自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)對(duì)老年缺血性股骨頭壞死的臨床療效及作用機(jī)制

侯園園 閆燦 吳建軍 雷哲

(1鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460；2鄭州市骨科醫(yī)院下肢科)

股骨頭壞死(ONFH)是骨科多發(fā)病，呈進(jìn)展性、破壞性發(fā)展，也是骨科難治病，以血供不足引起骨細(xì)胞死亡為特征〔1〕。近年來其發(fā)病率呈逐漸上升趨勢，每年新發(fā)病例數(shù)遠(yuǎn)超過美國等發(fā)達(dá)國家水平，并且趨于年輕化，當(dāng)前患病年齡多處于30～50歲〔2〕。未經(jīng)治療的ONFH超過80%會(huì)在1～3年內(nèi)發(fā)生股骨頭塌陷，最終不得不進(jìn)行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。早期對(duì)ONFH進(jìn)行及時(shí)治療，可以延緩進(jìn)展，有效避免和延緩行人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)治療〔3〕。當(dāng)前的治療方法主要有物理療法、藥物治療、手術(shù)治療等〔4〕。對(duì)于早期病變多采用藥物及物理治療，股骨頭塌陷等晚期病變則以人工關(guān)節(jié)置換為主。而髓芯減壓術(shù)是治療早期股骨頭缺血性壞死的最常用方法，可有效阻斷骨壞死進(jìn)展，取得了較好的治療效果〔5〕。近年來發(fā)現(xiàn)股骨頭缺血性壞死患者骨組織修復(fù)能力下降與股骨頭自體骨髓干細(xì)胞數(shù)量減少、成骨能力下降有關(guān)〔6〕。自國外學(xué)者首次報(bào)道〔7〕自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)移植治療ONFH后，在治療ONFH的臨床應(yīng)用越來越多。但是關(guān)于自體BMSCs移植治療老年ONFH報(bào)道較少。本文觀察采用自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)治療老年ONFH的臨床療效，且對(duì)治療機(jī)制進(jìn)行探討。

1 資料與方法

1.1臨床資料 2016年1月至2018年6月在鄭州市骨科醫(yī)院老年單側(cè)缺血性O(shè)NFH患者120例，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡60～75周歲；(2)符合《成人股骨頭壞死診療標(biāo)準(zhǔn)專家共識(shí)(2012年版)》早期股骨頭壞死的診斷標(biāo)準(zhǔn)〔8〕，并且經(jīng)X線、計(jì)算機(jī)斷層掃描或磁共振成像(MRI)及血管造影檢查確診；(3)根據(jù)國際骨循環(huán)研究學(xué)會(huì)(ARCO)分期標(biāo)準(zhǔn)〔9〕為Ⅰ期或Ⅱ期；(4)愿意接受BMSCs移植和(或)髓心減壓術(shù)治療；(5)患者或家屬知情同意，并且愿意配合后期隨訪檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)ARCO分期為Ⅲ期及以上的患者；(2)有股骨頭或股骨頸骨折病史，或者有其他既往髖部手術(shù)史，如髓芯減壓、截骨術(shù)等的患者；(3)并發(fā)心臟、肝臟、腎臟、肺等重要臟器嚴(yán)重疾病的患者；(4)并發(fā)腫瘤或者其他系統(tǒng)性疾病如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、糖尿病等的患者。其中男79例、女41例；年齡61～75歲，平均年齡為(66.63±5.76)歲；ARCO分期Ⅰ期75例、Ⅱ期45例；ONFH位置位于左側(cè)65例，右側(cè)55例；病史分類情況如下：激素性50例、酒精性36例、創(chuàng)傷性21例、特發(fā)性13例?；颊咭离S機(jī)數(shù)字表分為A組、B組和C組，3組年齡、性別、ARCO分期、壞死側(cè)邊、病史差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 3組臨床資料比較〔n(%),n=40〕

1.2治療方法 A組接受髓心減壓術(shù)治療，B組接受單純自體BMSCs移植治療，C組接受自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)治療。術(shù)后常規(guī)抗感染治療，術(shù)后根據(jù)恢復(fù)狀況對(duì)髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)X線再骨化檢查結(jié)果確定棄拐時(shí)間。

