保留前交叉韧带残端对膝关节稳定性的意义

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1033

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

前交叉韧带残端：前交叉韧带断裂后，大多数会在胫骨及股骨止点处有残余的韧带组织，这些残余的韧带组织被称为残端，残端内具有感受器。不同的断裂情况导致的残端也不尽相同，经研究表明，该残端对进行前交叉韧带修复及术后恢复具有重要意义。

本体感觉：膝关节的本体感觉是由膝关节周围的肌肉、关节囊、韧带、半月板、关节软骨和皮肤感受器发生的传入信号整合而成，经过中枢处理后，通过反射及肌张力的调节而传出，控制着膝关节位置觉和运动觉。前交叉韧带对于膝关节的本体感觉有着重要影响。

摘要

背景：前十字韧带保残重建被引入以改善预后，然而，残端的保存和受伤机制的影响，及其对重建的影响，这项技术的疗效还不确定。

目的：探究关节镜下前交叉韧带重建在术中保留韧带残端对前交叉韧带损伤患者的本体感觉恢复的影响。

方法：回顾性分析2016年1月至2017年3月中国医科大学附属盛京医院关节运动医学科收治的前交叉韧带损伤患者80例，所有患者均在关节镜下以自体腘绳肌腱作为移植物进行前交叉韧带重建，其中保留韧带残端的40例为保留残端组，术中完全清理韧带残端的40例为非保留残端组。所有患者修复后随访12个月以上。评价2组患者的膝关节功能及本体感觉恢复情况。

结果与结论：①2组修复后Lysholm评分、国际膝关节文献委员会膝关节评估表评分较术前均显著提高，胫骨前移距离、被动活动察觉阀值、被动角度再生试验结果较术前明显降低(P < 0.05)；②保留残端组修复后3个月的Lysholm评分、国际膝关节文献委员会膝关节评估表评分高于非保留残端组，被动活动察觉阀值、被动角度再生试验结果低于非保留残端组(P < 0.05)；③修复后3和12个月时，2组Kneelax胫骨前移距离及足底压力分析系统结果接近(P > 0.05)；④结果提示关节镜下前交叉韧带重建中保留前交叉韧带残端可加快本体感觉恢复速度，获得满意的临床疗效。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0003-1996-1998(冯馨元)

关键词: 前交叉韧带, 保残重建, 保留残端, 非保留残端, 膝关节稳定性, 本体感觉, 步态足底压力分析

Abstract:

BACKGROUND: Anterior cruciate ligament preservation reconstruction has been introduced to improve clinical outcomes and biotherapy. However, the effect of stump preservation and injury influence, its impact on reconstruction, and the efficacy of this technique remain uncertain.

OBJECTIVE: To investigate the effect of arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction on the recovery of proprioception in patients with anterior cruciate ligament injury by preserving ligament stump.

METHODS:A retrospective analysis of 80 patients with anterior cruciate ligament injury admitted at the Department of Sports Medicine in Shengjing Hospital of China Medical University between January 2016 and March 2017 was performed. All patients underwent arthroscopic reconstruction of anterior cruciate ligament with autologous parasagittal tendon as a graft, including 40 cases of preserving-remnant, and 40 cases of removing-remnant. All patients were followed up for more than 12 months to evaluate the knee joint function and recovery of proprioception.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The postoperative Lysholm and International Knee Documentation Committee scores were significantly improved in both groups, and the postoperative forward movement of the tibia, threshold to detection of passive activity, passive angle reproduction were all significantly reduced compared with the baseline (P < 0.05). (2) In the preserving-remnant group, the Lysholm and International Knee Documentation Committee scores at postoperative 3 months were significantly higher than those in the removing-remnant group, and threshold to detection of passive activity, and passive angle reproduction were lower than those in the removing-remnant group (P < 0.05). (3) There were no significant differences in the forward movement of the tibia by Kneelax system and plantar pressure at 3 and 12 months postoperatively between two groups (P > 0.05). (4) In summary, preserving-remnant in arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction can improve the early recovery of proprioception, and obtain satisfactory clinical efficacy.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Proprioception, Anterior Cruciate Ligament, Tissue Engineering

中图分类号:

R453
R615

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图/表（结果） 5

2.1 受试者数量分析 80例患者均达12个月以上的随访时间。试验流程见图2。2组患者信息见表2。

2.2 膝关节功能评分 两组患者修复前后膝关节Lysholm评分及IKDC评分结果，见表3。修复后3个月保留残端组Lysholm评分及IKDC评分均高于非保留残端组(P < 0.05)；修复后12个月保留残端组Lysholm评分及、IKDC评分与非保留残端组相比差异无显著性意义(P > 0.05)。

