【骨医小灶】走进前交叉韧带 I:前交叉韧带重建简史-与千年文明同步

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楼主 2018-10-19 11:38:41
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前言

前交叉韧带断裂是一种十分常见的运动损伤,目前的治疗方法也已经比较成熟。但在医学界,前交叉韧带损伤的理论认识和治疗方式的改进,其实经历了一个非常曲折和复杂的过程。期间更有无数临床医生和科学工作者穷其一生的心血,历经无数的失败,才一步一步地向前迈进,一点一滴的缓慢积累,才能有今天理论和技术上的巨大进步。


纵观整个前交叉韧带的治疗历史,主要集中在移植物的选择和固定方式的改进,从最初的丝绸、阔筋膜到现在的人工韧带、髌韧带、腘绳肌腱、股四头肌腱等,从最初的直接缝合至骨膜、嵌压固定、锚定固定到现在的挤压固定、悬吊固定,前交叉韧带一直在最求最牢固的初期固定,最接近交叉韧带本身结构的移植物材料和最自然的生物力学的恢复。


本着这个目标,现代医学开发出各种各样五花八门的前交叉韧带重建技术,包括等长重建技术、解剖单束重建技术、解剖双束重建技术等几大类方法,每种方法中还有各种不同的技术流派,各自在不同的医疗机构和不同的外科医生中默默的传承。对每种方法的优缺点,学术界也一直存在争论,孰优孰劣尚未可知。


虽然目前的技术还不能达到百分之一百的理想的个性化解剖重建,但临床上已经有超过90%的患者术后能恢复到伤前的运动水平,相信随着技术的进步,人类终有一天能完美再现人体本身原有的前交叉韧带的结构,达到100%的解剖重建。


本期张华医师将系列介绍前交叉韧带重建简史以及前交叉韧带等长单束重建,前交叉韧带解剖单束重建,前交叉韧带解剖双束重建等不同的手术方法。



前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament, ACL),又称前十字韧带,见下图。位于膝关节内,连接股骨与胫骨,主要作用是限制胫骨向前过度移位,参与维持膝关节的稳定性,使下肢能完成各种复杂和高难度的动作。前交叉韧带断裂的主要原因是运动损伤,约占70%以上,因此患者以年轻人居多,国外有报道称在16~39岁人群中ACL断裂发病率为85/100000。




遗憾的是,因其愈合能力差,前交叉韧带断裂无法行一期修复。所以,目前治疗前交叉韧带断裂的最佳治疗方案是手术重建。而成功重建前交叉韧带最关键的步骤之一,就是良好的固定移植物,使其稳定持久的发挥功能。因此也可以这样说,前交叉韧带重建术的历史,即是移植物固定技术发展的历史。本周先让我们一起来回顾一下前交叉韧带损伤重建术的历史。


早在公元前3000年,古埃及的《Edwin Smith 文稿》已有韧带解剖方面的描述,该文稿是人类历史上第一部医学著作,书写在莎草纸上,见下图。




公元前279年(一说公元前460-370年),希波克拉底就曾提到膝关节不全脱位跟交叉韧带病变有关。公元129年,一名叫Claudius Galen的希腊人第一次详细地描述了前交叉韧带,这名罗马大帝的御医将其称为“Genu Cruciata”。见下图。



近代随着解剖学的发展,对于前交叉韧带损伤的认识也逐渐深刻起来。


1845年,里昂的Amadee Bonet发表了第一篇膝关节韧带损伤机制的尸体研究论文,他第一次对于半脱位给予了较为详细的描述,并将前交叉韧带损伤描述为一种瞬时损伤,关节腔积血以及膝关节功能的丧失。


1875年,Noulis第一次提到Lachman试验的检查技术用以评估膝关节的不稳。见下图。



1879年,法国外科医生Paul Segond较为详细描述了交叉韧带断裂的症状和体征:疼痛,伴随着“啪”的响声,出现关节腔内积血及膝关节前后异常活动。见下图。



1895年,英国利兹总医院的Mayo Robson(见下图)接诊了一名被垮塌的煤矿掩埋,抢救后右下肢跛行、右膝不稳的矿工患者,他将撕裂的前后交叉韧带用肠线缝合在其股骨的附着处,完成了史上第一例前后交叉韧带修复术。这名幸运的患者在术后没有跛行,6年后随访,该患者每天还可以在以前的矿场工作8小时,甚至都可以愉快的奔跑了。



1900年,Battle发表了有关手术治疗前交叉韧带损伤的报告。


1902年,William H Battle报道了1例创伤导致膝关节脱位,手术治疗中包括前交叉韧带损伤缝合修复的病例,该患者随访1年半,效果满意。


1908年,慕尼黑的Lange尝试第一次使用丝绸重建前交叉韧带,但遗憾的是,手术未获得成功。


在一开始,学者们主要的研究方向是韧带的缝合固定。


1912年,Giertz医生首次用患者自体组织重建,截骨矫正1例屈膝45°固定畸形。两周后,他游离移植阔筋膜束稳定膝关节。


在一战爆发,战火纷飞的1914年,Hesse向世人介绍了俄国学者Grekow的成功手术案例。该学者游离阔筋膜张肌重建交叉韧带,将其拉过股骨隧道,并缝合在股骨和胫骨的骨膜上。从此,前交叉韧带移植物固定技术的时代开启了。


