對苯二甲酸乙二醇酯人工韌帶重建前交叉韌帶研究進展

高凱 陳世益

復旦大學運動醫學中心，華山醫院運動醫學與關節鏡外科（上海 200040）

20世紀80～90年代，各種材料制造的人工韌帶如雨后春筍般涌現出來，被用于前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）重建。由于材料生物相容性較差和韌帶整體結構設計的缺陷，人工韌帶重建ACL術后2年的失敗率達60%，大多數人工韌帶已被臨床淘汰[1-14]。

自體和異體移植物都存在固有的缺陷[15-17]，近年來人工韌帶重新受到關注。經過改良的人工韌帶重建ACL的臨床研究逐漸增多[18-27]，目前臨床應用的人工韌帶材料均為對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET），屬于支架型人工韌帶，例如LARS人工韌帶（ligament advanced reinforcement system）和Leeds-Keio人工韌帶[1，2]。

本文綜述了近年來PET人工韌帶重建ACL研究現狀，有助于明確未來人工韌帶的研究方向。

1 人工韌帶的分型

1.1 按人工韌帶的作用分型

人工韌帶按其作用可以分為3種類型：假體型、加強型和支架型[1-3]。最初應用于臨床的是假體型（或稱永久型）人工韌帶，特點是抗拉伸強度高，但抗彎曲、抗扭轉的力學性能很差，自體組織不能長入[5，8，9]。研究者認識到只依賴人工韌帶自身抗拉強度不可能維持長久療效[1，5]，因此，又發明了加強型人工韌帶，即韌帶加強裝置（ligament augmentation device，LAD），與自體移植物聯合使用，以分擔負荷，為自體移植物韌帶化和再塑形提供保護，但是并沒有達到預期效果。此后，支架型人工韌帶被寄予厚望，期望自體組織長入人工韌帶支架內，提高韌帶使用壽命和遠期療效[1-3]。

1.2 按人工韌帶的材料分型

1.2.1 碳纖維人工韌帶

碳纖維人工韌帶屬假體型韌帶，于20世紀80年代初期開始用于臨床，短期療效尚可[6]。但很快發現自體組織不能長入碳纖維人工韌帶內，碳纖維人工韌帶易磨損、松弛、斷裂并能引起嚴重的膝關節滑膜炎[7]，很快即被臨床淘汰。

1.2.2 聚四氟乙烯（Polytetrafiuoroethylene，PTFE）人工韌帶

以Gore-Tex人工韌帶為代表，屬假體型韌帶，其抗拉強度達5000N。Gore-Tex人工韌帶術后短期療效較好[8，9]，但術后4年的失敗率超過50%[10，11]。失敗原因主要是沒有自體組織長入Gore-Tex人工韌帶內，骨隧道擴大、骨溶解導致移植物松動[10]，以及移植物疲勞斷裂和磨損[10-12]。Fukubayashi等[13]報道123例患者術后隨訪5～11年，大多數病例發生骨隧道擴大和骨溶解，50%病例發生移植物松動，26例完全斷裂。

1.2.3 PET人工韌帶

包括LARS人工韌帶、Leeds-Keio人工韌帶、Dacron 人工韌帶、ABC 人工韌帶等[1-3，26，27]，以LARS人工韌帶和Leeds-Keio人工韌帶應用最為廣泛。

2 PET人工韌帶重建ACL研究現狀

2.1 Leeds-Keio人工韌帶

Leeds-Keio人工韌帶由英國Leeds大學和日本Keio大學合作開發，因而得名。Leeds-Keio人工韌帶為開放編織結構，包括縱向和橫向編織纖維。Leeds-Keio人工韌帶的固定方式獨特：把鉆骨隧道時取出的骨塊嵌入韌帶兩端固定。自體組織長入Leeds-Keio人工韌帶內后，韌帶強度由870N增加到2000N[1]。Leeds-Keio人工韌帶的臨床療效有一定爭議，雖然多數研究報道Leeds-Keio人工韌帶長期失敗率較高[21，22，28]，但也有文獻報道取得了滿意的長期療效[20，23]。Murray 等[22]報道 18 例Leeds-Keio人工韌帶重建ACL患者術后隨訪13年（10～16年）的結果顯示，5例韌帶斷裂，10例松弛，所有患者膝關節功能損害程度輕重不一，都有一定癥狀。Jones等[23]報道50例Leeds-Keio人工韌帶重建ACL患者，術后平均隨訪11.9年（8.7～19.7年），優良率為88%，大部分患者仍保持良好的膝關節功能和活動水平，6例韌帶斷裂。Ghalayini等[20]報道了Leeds-Keio人工韌帶與BPTB重建ACL的前瞻性隨機對照研究，Leeds-Keio人工韌帶組22例，BPTB組24例，所有病例均為慢性ACL損傷，術后隨訪5年，兩組的Lysholm和IKDC評分、膝關節松弛度無顯著性差異；二次關節鏡手術發現Leeds-Keio人工韌帶組3例移植物部分斷裂或磨損，而BPTB組2例移植物部分斷裂或磨損，并有2例移植物完全斷裂。