2.3 膝关节前后稳定性 2组患者修复前后患膝Kneelax胫骨前移距离，见表4。修复后3个月及修复后12个月保留残端组与非保留残端组患者胫骨前移度无明显差异(P > 0.05)，均获得良好的前后稳定性。

2.4 膝关节本体感觉

2.4.1 膝关节被动活动察觉阈值两组患者修复前、修复后3个月、修复后12个月患肢健肢的膝关节被动活动察觉阈值的比较，见表5。修复后3个月保留残端组被动活动察觉阈值小于非保留残端组(P < 0.05)；修复后12个月时保留残端组与非保留残端组被动活动察觉阈值接近(P > 0.05)；保留残端组与非保留残端组患者修复后3个月时患侧被动活动察觉阈值高于健侧(P < 0.05)，修复后12个月时2组两侧被动活动察觉阈值接近(P > 0.05)。

2.4.2 膝关节位置重现试验两组患者修复前、修复后3个月、修复后12个月患肢健肢的膝关节位置重现试验的比较，见表6。修复后3个月保留残端组关节位置重现差异值小于非保留残端组(P < 0.05)，且2组患肢关节位置重现差异值均高于健侧(P < 0.05)；修复后12个月保留残端组与非保留残端组关节位置重现差异值接近(P > 0.05)，且2组患肢健侧关节位置重现差异值接近(P > 0.05)。

2.5 步态足底压力分析结果 两组患者修复后12个月在步行时支撑相各个阶段所占百分比情况对比，见表7。与非保留残端组患肢相比，保留残端组患肢各阶段百分比无明显变化(P > 0.05)；2组患者患肢与健肢各阶段百分比接近(P > 0.05)。

2.6 不良反应 2组患者切口均为Ⅰ期愈合，未发生感染、独眼症等并发症。

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引言

前交叉韧带是股骨与胫骨间重要的解剖结构，其主要的作用是限制胫骨过度前移，是维持膝关节稳定性的重要结构之一^[1]。前交叉韧带断裂在普通人群中的发病率约为 1/3 000，在运动员等进行高强度训练的职业人群中发病率为60/10 000。近年来，越来越多的研究者发现，前交叉韧带不仅能直接起到稳定膝关节的作用，还可通过本体感受器向大脑传递关节位置、角度、张力等信息，进一步维持膝关节稳定性。但是恢复前交叉韧带的解剖学结构，仍会造成部分患者主观感觉功能异常，关节功能恢复欠佳。膝关节本体感觉功能的退化可降低动态稳定性，导致半月板、软骨损伤和肌肉萎缩，增加膝关节骨性关节炎的患病率，并影响关节的活动性。已有研究表明，前交叉韧带残端的重要性在其生物力学、血管和本体感受功能方面得到了认可^[2-3]。来自前交叉韧带残留物的神经纤维可能影响膝盖的本体感觉功能，并且能增加移植物周围再生机械感受器的本体感觉功能^[4]。最近的研究显示，前交叉韧带残端保留可刺激移植物愈合过程，改善术后膝关节稳定性及本体感觉功能^[5-7]。连接在髁间隙侧壁上的前交叉韧带残留物有助于前交叉韧带损伤后1年的前后膝关节稳定性。最近，关于前交叉韧带保残重建的手术争论点主要在胫骨止点的残端保留上，有学者认为前交叉韧带残端保存意味着对前交叉韧带和内质血管的部分保存，其从前交叉韧带残留物引起移植物的更快速血运重建^[8]。也有学者认为，残端保留的前交叉韧带重建不能改善移植物的整合速度，反而可以减少因残端可能引起的髁间窝撞击的可能，手术时机也是个重要因素^[9]。因此术中保留前交叉韧带残端仍然存在争议。

因此作者拟回顾性分析前交叉韧带保残重建患者与非保残重建患者的随访资料，观察两者的关节功能，探讨前交叉韧带保残重建技术对患者膝关节前后稳定性、膝关节功能以及膝关节位置觉、运动觉及步态足底压力分析情况的影响。

