穩定性的檢查結果，與術后韌帶的SNQ數值有一定的相關性，從一定程度上說明了移植物韌帶化情況對于膝關節穩定性的影響，此點還需要通過進一步的動物實驗進行機械力學測試以驗證。

本研究的不足之處，由于多種因素，患者未行ACL重建術后早期（3天、6周和3月）的核磁檢查，并且缺少術后長期的核磁隨訪（6～10年），因而無法更加完整地探討ACL 重建術后移植物的韌帶化過程，這點希望能在將來進一步的深入研究中彌補。

4 總結

本研究對自體腘繩肌腱重建ACL術后患者進行長達4年期的隨訪，通過術后6月、1年、2年和4年的連續性系列MRI影像學研究發現，無論韌帶移植物近端、中部和遠端的SNQ 數值，隨著時間的延長均呈現逐漸降低的趨勢，其中韌帶中部的SNQ數值，在術后2年時呈現顯著降低，而韌帶近端和遠端的SNQ數值，則在術后4年時顯著降低。本研究結果表明，隨著時間的延長，ACL 重建術后韌帶移植物處在逐漸的韌帶化過程中，術后4年時，韌帶的各個部位均基本完成肌腱韌帶化過程。