引用本文： 牟嫄, 馬英軒, 楊偉, 刁玉磊, 喬釗, 劉文科, 羅彥鳳, 尹良軍. 熊貓索橋技術中兩種高強度縫線修復跟腱斷裂的生物力學比較研究. 中國修復重建外科雜志, 2019, 33(9): 1147-1150. doi: 10.7507/1002-1892.201811038 復制
據統計，過去十年中急性跟腱斷裂發生率不斷升高[1]，但臨床對此類損傷的治療和康復方案仍存在較大爭議[2-3]。研究表明，早期運動、早期負重等方法能促進斷裂跟腱愈合，有助于功能恢復，縮短患者返回正常生活和工作的時間[4-6]。熊貓索橋技術（panda rope bridge technique，PRBT）是一種修復跟腱斷裂的新技術，通過在跟腱近端腱腹交界區和跟腱止點遠端的跟骨上建立兩處牢固的錨定點，結合高強度縫線縫合，構成堅固、穩定的力學結構[7]。PRBT 修復后跟腱具備足夠初始穩定性，能滿足術后早期功能鍛煉力學要求。目前，PRBT 修復跟腱時主要采用 Ethibond 和 Ultrabraid 這兩種高強度縫線。為探討不同縫線以及不同縫合方式的生物力學強度，以期為 PRBT 更好地應用于臨床提供依據，我們采用牛跟腱制備跟腱斷裂修復模型并進行了動態力學測試。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗材料及主要試劑、儀器
40 條 2～4 歲公牛跟腱購于重慶恒都農業集團有限公司，包括 20 cm 長跟腱及附著的 6 cm 長跟骨，屠宰后 24 h 內取材并置于?20℃ 冷凍備用。Ethibond 5 號線（Ethicon 公司，美國）；Ultrabraid 2 號線（Smith&Nephew 公司，美國）。ElectroPuls E1000 電子動靜態萬能材料儀（INSTRON 公司，美國），動態載荷能力為±1 000 N；游標卡尺（精確度 0.01 mm；上海阡齊五金工具有限公司）。
1.2 實驗方法
1.2.1 跟腱斷裂修復模型制備及分組
將 40 條牛跟腱隨機分成 A、B、C、D 組（n=10）。① 4 組冷凍跟腱于 37℃ 復溫 1 h，生理鹽水浸泡 15 min，測量跟腱最窄處的寬度和厚度，確認跟腱樣品的一致性，然后置于 37℃ 生理鹽水中備用。
② 在跟腱止點近端 4 cm 處橫形切斷并縫合。具體縫合方法：A、B 組均使用 Ethibond 5 號線，其中 A 組近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為跟骨冠狀孔固定，共 4 根線經過斷端平面；B 組近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為跟骨錨釘縫合，共 8 根線經過斷端平面。C、D 組均使用 Ultrabraid 2 號線，近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為帶線錨釘固定于跟骨，分別有 4、8 根線經過斷端平面。
③ 各組跟腱縫合后使用特制夾具固定于電子動靜態萬能材料儀，跟骨兩側面修整后鉗夾至金屬夾具上，連接力學測量儀，校準并調節儀器參數。見圖 1。
圖1
縫合后跟腱行動態拉力測試
Figure1.
The Achilles tendon repaired by PRBT was tested by the dynamic tensile testing machine
1.2.2 生物力學測試
每個跟腱樣本以 20 N 預拉 30 s，記錄跟腱斷端間距離（初始距離），然后依次進行以下 4 個階段的動態拉力測試，分別為拉力 20～100、20～200、20～300、20～400 N，每個階段均為 0.5 Hz、250 個循環。每個階段完成后，用游標卡尺測量跟腱斷端間距離，計算與初始距離的差值，即為跟腱斷端間隙，斷端間隙>5 mm 定義為巨大間隙[8]。
動態拉力測試過程中出現以下情況定義為跟腱縫合失效[9]，包括：① 線結松脫、斷線；② 跟骨冠狀位孔道坍塌；③ 肌腱撕裂；④ 測試儀兩個夾具之間的跟腱延伸量超過電子動靜態萬能材料儀最大測試距離（30 mm）。記錄縫合失效發生情況以及類型，計算縫合保持率，即（1?縫合失效例數/總樣本例數）×100%。如跟腱樣本發生縫合失效，不再進行后續階段動態拉力測試。
1.3 統計學方法
采用 SPSS25.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗；檢驗水準 α=0.05。計數資料以率表示，組間比較采用 Fisher 確切概率法；檢驗水準 Bonferroni 調整后 α=0.0125。
2 結果
2.1 跟腱斷端間隙測量