1.2.1髓心減壓術(shù) 患者接受硬膜外麻醉后取平臥位，在股骨大轉(zhuǎn)子處做3 cm切口，結(jié)合CT或MRI檢查確認(rèn)病灶，于ONFH區(qū)域鉆入1枚直徑為3 mm的克氏針，引導(dǎo)直徑8 mm套管至股骨頭關(guān)節(jié)軟骨面下 2～3 mm處。經(jīng)隧道取出粗隆區(qū)及股骨頸部位自體骨，用刮匙徹底刮除股骨頭壞死區(qū)域內(nèi)壞死組織。

1.2.2自體BMSCs移植 術(shù)前2 h在髂前上棘處抽取20 ml骨髓于含2 ml肝素鈉(200 U/ml)的注射器，使用骨髓干細(xì)胞分離純化試劑盒進(jìn)行分離，調(diào)整骨髓有核細(xì)胞濃度為(1～3)×109個(gè) /ml。采用流式細(xì)胞儀測定CD34、CD90、CD133和CD166。經(jīng)套管插入硬膜外導(dǎo)管針至股骨頭中心，經(jīng)導(dǎo)管于股骨頭內(nèi)注入自體 BMSCs懸液，利用骨蠟封堵鉆孔。

1.2.3自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù) 同法制備自體BMSCs?；颊呓邮芡ㄋ栊臏p壓術(shù)后向鉆好的骨孔內(nèi)注入自體BMSCs懸液，利用骨蠟封堵鉆孔。

1.3觀察指標(biāo) 術(shù)前、術(shù)后3、6和12個(gè)月時(shí)對(duì)患者髖關(guān)節(jié)功能、髖關(guān)節(jié)疼痛、髖關(guān)節(jié)骨密度、ONFH面積進(jìn)行評(píng)價(jià)。術(shù)前和術(shù)后3個(gè)月時(shí)抽取外周靜脈血測定血骨橋蛋白(OPN)、骨保護(hù)素(OPG)、骨鈣素(OST)和Ⅰ型膠原C端肽(CTX)。

1.3.1髖關(guān)節(jié)功能 采用Harris評(píng)分〔10〕對(duì)髖關(guān)節(jié)功能進(jìn)行評(píng)估，評(píng)分內(nèi)容主要包括疼痛、畸形、活動(dòng)度、行走時(shí)需要輔助、跛行、行走距離、爬樓梯、日常生活等情況，總分為100分，分?jǐn)?shù)越低生活質(zhì)量越差。

1.3.2髖關(guān)節(jié)疼痛 髖關(guān)節(jié)疼痛采用疼痛視覺模擬評(píng)分(VAS)，疼痛評(píng)分為 0 ～10 分，表示“無痛”至“最痛”。

1.3.3骨密度測定 采用Discovery-Wi型雙能X線骨密度測定儀(美國Hologic公司)測定壞死側(cè)髖部骨密度，包括Neck、Troch和Ward區(qū)，取均值。

1.3.4骨壞死面積 采用三維計(jì)算機(jī)斷層掃描，層厚為0.4 mm，間隔為0 mm。獲得髖關(guān)節(jié)三維CT圖像的DICOM格式數(shù)據(jù)。利用ONFH測量軟件測量股骨頭及其壞死組織區(qū)域的體積，計(jì)算ONFH面積的百分比=壞死組織區(qū)域體積/股骨頭體積×100%。

1.3.5血清OPN、OPG、OST和CTX的測定 抽取清晨空腹外周靜脈血5 ml于普通采血管，室溫下靜置30 min，待血液完全凝固后離心，分離得上清液，-20℃保存。OPN和OPG采用雙抗體一步夾心法酶聯(lián)免疫吸附法測定，OST和CTX采用電化學(xué)發(fā)光法檢測嚴(yán)格按照說明書的步驟，檢測患者血清 OPG 水平。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS22.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)、LSD-t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.13組治療前后髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分的比較 3組術(shù)后3、6和12個(gè)月髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分均較術(shù)前顯著提高(P<0.05)。治療前3組髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3、6、12個(gè)月時(shí)C組髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分較A組和B組顯著提高(P<0.05)，術(shù)后3個(gè)月A組和B組髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后6個(gè)月和12個(gè)月，B組髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分較A組顯著提高(P<0.05)。見表2。

