笔者序：2023年，上海利格泰生物科技股份有限公司正式上市了首款国产人工韧带。交叉韧带重建无疑是运动医学一直讨论的热点和焦点。鉴于交叉韧带重建技术的复杂性和重要性，笔者认为有必要对交叉韧带重建历史和人工韧带历史做一些梳理。期间会探讨韧带重建历史沿革、相关经验和教训积累、对后续技术展望。笔者认为，充分了解历史和技术形成过程，对现在技术的认识将起到重要的借鉴作用。本系列将分为《交叉韧带重建历史》和《人工韧带》两个专题探讨。这个系列是写给运动医学专科医生看的。希望同行能不吝赐教，一起探讨，其目的是更好地服务患者。
题记：
如果你爱他，送他到纽约，因为那里是天堂；如果你恨他，送他到纽约，因为那里是地狱！--《北京人在纽约》
前言：
2023年5月，上海利格泰生物科技股份有限公司首款国产人工韧带上市会上，笔者说过，对于能全面系统掌握人工韧带手术技术的医生来说，做人工韧带是天堂。对于没有正确掌握人工韧带手术技术的医生来说，做人工韧带是地狱。这是由于人工韧带的历史包含了更多的争议和失败，期间不断认识和探索。本节的一个主要任务是回顾历史，提取对未来有价值的教训。随着时间的推移，技术的发展，为解决这一问题开辟了新的途径。本节的第二个任务是展望未来:是否有理由追求发展对人工韧带有什么影响?如果是这样，那么如何才能避免过去的错误呢？现有的技术避免了过去的错误了吗?
国产人工韧带正式上市，2023年5月
人工韧带的临床意义
由运动和其他意外引起的膝关节韧带损伤是导致膝关节不稳的重要因素。维持人体膝关节稳定主要有四根韧带：前交叉韧带\后交叉韧带\内侧附韧带\外侧附韧带（ACL\PCL\MCL\LCL）。人体除了韧带以外，还有其他的软组织主要成分是胶原质的组织，例如肌腱和肩袖组织。和肩袖不同的是，肩袖组织的损伤往往是退行性病变引起的，其愈合机制和运动损伤的韧带组织是有所不同的。
有广泛的证据表明，交叉韧带损伤后是不能愈合的。韧带断裂的残端通常会缩回到骨骼附着处的组织块中，并可能被吸收，或者有时可能会粘在邻近的结构上。随着关节镜技术的普及，大量的关节镜下能观察到前交叉韧带(ACL)，它可以从股骨近端分离末端，然后附着于后交叉韧带(PCL)的侧面。关节镜下观察到的断裂模式可能反映了损伤机制和撞击速度。
陈世益教授2023年手术视频-断裂前叉附着于后叉
大量文献将断裂的前交叉韧带描述为类似于画笔纤维，这意味着韧带是从中间断开了。无论是如何的损伤机制，剩余的韧带结构主要是平行纤维束。正如之前《交叉韧带重建历史》一文所提到的，韧带修复（Repair）是无法保证韧带的强度，长期效果也是被学术界否认的(1)。因此，韧带重建（Reconstruction）理念就被外科医生广泛接受，这就需要外科医生选择合适的韧带移植物来完成韧带重建手术。
前交叉韧带断裂
虽然现在使用自体韧带重建ACL的经验很广泛，至少在中国，大多数的骨科医生习惯于用患者自体组织移植来重建韧带，而且取得了良好的结果。但是，这并不是最优的。移植物的获取不可避免地导致供区的病理或功能缺陷，同时，医源性损伤会导致相关的疼痛。此外，任何移植的获取和准备都会延长手术时间。手术后，许多移植物固定方法允许一些位移发生。在康复过程中施加的循环载荷(2)和移植物的性能可能在组织重塑过程中显著减少(3)。这些情况会导致以下情况：随着时间的增加，重建韧带的关节会出现一些过度松弛。这个矛盾随着膝关节损伤严重程度的增加而变得更加突出。例如多发韧带损伤，韧带双束重建手术，外科医生面临着不仅仅取自体组织，也可能从另一个膝关节获取移植物。 当然，面对多移植物的需求，至少在北美，同种异体组织移植（Tissue Bank）为外科医生提供了一种避免这些困难的选择。放到其他国家，特别亚洲的佛教国家，组织库就不是非常普遍。首先是缺乏组织库来提供移植物，其次同种异体移植物对疾病传播的疑虑是挥之不去的。即使移植物是可用的，所需的灭菌方法尽量减少疾病传播的可能性。同时灭菌也要充分考虑移植物退化的因素。一般用到的γ射线辐照是一种特殊的灭菌方法，但需要4Mrad的剂量才能确保足够小的生物体存活率，这个射线辐照也会影响胶原蛋白的结构;因此, 术后发生骨腱重塑时移植物强度严重下降(4)。 一般来说，与自体移植物相比，生物重塑和组织整合的过程，同种异体移植物的机械性能损失更大（5）（6）。
综上所述，人工韧带是很有吸引力的，因为它可以避免上面提到的自体和同种异体移植所有的缺点。人工韧带是不需要预处理随时可用人工合成移植物，设计保证强度大，往往是自体韧带强度的3-5倍。循环荷载下的强度和位移量都很小。然而，最重要的考虑是人工合成韧带的生物相容性和耐久性。一般重点考虑人工韧带植入后对膝关节周围组织环境是否产生不良影响，以及重建后是否会保持完整-无论是在植入后短期还是长期，移植物是否保持良好的性能?