拉力 20～100 N，4 組跟腱斷端間隙均在 5 mm 以內，斷端間隙從小到大依次為 D 組（1.61±0.19）mm、B 組（1.99±0.17）mm、C 組（2.09±0.17）mm、A 組（3.34±0.22） mm。其中 A、B 組間以及 C、D 組間差異有統計學意義（P<0.05），A、C 組間及 B、D 組間比較差異無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～200 N，跟腱斷端間隙從小到大依次為 D 組（3.86±0.38）mm、B 組（4.52±0.46）mm、C 組（6.83±0.95）mm、A 組（8.50±1.87）mm。其中 A、B 組間及 C、D 組間差異有統計學意義（P<0.05）。A、C 組間及 B、D 組間差異無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～300 N 和 20～400 N，4 組跟腱斷端間隙>5 mm，為巨大間隙。
2.2 縫合失效發生情況
拉力 20～100 N 和 20～200 N，4 組均未出現縫合失效，縫合保持率均為 100%。
拉力 20～300 N，A 組 10 條均發生斷線，B 組 2 條發生斷線，C 組 4 條線結松脫，D 組無縫合失效發生；縫合保持率分別為 0、80%、60%、100%。其中，A 組縫合保持率與 B、D 組比較，差異有統計學意義（P<0.05），其余組間差異均無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～400 N，B 組發生 1 條斷線、2 條肌腱撕裂；C 組 3 條斷線、3 條肌腱撕裂；D 組 3 條肌腱撕裂。4 個階段測試結束后，縫合保持率 A 組為 0、B 組 50%、C 組 0、D 組 70%。其中，A、B 組間及 C、D 組間比較，差異有統計學意義（P<0.05）；A、C 組間及 B、D 組間差異無統計學意義（P>0.05）。
3 討論
研究表明，目前眾多急性跟腱斷裂治療方法中，微創手術結合術后快速康復治療后嚴重并發癥發生風險最低[10]。PRBT 通過微創手術進行高強度縫合，能滿足跟腱斷裂患者術后快速康復的要求。在 PRBT 的初步臨床實踐中，普遍采用 2 枚錨釘及其附帶的超高強度縫線（Ultrabraid 2 號線）縫合固定。如果不采用錨釘，也可以在跟骨上制作冠狀位孔道，將縫線穿過孔道將跟腱牢固錨定于跟骨上。這種情況下，多選用高強度肌腱縫線（Ethibond 5 號線）。PRBT 中經過跟腱斷端平面的縫線數一般是 4 的倍數。因此，本研究選擇 4 根或者 8 根縫線來探討縫線經過跟腱斷端平面數量對跟腱生物力學性能的影響。
跟腱修復術后早期康復訓練過程中，如發生線結松脫或者斷線，將導致縫合失效，跟腱斷端失去對合關系；或者線結未松脫或者斷線，但是斷端間隙>5 mm 也對修復質量有顯著影響，因為斷端間隙過大會降低跟腱愈合后患者足跖屈強度，從而嚴重削弱跑跳能力[8, 11]。等速動力計測量顯示，人踝關節被動屈曲時跟腱受力的下限值和上限值分別是 20 N 和 100 N。另外有研究發現，修復術后早期患者穿著跟腱靴行走時，使用 1 英寸跟墊時跟腱負荷為 190 N，不使用跟墊時跟腱負荷為 369 N[12]，提示在術后早期活動中負荷 200 N 和 400 N 是兩個重要指標。因此，本研究選擇 20～100、20～200、20～300、20～400 N 進行動態拉力測試。
本研究結果顯示，20～100 N 動態拉力下，4 組跟腱斷端間隙均在 5 mm 以內，表明使用 4 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線 PRBT 修復跟腱均能滿足術后早期跟腱被動屈曲訓練的要求。A、C 組 20～200 N 動態拉力下無縫合失效發生，但 20～400 N 時縫合均失效，提示使用 4 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線修復后，在護具保護下可以滿足術后早期行走鍛煉要求，但不能滿足無護具下的行走鍛煉。同時，20～400 N 動態拉力下，B、D 組使用 8 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線修復后，縫合保持率也未達到 100%，說明這兩種方案也不能保證術后早期無跟墊情況下行走鍛煉的安全性。
在臨床實踐中還需考慮跟腱靴等常用護具在使用過程中存在松動或者滑移等風險，從而導致跟腱負荷急劇增高，因此縫合方案的力學性能應超過跟腱靴等常用護具保護下的安全值（200 N）。本研究結果顯示，不論在動態拉力 20～300 N 或 20～400 N 的 250 個循環后，使用 8 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線的 PRBT 力學性能均優于使用 4 根縫線，并且 8 根 Ultrabraid 2 號線的 PRBT 顯示出最高安全性。