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材料方法

1.1 设计 回顾性试验。

1.2 时间及地点 试验于2017年11月至2018年4月在中国医科大学附属盛京医院关节、运动医学病房及康复中心内完成。

1.3 对象 招募中国医科大学附属盛京医院关节运动医学病房2016年1月至2017年3月收治的前交叉韧带损伤患者80例。

纳入标准：①关节镜下诊断前交叉韧带断裂^[10]；②骨骺闭合，且年龄小于50岁；③损伤至手术时间少于3个月。

排除标准：①双侧前交叉韧带损伤；②合并后交叉韧带损伤或骨折；③半月板全切；④既往膝关节手术史；⑤膝关节肿物、感染、骨关节炎等病变；⑥患有恶性、自身免疫、免疫增殖、肾脏(肌酐 > 150 μmol/L)、全身结缔组织、内分泌(糖尿病)和血液(血小板减少)疾病者；⑦孕妇。

所有患者均在关节镜下以自体腘绳肌腱为移植物进行前交叉韧带重建。其中，保留残端组40例，男25例，女15例；年龄18-44岁，平均(32±6.2)岁；左膝22例，右膝18例；损伤至手术时间平均(5.1±2.6)周。非保留残端组40例，男20例，女20例；年龄19-45岁，平均(30±5.7)岁；左膝20例，右膝20例；损伤至手术平均时间(4.3±2.5)周。所有患者术后均随访12个月以上。

两组病例在年龄、性别、患膝、手术时机以及术前Lysholm评分、国际膝关节文献委员会(International Knee Documentation Committee，IKDC)评分等差异无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性。试验经过中国医科大学附属盛京医院医学科研与新技术伦理委员会批准，批准号2017PS237K。

1.4 材料 植入物信息见表1。

1.5 方法

1.5.1 前交叉韧带重建手术均由同一组医师完成，关节镜前外侧、前内侧入路探查清理，明确前交叉韧带损伤情况，伴有半月板损伤或关节软骨损伤者(保留残端组5例，非保留残端组4例)行半月板部分切除成形或缝合以及损伤软骨清理，根据术中前交叉韧带残端情况的评定，施行前交叉韧带自体腘绳肌腱保残重建或常规重建。在麻醉下进行评估后，在胫骨结节内侧做出约3 cm的纵向皮肤切口，取腱器取股薄肌与半腱肌肌腱，根据重建的需要编织、修整腘绳肌腱。胫骨表面破裂前交叉韧带的残余组织原样留下，残留在股骨上的组织一边被剔除，使前交叉韧带股骨足印区、嵴和软骨的后缘外侧股骨髁可以被识别。安装胫骨导架，沿定位针建立胫骨隧道时应注意保护残端滑膜的完整，导架定位于胫骨止点足印区的中心，顺着韧带残端纤维，用与移植物直径相匹配的钻头，钻取胫骨隧道。非保留残端组彻底刨去韧带残留组织。在屈膝100°位置，沿十点半或一点半方向定位针制备相应的股骨隧道。应用Endobutton带袢钢板安置自体腘绳肌腱，调整袢的引线，保留残端组安置过程中注意保护残端，使残端纤维及滑膜充分包裹移植物。非保留残端组传统移植韧带。于伸膝20°位置，应用挤压螺钉固定韧带的胫骨隧道外口端，股骨隧道外口端带袢钢板固定。测试自体腘绳肌腱安置后膝关节的屈伸活动及稳定性良好。手术过程见图1。非保留残端组除了将胫骨止点处残余的前交叉韧带组织以离子刀彻底清除外，其余手术操作过程均与保留残端组一致。

1.5.2 术后处理所有患者接受采用相同的康复计划。修复后佩戴铰链支具。早期行股四头肌肌力训练。修复后1周支具固定于0°-30°，每周增加15°，修复后1个月带支具在0°-90°范围内被动屈伸活动，修复后3个月基本达到完全负重，活动度达到正常。修复后6个月内避免膝关节过度的旋转运动，可进行慢跑等低强度体育活动。

1.5.3 疗效评价 2组患者于修复前、修复后3，12个月时采用IDKC评分和lysholm评分评价膝关节的基本运动能力及主观感觉，采用Kneelax测量仪(荷兰 Monitored Rehab Systems公司)客观评估膝关节前后稳定性，本体感觉的测定则采用被动活动察觉阈值、被动角度再生试验及修复后12个月的步态足底压力分析。

膝关节基本运动能力及主观感觉：Lysholm评分项目包括跛行(5分)、需要支持(5分)、交锁(15分)、肿胀(10分)、疼痛(25分)、不稳定(25分)、上下楼(10分)及下蹲(5分)，满分100分^[11]。IKDC分主要根据国际膝关节委员会计分表及其指引进行评分^[12]。

