前交叉韧带重建过程中韧带末端缝合固定的生物力学特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.42.020

摘要/Abstract

摘要：

背景：自体肌腱移植中，末端缝合的最终拉力强度是手术成功的重要组成部分，若想增加固定强度，应从改进缝合材料强度和增加缝线数目着手，但缝合针数过多，裸露线头太多，影响腱骨愈合。
目的：通过生物力学测试，探讨前交叉韧带重建中韧带末端采用双锁边缝合固定的最少的必要缝合针数，以减少缝线裸露。
方法：①体外生物力学实验：将12条带髌骨的髌韧带标本分为2组，对其末端分别采用Krackow双锁边缝合法缝合3针、5针，缝合材料为强生肌腱缝线，对样本分别进行拉伸力学检测以比较强度，探讨最佳的缝合针数和方法。②临床应用：根据体外实验结果，将改良的Krackow双锁边缝合法临床应用于125例关节镜下前交叉韧带重建中，其中采用3针固定62例，采用5针固定63例。
结果与结论：双锁边缝合法缝合3针，缝合点固定强度达到100 N以上，5针固定强度达到110 N，两者的固定强度差别不大，但均超过缝线材料的破坏强度；且将第1针贯穿韧带缝合，不降低固定强度。125例平均随访6.4个月，无论3针固定还是5针固定均取得良好效果，患者满意率达99%，未见早期或晚期缝线断裂松脱。提示：双锁边缝合法缝合3针能达到满意的固定强度，固定可靠且能减少缝线裸露；第1针贯穿韧带，可减少缝线裸露但不降低固定强度。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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关键词: 组织构建, 组织工程, 前交叉韧带, 后交叉韧带, 移植, Krackow双锁边缝合法, 末端缝合, 生物力学, 关节镜检查

Abstract:

BACKGROUND: During autologous tendon grafting, the ultimate tensile strength used for suturing the end of the ligament is important for successful surgery. Improving suturing strength and increasing the number of stitches is a good choice for increasing the fixed intensity. But excess amount of stitches can produce too many thread residues, thereby affecting tendon healing.
OBJECTIVE: To investigate the essential number of suturing pins for the anterior cruciate ligament revascularization in ligament end suture fixation to reduce suturing thread exposure.
METHODS: (1) In vitro biomechanics test: 12 patellar ligament specimens were divided into two groups: the specimens were sutured with 5 or 3 stitches using Krackow suture method. The suturing thread was J&J tendon suture thread. The strength of tensile was compared between the two groups by Tensile mechanical test was conducted to compare the strength of tensile between the two groups and to explore the optimal number of stitches and suturing method. (2) Clinical application: According to the results of in vitro experiments, modified Krackow suture method was used clinically for arthroscopic anterior cruciate ligament reconstruction in 125 cases, including 62 cases receiving 3-stitch suture, and 63 cases undergoing 5-stitch suture.
RESULTS AND CONCLUSION: The fixed strength of tensile at suture sites was over 100 N for 3-stitch double-lock suture and 110 N for 5-stitch double-lock suture. There was no significant difference in the fixed strength between the two groups, but their strength values were both over the breaking strength of suturing materials. Moreover, the fixed strength could not be reduced by suturing throughout the ligament at the first stitch. All the 125 cases were followed for 6.4 months averagely, and both 3-stitch and 5-stitch suture methods achieved good outcomes. The satisfaction rate was up to 99%, and no suture breakage or loosing occurred at early and late stages. These findings suggest that, using 3-stitch double-lock suture method, a satisfactory fixed strength can be achieved with reduced thread exposure. The suturing thread can run through the ligament at the first stitch, which can reduce thread exposure but not reduce the fixed strength.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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Key words: anterior cruciate ligament, posterior cruciate ligament, biomechanics, arthroscopy

中图分类号:

R318

陈啸，黄竟敏. 前交叉韧带重建过程中韧带末端缝合固定的生物力学特征[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(42): 6827-6831.

Chen Xiao, Huang Jing-min. Biomechanical characteristics of suturing the ligament end during anterior cruciate ligament reconstruction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(42): 6827-6831.

图/表（结果） 1

2 临床应用 Clinical application

2.1 对象和方法

设计：病例回顾性分析。

时间及地点：2013年7月至2014年6月在天津医院运动与损伤关节镜2病区完成。

对象：2013年7月至2014年6月，本科共施行关节镜下前、后交叉韧带重建术315例，选取了其中125例前交叉韧带重建患者进行临床缝线方式拉力比较，男88例，女37例；年龄(35.3±6.7)岁；均为膝关节运动性损伤。
纳入标准：①膝关节运动性损伤患者。②行关节镜下前交叉韧带重建者。③患者对治疗均知情同意，签署“知情同意书”。