Ethibond 和 Ultrabraid 縫線分別代表了臨床常用于肌腱縫合的高強度和超高強度不可吸收縫線。其中，Ethibond 2 號線推薦用于普通肌腱縫合，而更高強度的 Ethibond 5 號線推薦用作韌帶移植的牽引線或者髕腱縫合線。 Ultrabraid 2 號線是縫合錨釘附帶的縫線，臨床上難以單獨獲得。本研究使用 Ethibond 縫線的 A、B 組在 20～300 N 和 20～400 N 時縫合失效方式均以斷線為主，說明從縫線強度看，即使 Ethibond 5 號線也不是 PRBT 跟腱修復的最佳選擇。C 組 4 根 Ultrabraid 2 號線在 20～300 N 時存在線結松脫，可能是 Ultrabraid 縫線是超高強度縫線并且較為堅硬，過度負荷導致的縫合失效以線結松脫方式表現。而 D 組 8 根 Ultrabraid 2 號線在 20～400 N 時縫合失效方式是肌腱撕裂，無線結松脫或者斷線發生，說明 8 根 Ultrabraid 2 號線不僅能滿足 PRBT 跟腱修復后功能鍛煉的力學要求，而且可能已經超過縫合處肌腱組織間結合的強度，提示不需選擇強度更大的縫線。
綜上述，采用 PRBT 以 8 根高強度縫線經跟腱斷端平面方式修復跟腱斷裂，可以滿足早期快速康復中使用跟腱靴或者跟墊時安全行走要求，Ethibond 5 號線及 Ultrabraid 2 號線固定強度無顯著差異。但本研究存在以下局限性：① 研究選用牛跟腱，不能完全代表人跟腱的力學性能。② 2～4 歲牛跟骨強度大，其研究結論不適合骨質疏松患者。③ 測試中出現跟腱撕裂的原因有待進一步研究明確。
志謝：北京中安泰華科技有限公司定制金屬夾具。
作者貢獻：牟嫄及尹良軍負責實驗設計、數據收集整理及統計分析，論文寫作；馬英軒負責數據收集整理及統計分析，論文寫作；楊偉及刁玉磊負責實驗實施、數據收集；喬釗負責數據統計分析；劉文科負責實驗實施；羅彥鳳負責數據收集整理，論文寫作。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
據統計，過去十年中急性跟腱斷裂發生率不斷升高[1]，但臨床對此類損傷的治療和康復方案仍存在較大爭議[2-3]。研究表明，早期運動、早期負重等方法能促進斷裂跟腱愈合，有助于功能恢復，縮短患者返回正常生活和工作的時間[4-6]。熊貓索橋技術（panda rope bridge technique，PRBT）是一種修復跟腱斷裂的新技術，通過在跟腱近端腱腹交界區和跟腱止點遠端的跟骨上建立兩處牢固的錨定點，結合高強度縫線縫合，構成堅固、穩定的力學結構[7]。PRBT 修復后跟腱具備足夠初始穩定性，能滿足術后早期功能鍛煉力學要求。目前，PRBT 修復跟腱時主要采用 Ethibond 和 Ultrabraid 這兩種高強度縫線。為探討不同縫線以及不同縫合方式的生物力學強度，以期為 PRBT 更好地應用于臨床提供依據，我們采用牛跟腱制備跟腱斷裂修復模型并進行了動態力學測試。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗材料及主要試劑、儀器
40 條 2～4 歲公牛跟腱購于重慶恒都農業集團有限公司，包括 20 cm 長跟腱及附著的 6 cm 長跟骨，屠宰后 24 h 內取材并置于?20℃ 冷凍備用。Ethibond 5 號線（Ethicon 公司，美國）；Ultrabraid 2 號線（Smith&Nephew 公司，美國）。ElectroPuls E1000 電子動靜態萬能材料儀（INSTRON 公司，美國），動態載荷能力為±1 000 N；游標卡尺（精確度 0.01 mm；上海阡齊五金工具有限公司）。
1.2 實驗方法
1.2.1 跟腱斷裂修復模型制備及分組
將 40 條牛跟腱隨機分成 A、B、C、D 組（n=10）。① 4 組冷凍跟腱于 37℃ 復溫 1 h，生理鹽水浸泡 15 min，測量跟腱最窄處的寬度和厚度，確認跟腱樣品的一致性，然后置于 37℃ 生理鹽水中備用。
② 在跟腱止點近端 4 cm 處橫形切斷并縫合。具體縫合方法：A、B 組均使用 Ethibond 5 號線，其中 A 組近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為跟骨冠狀孔固定，共 4 根線經過斷端平面；B 組近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為跟骨錨釘縫合，共 8 根線經過斷端平面。C、D 組均使用 Ultrabraid 2 號線，近端為腱腹交界處 Krackow 縫合，遠端為帶線錨釘固定于跟骨，分別有 4、8 根線經過斷端平面。
③ 各組跟腱縫合后使用特制夾具固定于電子動靜態萬能材料儀，跟骨兩側面修整后鉗夾至金屬夾具上，連接力學測量儀，校準并調節儀器參數。見圖 1。
圖1
縫合后跟腱行動態拉力測試
Figure1.