膝关节稳定性：采用Kneelax3测量仪进行胫骨前移程度的测定，用以评估关节前后稳定性，记录132 N拉力下胫骨前移距离。

被动活动察觉阈值：被动活动察觉阈值采用持续被动活动机(德国ORMED GmbH公司)进行，患者卧位蒙眼、佩戴耳机以隔绝视听觉并保持安静，患者感觉患肢出现活动时告诉检查者。将下肢置于持续被动活动机上，每次测量前进行校正。初始角度为15°，机器以0.5 (°)/s的角速度开始带动肢体运动，当患者感知到关节角度变化时，停止机器，同时请患者回答出运动方向，计时并重复3次取平均值，以平均时间乘以0.5 (°)/s得出被动活动察觉阈值。

关节位置重现试验：在上述同样条件下进行，取30°，60°，90°为测试角度，将肢体置于测试角度，静止10 s感知角度，然后机器由0°开始带动肢体运动，当患者感知到达测定角度时停止机器，重复3次，得出患者感知角度与各测试角度的平均差值，最后取各角度差值的平均值，得出关节位置重现差异的值。

步态足底压力分析：一个正常的步态周期包括支撑相和摆动相两部分，左右两足的两相重叠交替。该步态系统将单足支撑相分为初始接触相、前足接触相、全足支撑相、足蹬离相4个时相^[13]。采用足底压力分析系统(比利时 Rsscan公司)采集患者的步行运动参数，分析步行支撑相各个阶段所占百分比情况，评估患者重心稳定性、负重分布等。

1.6 主要观察指标 膝关节前后稳定性、膝关节功能评分、被动活动察觉阈值、关节位置重现及步态足底压力。

1.7 统计学分析 采用SPSS 19.0软件(美国SPSS公司)进行分析比较，计量资料采用x(_)±s表示，组间比较采用独立t 检验，组内比较采用配对t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

随着关节镜下前交叉韧带重建的手术技术、固定方式及康复方法的进步，前交叉韧带重建的临床疗效，特别是在恢复膝关节稳定性、活动度及肌肉力量方面的疗效逐步提高。但是仍有部分患者尽管经过手术的治疗恢复了良好的力学稳定及肌肉力量，可自述存在明显膝关节的不稳定感及运动能力不完全恢复的情况。既往的研究证实，这类患者的膝关节不稳感和运动能力的缺失是由于术后膝关节本体感觉恢复不良造成的^[14-15]。

本体感觉是指大脑接受来自深层肌肉、肌腱、关节等组织对躯体空间位置、运动状态和方向的感觉，即深感觉^[16]。膝关节本体感觉是由位于膝关节周围的肌肉、关节囊、韧带、半月板、关节软骨和皮肤感受器发生的传入信号整合而成，信号在不同中枢处理后，通过反射及肌张力的调节回路传出，从而控制膝关节位置觉和运动觉^[17]。最近的研究认为，前交叉韧带保残与否仍存在争议，而此次试验发现，前交叉韧带保留仍具有重要意义。这可能是由于分布于前交叉韧带的本体感受器是膝关节本体感觉的主要来源^[18]。前交叉韧带不仅是膝关节的主要稳定器，也是重要的本体感器官。以往的研究表明本体感受器可以在前交叉韧带内找到^[19]。其中，前交叉韧带的感受器可分为4类：pacinian小体、ruffini小体、golgi小体和游离神经末梢。这些感受器位于皮肤的深层，肌肉之间和骨膜中^[20]。在几项研究中前交叉韧带被描述，根据其中大多数受体存在于与后交叉韧带连接的残余束中，并且其数量随着损伤的增加而减小^[21-22]。

前交叉韧带还包含机械感受器，其中大部分位于胫骨插入附近的下层，而大部分前交叉韧带断裂发生在股骨侧插入的近端^[23]。其中，前交叉韧带残留组织主要有4种形态：后交叉韧带有瘢痕、切口顶部有瘢痕、切口侧壁有瘢痕和无可辨的韧带剩下的组织^[24]。Muneta等^[25]认为机械感受器存在于正常、受伤和移植的前交叉韧带中。然而，受伤和移植前交叉韧带存在的百分比低于100%，与受伤时间呈负相关。机械感受器在残余和移植肌腱中出现形态异常^[25]。因此，残端保留可能在损伤后的早期阶段进行，以最大化残余功能，增强前交叉韧带重建。Zhang等^[26]证明了从损伤到手术的较短时间间隔不仅导致剩余组织中CD34⁺，CD44⁺，CD45⁺和CD146⁺细胞的比例更高，而且还增加了扩增潜能和成骨分化，这可能是提出早期进行前交叉韧带保残手术的原因之一^[26]。