敖英芳等[24]報道應用Leeds-Keio人工韌帶輔助自體髕腱移植重建前交叉韌帶26例，術后平均隨訪8年（7～9年），功能評分較術前明顯提高，主觀評價滿意度達86%，術后早期可恢復運動，僅1例術后再損傷致人工韌帶斷裂，1例出現異物反應。Fujikawa等[25]報道一組Leeds-Keio人工韌帶重建前交叉韌帶患者135例，保留ACL殘端，隨訪5年，超過85%患者取得了滿意的療效，并能早期恢復運動。這兩項研究提示聯合應用自體移植或保留ACL殘端有助于提高長期療效。

Zaffagnini等[29]報道 1例 Leeds-Keio人工韌帶重建ACL術后20年患者，再次行關節鏡手術，術中見Leeds-Keio人工韌帶移植物仍完好，取移植物活檢，進行組織學和超微結構檢查。結果發現Leeds-Keio人工韌帶移植物被自體成纖維細胞和膠原組織完全包裹，膠原纖維按ACL受力方向有序排列，與天然ACL的膠原纖維非常相似[29]，表明由PET材料制成的支架型人工韌帶植入體內后作為不可降解的支架，在一定條件下，可能允許宿主成纖維細胞長入和膠原組織再生，并在承受應力的生理環境下塑形，形成具有良好功能的新韌帶，從而提供優良的遠期療效[23，29]。這在一定程度上符合組織工程韌帶的理念。Zaffagnini等的研究提示長入人工韌帶支架內的自體組織質量對保證長期療效的重要作用。

2.2 ABC人工韌帶

ABC人工韌帶（active biosynthetic composite ligament）屬支架型人工韌帶。ABC人工韌帶包括兩種：一種由PET和碳纖維混合編織而成，另一種為純PET制造，兩種韌帶的結構和外形相同，兩端為環形，采用懸吊固定[26，27]。從1985年開始，ABC人工韌帶被用于重建ACL，早期失敗率很高，主要是移植物斷裂和拉長。Jadeja等[26]報道在90年代中期對從翻修病例體內取出的ABC人工韌帶進行了研究，發現移植物早期失敗的原因是由于骨隧道定位過于偏前，導致膝關節伸直時發生移植物撞擊。因此，他們對手術技術進行了改進：設計了定位器，輔助骨隧道準確定位，并在手術中鉆取骨隧道后注意把骨隧道關節內出口邊緣處理光滑，避免移植物撞擊和磨損。經過上述改良，應用碳纖維和PET混合編織的ABC人工韌帶重建ACL，86例患者術后隨訪5年以上。手術失敗標準：人工韌帶斷裂或者拉長，出現膝關節不穩定癥狀、打軟同時軸移試驗陽性，以及關節動度儀測試雙側脛骨前移差值大于5mm。根據這一標準，術后隨訪3年的失敗率為0，但隨訪5～7年時的失敗率上升到27.9%[26]。

Petrou等[27]報道應用純PET制造的ABC人工韌帶重建ACL，保留ACL殘端，71例患者平均隨訪5年（4～7年）。結果2例出現輕微滑膜炎，無移植物斷裂。所有患者術后3個月恢復日常活動，79%患者在術后6個月內恢復傷前運動水平。Lysholm評分平均93分，優良率為92%；87%患者的IKDC評分正常或接近正常。

上述兩項研究提示保留ACL殘端可能有助于提高療效；另外，兩種ABC人工韌帶僅制造材料不同：一種為純PET，另一種為PET與碳纖維混合，結果中期療效很不相同，可能與碳纖維的生物相容性較差有關。

2.3 LARS人工韌帶

LARS人工韌帶是新一代支架型PET人工韌帶，采用仿生設計，模擬天然ACL ，其關節內段為平行縱向排列的游離纖維，這種設計是為了避免韌帶纖維之間的磨損，而且預先外旋扭轉[30]。LARS人工韌帶的力學強度很高。東慶澤等[31]研究了LARS人工韌帶在不同扭轉角度時的抗拉伸極限強度，扭轉0度時，LARS人工韌帶的極限強度為3968N，扭轉130度時的極限強度達5186N。Hagemeister等[32]報道LARS人工韌帶抗拉伸、抗彎曲和抗扭轉的力學性能良好。LARS人工韌帶的設計要求手術時游離纖維進入股骨隧道內1mm，可能有助于減少韌帶內部纖維之間以及韌帶與骨隧道之間的磨損。Trieb等[33]報道采用LARS人工韌帶重建骨腫瘤患者的伸膝裝置，術后6個月取活檢標本，發現自體纖維組織長入LARS人工韌帶內，體外培養的成纖維細胞能附著和包裹LARS人工韌帶。由于LARS人工韌帶整體結構的設計改良，使其具有良好的力學性能，使用壽命可能比以往的人工韌帶更長。