The Achilles tendon repaired by PRBT was tested by the dynamic tensile testing machine
1.2.2 生物力學測試
每個跟腱樣本以 20 N 預拉 30 s，記錄跟腱斷端間距離（初始距離），然后依次進行以下 4 個階段的動態拉力測試，分別為拉力 20～100、20～200、20～300、20～400 N，每個階段均為 0.5 Hz、250 個循環。每個階段完成后，用游標卡尺測量跟腱斷端間距離，計算與初始距離的差值，即為跟腱斷端間隙，斷端間隙>5 mm 定義為巨大間隙[8]。
動態拉力測試過程中出現以下情況定義為跟腱縫合失效[9]，包括：① 線結松脫、斷線；② 跟骨冠狀位孔道坍塌；③ 肌腱撕裂；④ 測試儀兩個夾具之間的跟腱延伸量超過電子動靜態萬能材料儀最大測試距離（30 mm）。記錄縫合失效發生情況以及類型，計算縫合保持率，即（1?縫合失效例數/總樣本例數）×100%。如跟腱樣本發生縫合失效，不再進行后續階段動態拉力測試。
1.3 統計學方法
采用 SPSS25.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用 SNK 檢驗；檢驗水準 α=0.05。計數資料以率表示，組間比較采用 Fisher 確切概率法；檢驗水準 Bonferroni 調整后 α=0.0125。
2 結果
2.1 跟腱斷端間隙測量
拉力 20～100 N，4 組跟腱斷端間隙均在 5 mm 以內，斷端間隙從小到大依次為 D 組（1.61±0.19）mm、B 組（1.99±0.17）mm、C 組（2.09±0.17）mm、A 組（3.34±0.22） mm。其中 A、B 組間以及 C、D 組間差異有統計學意義（P<0.05），A、C 組間及 B、D 組間比較差異無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～200 N，跟腱斷端間隙從小到大依次為 D 組（3.86±0.38）mm、B 組（4.52±0.46）mm、C 組（6.83±0.95）mm、A 組（8.50±1.87）mm。其中 A、B 組間及 C、D 組間差異有統計學意義（P<0.05）。A、C 組間及 B、D 組間差異無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～300 N 和 20～400 N，4 組跟腱斷端間隙>5 mm，為巨大間隙。
2.2 縫合失效發生情況
拉力 20～100 N 和 20～200 N，4 組均未出現縫合失效，縫合保持率均為 100%。
拉力 20～300 N，A 組 10 條均發生斷線，B 組 2 條發生斷線，C 組 4 條線結松脫，D 組無縫合失效發生；縫合保持率分別為 0、80%、60%、100%。其中，A 組縫合保持率與 B、D 組比較，差異有統計學意義（P<0.05），其余組間差異均無統計學意義（P>0.05）。
拉力 20～400 N，B 組發生 1 條斷線、2 條肌腱撕裂；C 組 3 條斷線、3 條肌腱撕裂；D 組 3 條肌腱撕裂。4 個階段測試結束后，縫合保持率 A 組為 0、B 組 50%、C 組 0、D 組 70%。其中，A、B 組間及 C、D 組間比較，差異有統計學意義（P<0.05）；A、C 組間及 B、D 組間差異無統計學意義（P>0.05）。
3 討論
研究表明，目前眾多急性跟腱斷裂治療方法中，微創手術結合術后快速康復治療后嚴重并發癥發生風險最低[10]。PRBT 通過微創手術進行高強度縫合，能滿足跟腱斷裂患者術后快速康復的要求。在 PRBT 的初步臨床實踐中，普遍采用 2 枚錨釘及其附帶的超高強度縫線（Ultrabraid 2 號線）縫合固定。如果不采用錨釘，也可以在跟骨上制作冠狀位孔道，將縫線穿過孔道將跟腱牢固錨定于跟骨上。這種情況下，多選用高強度肌腱縫線（Ethibond 5 號線）。PRBT 中經過跟腱斷端平面的縫線數一般是 4 的倍數。因此，本研究選擇 4 根或者 8 根縫線來探討縫線經過跟腱斷端平面數量對跟腱生物力學性能的影響。