3年后,来自英国海港城市布里斯托尔的Hey Groves游离髂胫束,穿过股骨和胫骨隧道,在内侧的胫骨隧道出口将其终端缝合在骨膜上(图2)。



1932年,Major用远端附着在胫骨结节髌腱束重建前交叉韧带来治疗膝关节慢性不稳定。


1938年,瑞典的Ivar Palmer发表了膝关节韧带损伤领域经典的博士论文。他对包括解剖、生物力学、病理及治疗方面进行了详细的研究,甚至发明了与现代相似的钻头导向器。Ivar Palmer的研究相当出色,并且经受住了时间的考验。然而,令人遗憾的是,他的相关研究在30-40年后方才与世人见面。


20世纪30年代,众多先驱如美国孟菲斯的Campbell、罗切斯特的Macey也尝试过其它移植物(髌韧带和半腱肌肌腱)来重建前交叉韧带。但是,移植物仍需通过与骨膜的缝合来达到良好固定。


到了20世纪50年代,越来越多的固定方式涌现出来。


1956年,来自麦迪逊维尔市的Augustine介绍了一种前交叉韧带移植物固定技术,该移植物技术首次由Lindemann报道。虽然都是取半腱肌进行ACL重建,但是移植物是通过带缝线的船型锚钉完成固定。


德国罗斯托克的Bruckner在1966年报道了被认为是前交叉韧带重建嵌压技术开端的新方法。他从胫骨结节取带锥形骨栓的髌韧带,然后将其嵌压入胫骨隧道内,见下图。他也尝试在股骨外侧髁使用皮质骨button,从而使移植物缝合更紧。



1969年,Franke介绍了一种在骨隧道内做移植物界面固定的理念。该技术将移植物制成游离的两端带楔形骨块的“骨-腱-骨”移植物,分别锚定在胫骨和股骨上。他把100例用该方法行前交叉韧带修复的病例,在1976年的滑雪损伤论坛上做了报道。


1970年,Jones描述了一种将取自髌骨的小骨块嵌压到股骨开槽内,成功的利用了移植物自身固定界面的摩擦力,达到了固定效果,而没有使用额外的固定材料。见下图。



A. 取自髌骨的骨栓推入到类似股骨隧道的槽中;B. 利用一枚横行的导针,将骨栓经皮穿过股骨髁。


在20世纪70年代,由Galway、Macintosch和Lemaire等人提出的使用阔筋膜张肌作为移植物的关节外前交叉韧带非解剖重建术,一度受到欢迎。


1980年,Dandy首次报告关节镜下重建前交叉韧带,他使用的是碳素纤维的人工韧带。


1985年,法国Laboureau设计了先进人工韧带加强系统(Ligament Advanced Reinforcement System, LARS)并应用于临床。该人工韧带是聚对苯二甲酸乙酯(PET)为主要成分的纤维结构.骨隧道内外不同的纤维方向及结构设计,使得该人工韧带具有满意的抗疲劳程度。固定的挤压螺钉为钛合金材料,螺纹钝而深,固定牢固且不损伤韧带本身。见下图。


A.左右膝韧带依生理构造分别设计成逆时针、顺时针方向;B.关节内双股设计


A.钛螺钉:LARS中空螺钉,其尖端呈圆锥形,可使骨道内固定更牢靠。螺纹钝而深,固定牢固而不伤及韧带;B.钛卡扣:卡扣的中间部分钝而平,不会顶起表面的皮肤。内面尖齿利于韧带的固定。两端部分末端的斜面在嵌入时起到汇聚的作用,防止脱出。


1987年,Hertel报道了真正完整意义上的第一例移植物嵌压固定技术,见下图。该手术技术为广大医生群体所接受。最初的方法是在膝关节关节镜下取骨-髌腱移植物,髌骨骨块预制成浅盘状,嵌压到胫骨隧道出口上方预开的骨槽中,胫骨结节上取圆柱形的骨块并插入股骨隧道中。不久后,Hertel和Behrend又对该技术进行了改良,他们用空心铰刀制取骨榫并将骨-腱-骨移植物嵌压在胫骨固定。随后,众多骨科医生又在此基础上做了各自的改良。



Paessler首次报道了利用腘绳肌进行前交叉韧带重建。他将股薄肌腱和半腱肌腱对折,在每根肌腱的末端打一个结系在一起,制成移植物的股骨端。打结的一端直径较剩余部分多4mm。因为股薄肌腱的结比半腱肌的结更靠近端,故股薄肌腱须比半腱肌腱长10mm。股骨隧道根据移植物的尺寸设计直径,从关节内向外钻孔。外侧骨皮质需从外向内稍扩钻(直径必须匹配结的尺寸)。