LARS人工韌帶已經在加拿大、澳大利亞、歐洲、亞洲的一些國家和地區臨床應用。近些年國內應用LARS人工韌帶重建交叉韌帶逐漸增多[18，34]。國內外臨床研究報道LARS人工韌帶重建ACL取得了良好的近期療效[19，34-38]。

Dericks[30]報道 220 例 LARS 人工韌帶重建ACL患者術后隨訪4個月～4.5年，失敗率為4.4%，9例發生LARS人工韌帶斷裂，滑膜炎發生率很低。Hamido等[38]報道應用LARS人工韌帶加強太短或太細的自體腘繩肌腱移植物重建ACL患者112例，術后隨訪2～5年，膝關節主、客觀評分較術前明顯提高，無人工韌帶斷裂和膝關節滑膜炎發生。Nau等[35]報道前瞻性隨機對照研究，對26例慢性ACL損傷患者，應用LARS人工韌帶重建ACL，術后隨訪2年，療效與BPTB自體移植重建ACL組相當，無人工韌帶斷裂和滑膜炎發生。術后6個月時，1例患者螺釘松動，導致膝關節不穩定復發，再次手術，取出原來的螺釘，用直徑更大的螺釘固定LARS人工韌帶，使膝關節穩定性恢復。Lavoie等[36]報道47例LARS人工韌帶重建ACL患者術后隨訪8～45個月，近期療效良好，Tegner評分明顯提高，無滑膜炎癥狀、無韌帶斷裂，術后3例患者內固定物失敗，需要再手術重新固定。

最近陳世益等[19]進行了LARS人工韌帶重建ACL的多中心回顧性臨床隨訪研究，LARS人工韌帶重建ACL患者159例，術后隨訪4年的主客觀臨床療效良好，失敗率和滑膜炎發生率較低，失敗率為7%，其中3例為固定螺釘松動，3例為LARS人工韌帶關節內斷裂，伴1例膝關節滑膜炎。但是術后骨隧道擴大的發生率較高，尚不清楚遠期是否會發生骨隧道溶解和移植物松動失敗。

2.4 PET人工韌帶與骨隧道的愈合

PET人工韌帶與骨隧道間愈合的基礎研究與上述臨床研究結果一致[39-41]。Panni等[39]比較了Leeds-Keio人工韌帶和BPTB自體移植重建羊ACL術后移植物-骨隧道之間的愈合情況。術后2、6、9個月時的組織學研究表明，Leeds-Keio人工韌帶和骨隧道壁之間由纖維組織連接，但是在這些纖維組織中沒有定向排列的膠原纖維，無任何骨組織長入Leeds-Keio人工韌帶內。

Kock等[40]對從4例患者體內取出的一種PET人工韌帶（Trevira人工韌帶 ）進行組織學和電鏡觀察，這些Trevira人工韌帶植入患者體內的時間3～15個月不等。結果發現：長入Trevira人工韌帶兩端的所有自體組織都是纖維組織，無骨組織，有200～500μm厚的纖維組織把人工韌帶和骨隧道壁的骨組織分隔開。這些組織學發現與他們的臨床經歷相符合：翻修斷裂的Trevira人工韌帶時，能輕松地把Trevira人工韌帶從骨隧道中拉出來，提示PET人工韌帶和骨隧道之間雖然由纖維組織連接，但是這種愈合并不牢固，可能遠低于自體移植的腱-骨愈合。Amis等[41]報道了相似的結果：他們采用Apex人工韌帶（一種PET人工韌帶）重建ACL，從失敗病例體內取出的Apex人工韌帶中，未發現骨組織長入的證據。

上述研究表明，PET人工韌帶和骨隧道之間的愈合不夠堅強，必須依賴內固定物維持PET人工韌帶兩端的固定。ACL重建術后人工韌帶移植物在膝關節內承受各種應力，人工韌帶與骨隧道之間會發生微動，如同自體移植物重建ACL術后的“蹦極效應”和“雨刷效應”[43]，從而導致骨隧道擴大和螺釘松動。目前臨床應用的PET人工韌帶仍然沒有解決人工韌帶兩端與骨隧道牢固愈合的問題。因此，未來應當借鑒自體移植物重建ACL術后預防骨隧道擴大的研究[42，43]，促使PET人工韌帶與骨隧道之間骨性愈合，防止骨隧道擴大、骨溶解和內固定物失敗，以提高遠期療效。

3 小結

總之，經過改良設計的支架型PET人工韌帶重建ACL術后近期和中期臨床療效良好，必須進行更長時間的隨訪，以明確其遠期療效。而且，目前臨床應用的PET人工韌帶還存在一定缺陷，人工韌帶兩端與骨隧道的愈合不夠牢固。要避免支架型PET人工韌帶長期療效失敗，必須進一步改良PET人工韌帶，采用納米技術等方法對PET人工韌帶材料進行表面修飾[44，45]，提高PET材料的生物相容性，促進自體組織的再生和愈合，以取得優良的遠期療效。

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