排除标准：膝关节骨性关节炎、类风湿关节炎、肿瘤等。

方法：所有患者施行关节镜下前交叉韧带重建，采用改良的Krackow双锁边缝合法(肌腱缝合线由强生公司提供，商品名爱惜康缝线)，移植物的胫骨端全部采用缝线固定，经胫骨骨隧道拉出，在保持移植物张力的情况下，胫骨前面挤压螺钉固定。

3针固定组：在2013年12月以前，62例次采用两条缝线双锁边法缝合3针固定，借鉴张春礼^[16]方法，第一针贯穿韧带缝合。

康复计划为：术后当日开始直腿抬高训练；术后7 d佩戴交叉韧带型铰链支具，扶双拐患肢不完全负重下地行走，术后2周30°，3周60°，4周90°，5周120°，2个月可完全负重逐步弃拐行走，3个月去支具，然后恢复自由行走，1年后经医生检查允许后可开始参加体育运动。

5针固定组：2013年12月以后的63例采用两条缝线双锁边法缝合5针固定，第一针同样贯穿韧带，术后功能恢复计划同前。

主要观察指标：①随访时行抽屉试验检查前交叉韧带及后交叉韧带功能。②患者满意率。③不良反应及材料宿主反应。

2.2 结果

2.2.1 参与者数量分析 125例患者肌腱重建后随访2-14个月，平均随访6.4个月，无脱落者，按意向性处理分析，全部进入结果分析。

2.2.2 两组基线资料比较 两组前交叉韧带重建患者的性别、年龄、病程等比较差异无显著性意义(P > 0.05)，有可比性，见表1。

2.2.3 随访结果 抽屉试验阳性患者2例，患者满意率99%。3针固定组及5针固定组组间比较差异无显著性意义(P > 0.05)。

2.2.4 不良反应及材料宿主反应 未见早期或晚期缝线断裂松脱，患者康复顺利，无意外情况发生；无二次手术、无伤口感染等并发症发生。

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引言

目前国内外修复前交叉韧带损伤可供选择的移植物大致有以下几类：自体组织替代物、同种异体韧带、人工韧带、生物组织工程韧带等，此外还有一些其他生物材料如异种韧带等，目前还处于实验探索阶段。在以上几种前交叉韧带移植物中，人工合成材料与组织工程韧带近几年研究较多，但其制作工艺复杂，价格昂贵，很难满足临床移植的需要^[1-4]。异种韧带来源广泛，获取方便、价格低廉、适用性广，随着越来越多去抗原处理技术的出现，有效去除异种韧带的免疫原性，提高其组织相容性已成为可能，但异种移植的免疫原性反应仍将是未来异种韧带移植重建所要所面临的最大问题^[5-9]。所以在临床中，在条件允许的情况下，大多还是采用自体肌腱移植的方法。而自体肌腱移植相较于其他移植物，末端缝合就成了一个必不可少的环节，其缝合固定效果会直接影响移植物的固定强度及术后早期功能锻炼，因此，取出来的自体肌腱末端缝合的强度成为了自体肌腱移植手术成功的重要组成部分，近年来受到了广大研究者的关注。

目前关于肌腱末端的缝合方法有不少的报道，如垒球连续缝合法、Bunnell缝合法、Krackow双锁边缝合法等^[10-12]。Daniel等^[13]通过生物力学实验，比较了数种肌腱末端的缝合固定方法，发现Krackow双锁边缝合法的效果最佳。Krackow双锁边缝合法是将韧带组织环扎在缝线环内，将纵向的极易劈裂韧带的力转化为对韧带环行捆绑的力，而横向的缝线能阻挡纵向缝线对韧带的劈裂(图1)，这种缝合方法有类似“自锁”的机制，即拉力越大，捆绑力及抗劈裂力越大^[14-17]。

Krackow缝合法操作简单，有很强的抗张强度及抗劈裂作用，国内研究者对其进行了广泛的研究和应用。高兴华等^[18]应用新鲜冰冻尸体跟腱标本，比较Krackow方法与改良Kessler方法缝合跟腱后的应力应变值，结果发现Krackow缝合方法在即时抗拉伸方面优于改良Kessler方法，在临床上应用可能效果更好，可能提供早期锻炼。何余庆等^[19]应用锚钉结合Krackow缝合方法和Bunnell缝合法治疗3例髌腱起点断裂，并随访了6个月，患者膝关节功能恢复好，Lysholm膝关节评分91-95分，因此作者认为应用锚钉结合Krackow缝合方法和Bunnell缝合法治疗髌腱断裂固定可靠，能够早期进行功能锻炼，效果满意。田晓晨等^[20]报道了25例闭合性跟腱断裂的患者，应用Krackow缝合法治疗，优良率100%，提示运用Krackow双锁边缝合法修复闭合性跟腱断裂，利于跟腱早期功能的恢复，术后功能恢复良好。国外也有不少类似报道，其修复效果与国内报道相似^[21-18]。