作者通过选取前叉损伤后残端滑膜保留相对良好的患者进行保留残端组与非保留残端组的临床疗效对比。2组患者修复后膝关节功能评分均明显高于修复前，修复后3个月时保留残端组的膝关节功能评分已经显著高于非保留残端组，修复后12个月与修复后3个月2组膝关节功能评分接近。这可能与患者早期更好的本体感觉恢复有关。还有学者的研究表明，保残重建后，膝关节本体感觉在前交叉韧带重建6个月内恢复正常，体位控制无变化，但运动控制改变，影响膝关节功能^[27-28]。

此次试验结果表明，在修复后3个月时，保留残端组患者的被动活动察觉阈值、关节位置重现差异测量值较修复前明显改善，也优于非保留残端组；修复后12个月时，两组患者均获得与健肢相当的良好恢复。这意味着保留残端组患者在修复后早期(3个月)获得了相对于非保留残端组更好的本体的感觉恢复。这可能是由于保留残端组残端的剩余的机械感受器与移植物整合后更早的发挥了作用，也可能是保残重建促进了新移植物的滑膜覆盖及血运重建的情况，对韧带松弛可能起到积极作用。在Gohil等^[29]和Ahn等^[30]的研究中，仅通过磁共振成像间接研究了前交叉韧带重建后患者的血运重建。根据Gohil等^[29]的研究，移植物的血运重建在保留前交叉韧带残余束的组中更快，并且根据Ahn等^[30]的研究结果，磁共振显示更大的移植物。而Li等^[31]的研究显示在部分前交叉韧带破裂的患者中，残余韧带的机械强度对重建的治疗效果有显着影响。

本体感觉运动是康复锻炼过程中非常重要的因素^[32]。康复过程应尽早启动本体感觉运动，因为本体感觉运动可以预防损伤并恢复受损的运动感觉。闭链运动是一种肢体远端固定而近端活动的运动，其运动阻力同时施加在肢体的远端和近端。闭链运动需要多个关节协同参与运动过程，因而可充分刺激关节整体的协调性，从而刺激关节本体感受器，促进关节本体感觉的恢复，提升了功能康复的效果。有学者指出，一侧前交叉韧带损伤后双膝的控制力均有下降，健侧的本体感觉也有一定程度的下降^[33]，因此有研究认为在修复后的康复锻炼中也应对健侧进行功能锻炼。并且在康复过程中应选择正常人作为对照，而不是患者的健侧下肢。

对于保残重建，新鲜的前交叉韧带损伤后剩余的残端与陈旧损伤有显著差别^[34]，不论股骨端还是胫骨端均可见相对良好残留，残端的保留除了利于重建点的解剖定位以外，还具有能够阻挡关节液渗入骨隧道，防止骨隧道扩大，增加对重建肌腱的滑膜覆盖，加速血管化过程等优势，且有益于腱骨愈合^[35-39]。但有些研究者提出了反对意见，他们认为，非保残重建时均清理前交叉韧带附件滑膜絮状物及韧带残端，目的是充分暴露手术视野，有利于术者进行定位，但是保留残端后，手术空间相对变小，容易遮挡手术的视野，有引起骨隧道定位偏差的可能^[40]。

此次临床试验还存在有一定的不足之处：第一，这是一个短期的回顾性研究，随访1年，时间偏短、步态分析的测定不连续，更长时间的随访以及术后早期的步行支撑相测定是很有必要的；第二，目前尚没有一套明确的、规范的本体感觉康复训练方案，作者采用的方案仅仅是其中一种，与其他研究的训练方法、时间均不一致，影响了疗效的评定，还需要进一步加强规范前交叉韧带重建术后的康复方案研究；第三，保残重建的手术时机、手术方案的选择也值得进一步研究。有学者提出，急性期手术可能减少甚至避免股四头肌萎缩，对重建韧带的愈合及关节功能恢复极为有利^[41]。

综上，在前交叉韧带急性损伤期，相同手术方式的前提下，前交叉韧带保残重建能更早地恢复前交叉韧带本体感觉功能，一定程度上加快了术后康复的过程。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程