膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)断裂是常见的创伤疾病，临床治疗往往需要重建ACL。目前常用的移植物有自体移植物(自体韧带)、同种异体移植物(异体韧带)和人工韧带。在三类移植物中，人工韧带变化最广、发展最快、争论最多。近几年，随着人工韧带使用的随访时间增加、评价中心增多、研究视角增宽，对人工韧带临床运用又有了许多再认识、再评价的观点。

1　人工韧带的产生及发展

自体韧带和异体韧带运用历史很长，两种韧带取材部位、重建方法都在不断更新，适用范围越来越广、临床使用越来越多。但是两者也有无法避免的局限性。自体韧带供区结构缺失、影响部分功能，移植物力学强度弱、重建后活动期望值低等；异体韧带存在潜在溶解、免疫排斥、质量不稳、来源稀少、感染源窗口期检测困难等。另外，针对重建完成而言，重建后的细胞增殖、血管长入、塑形成熟都有独立的生物学特性，短期内难以恢复正常载荷，部分重建后对需要早期负重劳动者、早期负重训练者影响很大。部分患者重建后会出现移植物强度逐渐下降、移植物长度逐渐延长现象，进而影响功能恢复。为此，许多研究者在材料科学、手术技术等领域持续展开研发，希望设计出能够避免自体韧带、异体韧带不足的人工韧带，为部分患者提供新的选择。

回顾人工韧带的成长过程，人工韧带的临床运用是伴随着材料研发与生物力学、手术技术与功能康复、单中心随访与多中心评估等多学科进步而逐渐发展、逐渐成熟。20世纪初，人工韧带开始用于重建膝关节ACL。1914年Corner将银丝作为人工韧带，为1例29岁男性患者重建ACL，开创了人工材料重建交叉韧带的先河。然而，这项技术由于当时的材料工艺水平低下没有进一步推广和发展。

20世纪60年代后，随着生物材料科学进展，各类人工韧带的制作、相关动物实验研究逐渐增多。1960年Johnson将尼龙作为移植物重建犬的ACL，获得初步效果；1975年Rubin等用Dacron重建16只比格犬的32只ACL，3年后8只膝关节无骨性关节炎，效果满意。1976年Saidi等比较不同材料人工韧带重建犬ACL的疗效，最长随访6个月，结果表明人工韧带的成功率与固定方式关系不大，主要与韧带材料性质显著相关。1979年Meyers等用三种不同材质的人工韧带重建17只犬的ACL，移植物均具有多孔特性(允许自身纤维组织长入)，结果表明人工材料应用于ACL重建，可获得结构坚强、组织相容性好等疗效。1988年法国Laboureau采用聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料制作人工韧带加强系统(LARS)韧带，该韧带具有组织相容性好、不易延长断裂等特点。1999年Leduc等认为，LARS韧带固定方法处在当时领先水平，"韧带不变形、螺钉不切割"使得两者在骨隧道组合后，长期稳定性增强。近年来国内学者报告LARS韧带生物力学特性良好，患者术后可早期恢复运动，韧带断裂及滑膜炎等并发症少见，短期疗效令人鼓舞。Trieb等对LARS韧带移植术后6个月开展组织学检测，结果发现LARS韧带中有纤维母细胞形成的被膜和胶原纤维的长入；在体外，将成纤维细胞种植在LARS韧带材料微粒环境中，纤维细胞生长满意，纤维细胞可形成细胞网包裹LARS韧带纤维。

2　人工韧带的临床应用

2.1　人工韧带的类型

人工韧带可分为三类：(1)永久型人工韧带：也称假体型人工韧带(类似人工关节一样)，韧带始终存留在患者体内，不能降解，韧带性质与韧带编织结构不适合自身组织长入。碳素纤维韧带、Dacron韧带、Gore－Tex韧带均属于这一类型。(2)加强型人工韧带：也称韧带加强装置(LAD)，通常是与自体肌腱或异体肌腱组合一起重建。LAD结构是复合结构，主要用于承载负荷，并可将负荷逐渐转移到自体肌腱或异体肌腱，保证肌腱组织血管化时不受膝关节术后活动的影响；所以，LAD重建后一段时间不能完全负重。(3)支架型人工韧带：韧带的关节内部分具有多孔结构，既能承载负荷(重建后完全负重)，又允许并刺激损伤韧带残段纤维组织缓慢长入，如：LARS韧带、Leeds－Keio韧带均属于支架型人工韧带。