学者们为了进一步理解嵌压固定这种手术技术,进行了大量的对其生物力学特性的研究。结果显示,在手术细节以及长期随访结果方面,该技术与传统的ACL移植物固定技术没有明显差异。


到了20世纪80年代,前交叉韧带重建就逐渐进入了各种移植物固定装置发展的新时代。


1983年,Lambert首次介绍了一种用AO 6.5mm空心螺钉在隧道内固定骨-腱-骨移植物的手术技术,见下图。1987年,日本横滨的Kurosaka等人认识到ACL重建的关键问题在于移植物的固定。Kurosaka的团队利用9mm的无头全螺纹界面螺钉在尸体膝关节固定10mm的骨-腱-骨移植物,证实该固定方式在强度、硬度均优于6.5mm AO空心钉和缝合在button上等固定方式。他的这一重大研究成果,让前交叉韧带界面螺钉固定技术得以腾飞。


螺钉拧入隧道及移植物骨栓之间,固定牢固,骨早期可愈合


界面螺钉固定技术的理念是,将螺钉平行于移植物插入隧道中,使得移植物向四周的骨隧道加压,并达到生物力学效果。这种固定技术强度更大,可促进康复,改善临床结果。


随着越来越多的生物力学研究证实界面螺钉固定好,成功率较高。金属界面螺钉固定骨-腱-骨移植物被称为“金标准”。随后几年里,各种可吸收材料、聚乳酸等涌现出来。


Lipscomb等报道了将半腱肌和股薄肌腱固定在胫骨上以重建ACL。随后Friedman介绍了游离腘绳肌腱作为移植物的经验。20世纪90年代记录了从骨-腱-骨移植物逐渐过渡到软组织腘绳肌腱移植物的发展过程,这主要是新的软组织移植物固定方法,如圆头软组织界面螺钉和Endobutton所带来的改变。


在骨-腱-骨移植物界面螺钉固定技术成功的基础上,1993年,Pinczewski介绍了一种钝头金属界面螺钉固定方法。这项固定技术稍后被延伸到非金属生物可吸收界面螺钉。


Endobutton是目前股骨侧ACL移植物固定使用的最广泛的技术。最初主要为软组织移植物所设计。现在已经逐步被不需要打结的自身带环的Endobutton所取代。


1994年Paessler使用了跟之前Jones报道的固定方法相类似的横穿钉固定技术,见下图。他在股骨侧采用的是嵌压技术,在胫骨侧横行打入一枚克式针以固定胫骨侧骨栓。这被认为是横穿钉或者皮质骨悬吊技术的开始。



1998年,Clark等对股骨横穿钉固定软组织移植物技术进行了改良,在接下来的10年里,风靡一时。最初的金属横穿钉稍后改良为生物可吸收的穿钉。2002年RigidFix横穿钉投入使用,最初用于股骨侧固定,后来逐渐扩展到胫骨侧固定使用。


由于没有骨质部分可以固定,软组织移植物的固定被称为ACL重建术后早期的“薄弱环节”。腱-骨愈合(6-12周)所需时间也较骨-骨愈合时间缓慢(4-6周)。康复训练中反复的施力使牢固的移植物固定显得非常重要。


目前对于ACL重建中最佳软组织移植物固定技术仍没有达成共识。此外,学术界也仍然存在单束和双束重建、解剖和等长重建孰优孰劣等争论,在短期内也无法得出统一结论。


医学的发展,是理念的发展,同时也在很大程度上归功于科学技术的发展。前交叉韧带重建术从起源到现在,经历了漫长的发展历程,近代随着科学技术和观念的极大拓展,该手术技术也得到迅速的提升。我们也希望在不久的将来,前交叉韧带重建术能够更上一层楼,为广大患者带来福音。


主要参考资料:


  1. Hanse H Paessier, et al. History of ACL graft fixation techniques. Techniques in Orthopaedics. 2013, 28: 120 -125.


  2. Freddie Fu. What’s new on ACL surgery horizon? Curr Rev Musculoskelet Med. 2011, 4: 35 -36.


  3. 维基百科全书


  4. 丁香园网站部分翻译资料


(审校:严亚波)



重医大附一院骨科

张华

主治医
大厨简介


张华,主治医师,博士,毕业于重庆医科大学,现在重医大附一院骨科-关节病区工作,中国医师协会青年工作委员会委员,中国医师协会再生医学组委员,重庆市骨科医疗质量控制中心关节组成员。


曾先后在国内和国际杂志上发表论文十余篇,目前主攻关节镜-运动损伤、关节置换和关节畸形矫正等,率先在西南地区开展半月板移植术、软骨移植、前交叉韧带双束重建术、髌骨脱位滑车成形术、反式肩关节置换、关节镜下肩袖损伤缝线桥修复术等。




下期预告

前交叉韧带重建II:前交叉韧带等长单束重建-与两点一线同步


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