缝合固定直接影响到移植物的固定强度及术后早期功能锻炼。理论上，缝合针数越多越牢固，因此临床上有越缝越多的倾向，但过多的缝合操作费时，而且过多的缝线会阻隔肌腱与骨道内壁的界面而影响愈合。本研究进行了生物力学测试，试图找出Krackow双锁边缝合法对肌腱末端缝合固定的最少的必要缝合针数，以减少缝线裸露，同时将结果应用于临床，观察临床应用效果。

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材料方法

1 体外实验 In vitro experiments

1.1 材料与方法

设计：体外对照研究。

时间及地点：实验于2013年12月至2014年5月在天津工业大学材料学院进行。

材料：肌腱取自人尸体，本实验已通过天津市天津医院学术伦理委员会批准。

肌腱缝合线由强生公司提供，商品名爱惜康缝线，型号2#w4843。

方法：为排除多股肌腱受力的不均衡性对实验结果的影响，本组采用低温冷冻保存的12条带髌骨的髌韧带作为检测样本。

分组处理方法：实验前1 h将腱肌标本复温至室温，在髌骨纵轴近侧1/3处钻前后向的直径3 mm的骨孔，穿中号钢丝备材料试验机固定用。

韧带保留中间10 mm宽，将标本随机分为2组，每组6条韧带，用2号强生肌腱缝合线进行锁边缝合：①第1组：按Krackow介绍的双锁边缝合法缝合3针，边距为韧带宽度的1/3，针距5 mm，同时借鉴张春礼^[29]方法，第一针贯穿韧带缝合。②第2组：按双锁边缝合法缝合5针，边距、针距及方法同第1组。
拉伸试验：应用微机控制电子拉力试验机(深圳瑞格尔仪器有限公司生产)分组进行拉伸试验，拉伸速度为 0.5 mm/s，拉伸前进行5 min、6 N的预张。在实验过程中，标本用生理盐水湿润，防止干燥。

主要观察指标：拉伸试验结果，缝线断裂情况及破坏强度。

统计学分析：由作者用SPSS 19.0统计学软件进行统计分析。生物力学测试结果用x(_)±s表示，组间比较采用独立样本t 检验。检验水准为P < 0.05。

1.2 结果 所有样本的断裂点均发生在缝线上，未见缝线与韧带界面间的撕裂或滑脱。

破坏强度：第1组，缝线为(100.0±12.7) N；第2组，缝线为(110.0±49.4) N，两组缝线之间破坏强度比较差异无显著性意义(P > 0.05，图2)。

结论：双锁边缝合法缝合3针与5针的固定强度差异无显著性意义，均超过缝合材料强度，第一针贯穿韧带，减少缝线裸露但不降低固定强度。

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讨论

根据实验检测结果，双锁边缝合法缝合韧带末端3针，所有标本断裂点均在缝合材料，达到100 N以上，更超过肌腱缝合缝线破坏强度；因此，就每根缝线而言，缝合3针以上无意义，反而增加操作步骤及缝线裸露，阻隔韧带与骨组织界面，影响早期愈合及强度。

若想增加固定强度，应从选择更坚强的缝合材料或增加缝线数目着手。理论上，每增加1根缝线即增加强度1倍。在本组后期治疗的63例病例中，强度应达到200 N以上，达到人正常行走时前交叉韧带受力的一半，因其尚未达到行走时所承受的力，术后8周内扶双拐部分负重仍是必须的，但可以尽早进行关节活动度恢复训练。

临床结果显示，双锁边缝合法缝合韧带末端3针固定足以承受关节活动度康复训练时的受力，可使关节活动度恢复速度较前法明显加快，关节粘连及软骨退变的机会降低。尽管早期康复速度加快，但再坚强的缝合也只能提供韧带的早期固定，最终要靠韧带与骨的愈合；韧带在关节内要经历植入后的坏死、细胞长入、再血管化和胶原重塑等过程，最终会被细胶原纤维与受体成纤维细胞组成的韧带样组织所取代^[30-36]。

在临床应用中，为了增强缝合强度而增加缝线数目，同样会增加缝线的裸露。本实验借鉴张春礼方法，改进了双锁边缝合法，将第一针横行贯穿韧带，减少了缝线的裸露，实验结果显示并未因此而降低缝合强度，与其它缝线组相比固定强度差异无显著性意义；临床应用证明，无早期断裂发生，方法可行、可靠。

Krackow缝合法的优势在于：①操作简便。②因连续的锁边而具有很高的抗张强度和抗劈裂作用，研究显示其他缝合法的强度均较Krackow双锁边缝合法低^[30]。③缝合后肌腱连续性和光滑程度理想，可减少粘连。Krackow缝合法的缺点是缝合一段时间后环扎的部分韧带组织有可能坏死而造成强度下降，患者不可过早完全负重。

本文结果显示，关节镜下采用改良的Krackow双锁边缝合法行前交叉韧带重建，近期的效果良好，但手术的长期效果，需要进一步验证。

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