随着支架型人工韧带的改进和广泛运用，永久型人工韧带和加强型人工韧带已被淘汰。

2.2　常用人工韧带

2.2.1　Leeds－Keio韧带：

该韧带由英国Leeds大学和日本Keio大学研究人员合作研发而成，材料为聚酯纤维，韧带为编织结构(纤维束呈纵向与横向交叉)，编织结构可避免将负荷完全作用于纵向纤维；Leeds－Keio韧带特有的网状多孔结构可容许并刺激自体韧带的残端生长、长入。Ghalayini等对Leeds－Keio韧带和自体"骨－髌腱－骨"移植物重建ACL进行前瞻性比较，随访5年后发现两组的Lysholm评分及国际膝关节文献委员会膝关节评估表(IKDC)评分差异无统计学意义，认为Leeds－Keio韧带是重建ACL的良好选择。Zaffagnini等对Leeds－Keio韧带重建20年的患者进行膝关节镜检查，发现在韧带周围的胶原纤维方向与正常ACL纤维方向非常相似，但分布与正常ACL仍有差异。Jones等报告了运用Leeds－Keio韧带重建ACL长达20年的随访，结果表明膝关节稳定良好、功能良好，患者总满意度达90%，其中术后1年66%可恢复至伤前水平，末次随访时有50%仍可保持较满意的运动水平，但也有12%出现移植物断裂或膝关节不稳。

2.2.2　LARS韧带：

该韧带由法国Laboureau发明，其材料为PET；PET材料的生物相容性极好，不易引起滑膜炎反应。LARS韧带有许多品种，可用于多种韧带重建。膝关节LARS韧带特点：单股韧带中有"关节外部分(全部植入骨隧道中)"和"关节内部分(占据实际韧带位置)"两种结构。关节内部分只有纵向纤维束结构，模仿了自体韧带解剖学结构方向，没有横向纤维编织，避免活动时韧带受到反向摩擦和剪切，在膝关节反复屈伸中能保持高效的抗疲劳性。另外，关节内部分的多孔结构有利于"骨－韧带"界面残断纤维再生长入。关节外部分是纵向与横向交叉编织融为一体，不易纵向拉伸、横向变形，避免受到关节内部分韧带牵拉后产生的变形，有利骨隧道中挤压螺钉维持坚强固定。LARS韧带重建ACL的文献报道主要在美国、德国、英国、法国、中国，随访10年之内的临床文献较多。中国Gao等报告了4家医院159例LARS韧带重建ACL 4年随访研究，结果表明临床疗效好，滑膜炎及韧带断裂发生率低，同时提出保留残端、急性期患者使用的随访疗效更好。中国台湾地区Wang等随访了26例LARS韧带重建ACL患者8～15年，检测指标包括MRI、X线片、KT－1000关节动度计、Lysholm评分、Tegner评分，结果优良率为92.9%。Parchi等对26例运用LARS韧带重建ACL的患者进行为期8年随访，结果表明功能恢复快、稳定性好、无感染和滑膜炎，优良率为92.3%。Newman等对1990 — 2012年9篇关于LARS韧带重建ACL的临床报道进行系统分析，认为随访期内的结果支持LARS运用，部分指标优于自体韧带治疗；当然对LARS韧带全面评价还需长期随访结果。2015年Batty等对膝关节交叉韧带重建的临床效果系统回顾后认为，在众多治疗方法中，LARS韧带重建ACL的失败率仅为2.6%；针对这一结果，《Arthroscopy》Lubowitz主编在文章后刊登"编者按" ，强调LARS韧带的临床疗效满意。所以，有研究者提出LARS韧带是ACL重建的合适材料之一，在需要快速恢复功能和老年患者中更加适用，是优先选择。