跟腱修復術后早期康復訓練過程中，如發生線結松脫或者斷線，將導致縫合失效，跟腱斷端失去對合關系；或者線結未松脫或者斷線，但是斷端間隙>5 mm 也對修復質量有顯著影響，因為斷端間隙過大會降低跟腱愈合后患者足跖屈強度，從而嚴重削弱跑跳能力[8, 11]。等速動力計測量顯示，人踝關節被動屈曲時跟腱受力的下限值和上限值分別是 20 N 和 100 N。另外有研究發現，修復術后早期患者穿著跟腱靴行走時，使用 1 英寸跟墊時跟腱負荷為 190 N，不使用跟墊時跟腱負荷為 369 N[12]，提示在術后早期活動中負荷 200 N 和 400 N 是兩個重要指標。因此，本研究選擇 20～100、20～200、20～300、20～400 N 進行動態拉力測試。
本研究結果顯示，20～100 N 動態拉力下，4 組跟腱斷端間隙均在 5 mm 以內，表明使用 4 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線 PRBT 修復跟腱均能滿足術后早期跟腱被動屈曲訓練的要求。A、C 組 20～200 N 動態拉力下無縫合失效發生，但 20～400 N 時縫合均失效，提示使用 4 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線修復后，在護具保護下可以滿足術后早期行走鍛煉要求，但不能滿足無護具下的行走鍛煉。同時，20～400 N 動態拉力下，B、D 組使用 8 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線修復后，縫合保持率也未達到 100%，說明這兩種方案也不能保證術后早期無跟墊情況下行走鍛煉的安全性。
在臨床實踐中還需考慮跟腱靴等常用護具在使用過程中存在松動或者滑移等風險，從而導致跟腱負荷急劇增高，因此縫合方案的力學性能應超過跟腱靴等常用護具保護下的安全值（200 N）。本研究結果顯示，不論在動態拉力 20～300 N 或 20～400 N 的 250 個循環后，使用 8 根 Ethibond 5 號線或者 Ultrabraid 2 號線的 PRBT 力學性能均優于使用 4 根縫線，并且 8 根 Ultrabraid 2 號線的 PRBT 顯示出最高安全性。
Ethibond 和 Ultrabraid 縫線分別代表了臨床常用于肌腱縫合的高強度和超高強度不可吸收縫線。其中，Ethibond 2 號線推薦用于普通肌腱縫合，而更高強度的 Ethibond 5 號線推薦用作韌帶移植的牽引線或者髕腱縫合線。 Ultrabraid 2 號線是縫合錨釘附帶的縫線，臨床上難以單獨獲得。本研究使用 Ethibond 縫線的 A、B 組在 20～300 N 和 20～400 N 時縫合失效方式均以斷線為主，說明從縫線強度看，即使 Ethibond 5 號線也不是 PRBT 跟腱修復的最佳選擇。C 組 4 根 Ultrabraid 2 號線在 20～300 N 時存在線結松脫，可能是 Ultrabraid 縫線是超高強度縫線并且較為堅硬，過度負荷導致的縫合失效以線結松脫方式表現。而 D 組 8 根 Ultrabraid 2 號線在 20～400 N 時縫合失效方式是肌腱撕裂，無線結松脫或者斷線發生，說明 8 根 Ultrabraid 2 號線不僅能滿足 PRBT 跟腱修復后功能鍛煉的力學要求，而且可能已經超過縫合處肌腱組織間結合的強度，提示不需選擇強度更大的縫線。
綜上述，采用 PRBT 以 8 根高強度縫線經跟腱斷端平面方式修復跟腱斷裂，可以滿足早期快速康復中使用跟腱靴或者跟墊時安全行走要求，Ethibond 5 號線及 Ultrabraid 2 號線固定強度無顯著差異。但本研究存在以下局限性：① 研究選用牛跟腱，不能完全代表人跟腱的力學性能。② 2～4 歲牛跟骨強度大，其研究結論不適合骨質疏松患者。③ 測試中出現跟腱撕裂的原因有待進一步研究明確。
志謝：北京中安泰華科技有限公司定制金屬夾具。
作者貢獻：牟嫄及尹良軍負責實驗設計、數據收集整理及統計分析，論文寫作；馬英軒負責數據收集整理及統計分析，論文寫作；楊偉及刁玉磊負責實驗實施、數據收集；喬釗負責數據統計分析；劉文科負責實驗實施；羅彥鳳負責數據收集整理，論文寫作。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