生物力学影响因素
虽然韧带受神经支配，因此通过本体感觉有助于膝关节的稳定性，它们的主要作用是作为被动的拉伸约束来限制股骨与胫骨的位移。这个重要的约束带结构可以对抗膝关节的张力，类似于铁路枕轨的功能。现在简要回顾一下膝关节韧带相关的生物力学影响因素。
在使用中施加的载荷通常是循环的，基于活动和关节位置。 对于人造结构，这意味着有引起渐进疲劳失效的倾向。 此外，循环拉伸应力可导致渐进蠕变拉长现象，这将使关节恢复松弛。步态分析预测了前交叉韧带每跨步的两个负荷峰值大约150N，这意味着慢跑时可能会上升到600N(7)。 在激烈的体育活动中的力量在很大程度上是未知的，尽管大多数韧带重建手术恢复到这样的活动水平。这表明人工韧带应该进行抗循环拉伸力的测试，这个模拟在体温下的水环境中温度在800牛顿的区域。人们每年大约步行2 × 10（6次方）步，因此运行10（7次方）个负载周期的测试似乎是合适的。文献上有很多人工韧带的极限抗拉强度数据和人自体韧带强度比较的报道。可以看到，就拉伸极限数据来说，人工韧带的强度远远大于自体的韧带。
天然韧带的拉伸试验显示出非线性行为，其中在断裂之前初始值较低，刚度被更强的线性行为所取代。这个刚度转变与胶原纤维卷曲在显微镜下被拉直有关。在更大的范围内，韧带纤维通常不会全部具有相同的强度，因为韧带纤维是附着在关节上一块骨头上，往往是一个不规则的立体面，而不是某一点。因此，随着骨附着物的分离，一个渐进的韧带纤维收紧，它们依次被吸收他们经历了松弛的过渡。据推测，这一特征韧带拉伸行为的目的是提供一个更渐进的骨-骨停止位移，从而减少冲击力。不管是什么原因，都是合适的。人工韧带的使用是试图匹配自然的拉伸特性，与周围组织协调行动，正常地分担负荷。
由于伦理原因，成年年轻健康的韧带强度很少有数据。最早研究前交叉韧带生物力学的是美籍华裔科学家Savio L-Y Woo。Woo等人的研究表明，韧带强度随着年龄的增加而下降，成年人(20-30岁)强度从约3千牛开始下降到70岁时约0.7-1千牛(8) 。在回顾其他韧带的文献时应注意年轻人，因为几乎所有文献数据都是基于老年人的组织。然而，不知道是否其他韧带随着年龄的增长是否遭受同样的力量损失，关节内外的韧带周围组织可能会因年龄减少强度减弱的趋势。
Savio Woo和郑诚功教授和笔者合照
虽然循环蠕变试验表明人工韧带有足够的疲劳强度，使用的确切条件和建议的植入方法可能表明额外的疲劳测试。这尤其适用于人工韧带要经过一个拐角，比如从股骨隧道出口出来的地方可能有局部擦伤。循环拉伸载荷使人工韧带伸展和屈曲，导致对骨头隧道有微动运动，这可能导致微小碎片被磨损下来。如果移植物和骨道之间的磨损普遍发生，这会导致人工韧带强度会逐渐强度下降，同时植入物颗粒长期释放到周围组织，这也是无菌性滑膜炎的主要诱导因素之一。因此，成功的人工韧带重建手术必须特别注重等长（类等长）重建。（未完待续）
人工韧带等长重建-陈世益教授
参考文献：
1. Radford WJP, Amis AA, Heatley FW. Immediate strength after suturing the anterior cruciate ligament., J Bone Joint Surg Br 1994;76:480–484.
2. Guirea M, Zorilla P, Amis AA, Aichroth P. Comparative pull out and cyclic loading strength tests of anchorage of hamstring tendon grafts in anterior cruciate ligament reconstruction. Am J Sports Med 1999;27:621–625.
3. Butler DL, Grood ES, Noyes FR, et al. Mechanical properties of primate vascularized versus nonvascularized patellar tendon grafts; changes over time. J Orthop Res 1989;7:68–79.
4. Salehpour A, Butler DL, Proch FS, et al. Dose-dependent response of gamma irradiation on mechanical properties and related biochemical composition of goat bone-patellar tendon-bone allografts. J Orthop Res 1995;13:898–906.
5. Jackson DW, Grood ES, Goldstein J, et al. A comparison of patellar tendon autograft and allograft used for anterior cruciate ligament reconstruction in the goat model. Am J Sports Med 1993;21:176–185.
6. Jackson DW, Corsetti J, Simon TM. Biologic incorporation of allograft anterior cruciate ligament replacements. Clin Orthop 1996;324:126–133.
7. Morrison JB. Function of the knee joint in various activities. Biomed Eng 1969;4:573– 580.
8. Woo SLY, Hollis JM, Adams DJ, Lyon RM, Takai S. Tensile properties of the human femur-anterior cruciate ligament-tibia complex: the effects of specimen age and orientation. Am J Sports Med 1991;19:217–225.