3　人工韧带的优缺点

人工韧带临床运用的主要优点：(1)避免获取自体组织的供区反应，减少并发症和医源性损伤；(2)移植物来源不受限制，适用于多发韧带损伤、韧带翻修；(3)无须对移植物编织、塑形，手术操作简便、时间缩短；(4)重建即刻获得足够力学强度，有利早期活动、康复训练、运动员早日恢复竞技活动；(5)避免同种异体移植物的疾病传播风险。

当然，人工韧带与自体组织融合依然没有实现，对人工韧带运用的远期效果依然存在不足：(1)人工材料不能与自体组织完全相容，植入物与自身组织无法获得"零反应" ，反应性渗出和滑膜炎依然可能发生；(2)膝关节的高强度屈伸、扭转后，人工韧带长期保持强度不降低、固定不松动、纤维不断裂还需长期证据；(3)人工韧带有产生磨损颗粒可能，颗粒进入关节腔可导致医源性关节病；(4)人工韧带与骨隧道是两种界面，人工韧带强度较大，隧道口位置不妥当会出现"雨刷效应"或"蹦极效应" ，影响疗效^[31]。目前也有文献报道在人工韧带周围有纤维组织长入，但并未形成ACL的外形与结构。

4　总结与展望

人工韧带发展经历了永久性人工韧带、增强型人工韧带和支架型人工韧带三个阶段，前两种并发症多、疗效不满意，不属于理想的临床移植物。以Leeds－Keio韧带及LARS韧带为代表的支架型人工韧带，这些年多国多中心临床运用显示10年内疗效满意，但长期效果缺少证据，还存在争议。为此，目前许多研究者正从材料学、组织学、生物力学等方向开展更加理想、更加完善的人工韧带研发。

目前的主要研究方向有：(1)人工韧带与骨的愈合。移植物与骨组织愈合是解决人工韧带长期疗效的重要因素，一旦人工韧带与骨隧道能实现愈合，"雨刷效应"与"蹦极效应"将会消失，松动将会避免。Vaquette等发现聚苯乙烯磺酸钠(PolyNaSS)可促进LARS韧带与骨隧道愈合，含有PolyNaSS的LARS韧带在术后12个月与骨髓道融合效果显著；Mutsuzaki等提出采用等离子前体辅助仿生工艺制作羟基磷灰石涂层的人工韧带，可促进韧带与骨隧道融合。(2)自体组织长入人工韧带。支架型人工韧带的优势是允许自体组织长入并形成新的韧带，但长入的纤维组织难以形成完整结构，又由于人工韧带的存在，长入的纤维组织失去应力，重建塑形困难。Mathew等研究发现，灭菌纳米复合材料的生物学和力学性能与人体韧带性质非常相似，可以诱导人类韧带细胞和内皮细胞黏附、生长、分化；这一结果开辟了促进自体纤维组织长入并形成新生ACL的研究方向。(3)人工韧带专有手术操作。人工韧带与自体韧带、异体韧带材料强度差异显著，Shen等的有限元研究和徐又佳等的临床分析均表明，LARS韧带的手术操作应有专有操作特点，因为人工韧带有"隧道部分"和"关节内部分" ，两部分材料强度不同，而自体肌腱或异体肌腱作为移植物时没有两部分区分，所以LARS韧带的重建操作中，"类等长点选择" "股骨－胫骨隧道方向偶联" "骨－韧带固定" "残端组织保留"均有独立路径规范，许多这类手术技巧的临床相关研究对提高疗效非常有益。

总之，膝关节交叉韧带损伤是临床常见损伤，重建手术越来越多，移植物需求越来越高。相信随着生物学、材料学、手术学等研究的深入，人工韧带的应用前景会更加广阔。