韌帶重建的病理生理學(xué)
這里主要以前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)為例來介紹韌帶重建的病理生理變化。
(一)重建移植物的選擇
ACL損傷后大部分需要手術(shù)重建,重建材料按來源劃分,有自體移植物(autograft)、異體移植物(allograft)和人工韌帶。自體和異體移植物,常用的有髕骨-髕腱-骨(bone-patellar tendon-bone,BPTB)、腘繩肌腱(hamstring常用的是半腱肌腱和股薄肌腱,又稱為ST-G)、跟腱、股四頭肌腱等。
自體移植物在移植物與骨隧道的愈合方面,相對于異體和人工材料可能更加有優(yōu)勢。而自體移植物最大的缺點(diǎn)就是“拆東墻補(bǔ)西墻”,可能導(dǎo)致取材部位的病損。
異體移植物最大的優(yōu)點(diǎn)是避免自身取材部位病損。缺點(diǎn)是異體移植物有潛在的免疫排斥或傳播疾病的威脅;另外因?yàn)楫愺w移植物采用放射源消毒,因而可能降低了韌帶的力學(xué)強(qiáng)度。
人工韌帶在關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)用,曾經(jīng)幾乎銷聲匿跡。因?yàn)樗鼈兂3R痍P(guān)節(jié)滑膜炎,術(shù)后關(guān)節(jié)反復(fù)腫脹。近來高級韌帶加強(qiáng)系統(tǒng)(ligament advanced reinforcement system LARS)韌帶似乎已經(jīng)克服了滑膜炎的弊端,其材料為聚酯纖維,具有多孔結(jié)構(gòu),允許內(nèi)生纖維的長入,從而促進(jìn)原有韌帶獲得生物學(xué)愈合。該韌帶由兩部分組成,關(guān)節(jié)內(nèi)部分由平行的縱行纖維組成,可以扭轉(zhuǎn)以模仿人體韌帶的活動方向,骨隧道內(nèi)部分由橫行和縱行纖維交織而成。國外近十年的經(jīng)驗(yàn)顯示效果較好,它最大的優(yōu)點(diǎn)是術(shù)后恢復(fù)快。因?yàn)椴徽撟泽w或異體韌帶,都是生物學(xué)結(jié)構(gòu),需要經(jīng)歷“重塑型(remodeling)”的過程,這一過程通常需要6個(gè)月至1年,而再塑型完成之前韌帶過早承受應(yīng)力會導(dǎo)致松動。人工韌帶因?yàn)椴恍枰?jīng)歷“再塑型”過程,因而可以早期恢復(fù)運(yùn)動,對于專業(yè)運(yùn)動員需要盡快重返賽場者尤其適合。但是,人工韌帶遠(yuǎn)期效果如何,目前尚無定論。
(二)重建物的轉(zhuǎn)歸
無論是自體還是異體移植物,在重建術(shù)后其愈合和再塑型過程基本相似,包括移植物壞死、再血管化、細(xì)胞增殖和塑型成熟4個(gè)階段。Goradia等(2000)觀察羊的雙股Hamstring腱重建ACL的自然變化過程,通過對術(shù)后4、8、12、24和52周的組織學(xué)觀察,發(fā)現(xiàn)植入后4周替代腱的中央?yún)^(qū)細(xì)胞減少,但無壞死區(qū)存在,替代腱有明顯的高血管化現(xiàn)象,滑膜出現(xiàn),有1~2層立方柱狀上皮細(xì)胞;植入后8周,組織中有大量的隨意排列的成纖維細(xì)胞和膠原纖維,反應(yīng)性增生的滑膜層有2~3層立方上皮細(xì)胞;12周以后中央部的纖維排列有不規(guī)則逐漸轉(zhuǎn)向同向的規(guī)則排列;24周是出現(xiàn)一層滑膜包被,菱形細(xì)胞增多,膠原結(jié)構(gòu)良好,中央與周邊部已無法分辨,偏振光鏡下近一般的纖維表現(xiàn)為類似正常前交叉韌帶的均勻的正弦波樣;52周時(shí)表現(xiàn)為進(jìn)一步成熟。因此他們認(rèn)為Hamstring腱重建ACL的成熟過程與髕腱相同,成熟時(shí)間應(yīng)為術(shù)后1年以上。后來的動物實(shí)驗(yàn)研究顯示,Hamstring腱移植比髕腱移植在體內(nèi)變化和成熟過程快,其成熟時(shí)間為植入后26~39周,可能與多股每股直徑小、股數(shù)多、表面積大,為滑膜及血管長入提供多通道,從而加速了其早期成活與改建過程有關(guān)。而自體移植物再塑型可能要快于異體移植物。但就目前的研究,移植物即使經(jīng)過長期的再塑型,也不能恢復(fù)ACL的超微結(jié)構(gòu)、解剖學(xué)特征、生物力學(xué)性能和本體感覺功能,還無法從真正意義上重建正常的ACL。
(三)移植物止點(diǎn)的轉(zhuǎn)歸
移植物重建ACL的關(guān)鍵之一是能否在骨道中形成堅(jiān)固的止點(diǎn),形成正常的止點(diǎn)有利于韌帶發(fā)揮其生理功能。ACL止點(diǎn)為典型的直接止點(diǎn),這種結(jié)構(gòu)主要起應(yīng)力緩沖作用。自體BPTB移植由于良好的力學(xué)特性(中1/3的BPTB的張力是正常ACL的1.5~2倍,剛度是3倍)和兩端是骨-骨愈合,可以提供堅(jiān)強(qiáng)的止點(diǎn)內(nèi)固定,多年來被認(rèn)為是ACL重建“金標(biāo)準(zhǔn)”。移植物骨端要經(jīng)歷一個(gè)壞死和新骨形成、爬行替代的過程,重新形成一個(gè)新的止點(diǎn)?,F(xiàn)在普遍認(rèn)為16~20周,移植物與骨隧道達(dá)到完全的骨性愈合。腱骨界面開始為間接止點(diǎn),韌帶與再生骨塊之間有沙佩(Sharpey)樣纖維連接,而后向直接止點(diǎn)轉(zhuǎn)歸。
腱骨間的愈合是一個(gè)骨組織逐漸長入腱組織的過程。早期(約3周)腱與骨道交界處形成富含血管的纖維結(jié)締組織,此后大量的成纖維細(xì)胞向腱組織生長,并不斷分泌膠原纖維,腱骨間有大量的沙佩(Sharpey)樣纖維連接。在應(yīng)力作用下,腱骨愈合逐漸成熟,纖維軟骨細(xì)胞沿應(yīng)力方向成串排列,并出現(xiàn)鈣化軟骨細(xì)胞,最終形成直接止點(diǎn)。由此可見ACL重建后腱骨愈合是由間接止點(diǎn)向直接止點(diǎn)轉(zhuǎn)化的過程,此過程較漫長,約需12個(gè)月。但是目前對于腱骨愈合最終形成的是直接止點(diǎn)還是間接止點(diǎn)仍存在分歧。
(王成虎 亓建洪)
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