2.23組治療前后髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分的比較 3組術(shù)后3、6和12個(gè)月髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分均較術(shù)前顯著降低(P<0.05)。治療前3組髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月和12個(gè)月時(shí) C組髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分較A組和B組顯著降低(P<0.05)，B組髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分較A組顯著降低(P<0.05)。見表2。

表2 3組治療前后髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分及疼痛評(píng)分的比較分)

2.33組治療前后髖關(guān)節(jié)骨密度的比較 A組和B組術(shù)后6和12個(gè)月時(shí)髖關(guān)節(jié)密度較治療前顯著增加(P<0.05)，C組術(shù)后3、6和12個(gè)月時(shí)髖關(guān)節(jié)密度較治療前顯著增加(P<0.05)。組間比較顯示，治療前3組髖關(guān)節(jié)密度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3個(gè)月時(shí)C組髖關(guān)節(jié)骨密度較A組和B組顯著增加(P<0.05)，A組和B組髖關(guān)節(jié)骨密度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后6個(gè)月和12個(gè)月時(shí) C組髖關(guān)節(jié)骨密度較A組和B組顯著提高(P<0.05)，B組髖關(guān)節(jié)骨密度較A組顯著提高(P<0.05)。見表3。

表3 3組治療前后髖關(guān)節(jié)骨密度及壞死面積的比較

2.43組治療前后ONFH面積的比較 3組術(shù)后3、6和12個(gè)月時(shí)ONFH面積較治療前顯著減少(P<0.05)。治療前3組ONFH面積差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3、6和12個(gè)月時(shí) C組ONFH面積較A組和B組顯著減少(P<0.05)，B組ONFH面積較A組顯著減少(P<0.05)。見表3。

2.53組治療前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比較 術(shù)后3個(gè)月時(shí)B組血清OPN、OST和CTX水平較術(shù)前顯著降低(P<0.05)，OPG水平較術(shù)前顯著升高(P<0.05)；A組術(shù)前及術(shù)后3個(gè)月時(shí)血清OPN、OPG、OST和CTX水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。治療前3組血清OPN、OPG、OST和CTX水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3個(gè)月時(shí)C組血清OPN、OST和CTX水平較A組和B組顯著降低(P<0.05)、OPG水平較A組和B組顯著升高(P<0.05)，B組血清OPN、OST和CTX水平較A組顯著降低(P<0.05)、OPG水平較A組顯著升高(P<0.05)。見表4。

表4 3組治療前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比較

3 討 論

ONFH致病因素大體上可分為創(chuàng)傷性和非創(chuàng)傷性，而長期大劑量糖皮質(zhì)激素是其主要致病因素之一〔11〕。ONFH的具體病理生理機(jī)制現(xiàn)在尚不完全清楚，均表現(xiàn)為股骨頭血液供應(yīng)不足，缺血區(qū)骨細(xì)胞及軟骨細(xì)胞變性壞死，導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛及功能障礙〔12〕。對(duì)于ONFH及時(shí)治療以防止股骨頭的塌陷是獲得良好臨床結(jié)局的基礎(chǔ)。對(duì)于老年ONFH的患者，由于患者機(jī)體功能衰退，并且容易合并類風(fēng)濕、哮喘、糖尿病、頸肩腰腿痛等疾病，一方面增加了治療的難度，另一方面還使患者承受著極大痛苦。

目前臨床上治療ONFH采用的方法包括手術(shù)療法和非手術(shù)療法，而藥物治療療效有限。手術(shù)療法包括髓心減壓術(shù)、骨髓干細(xì)胞移植術(shù)及髖關(guān)節(jié)置換術(shù)等。髓心減壓術(shù)是治療早期缺血性O(shè)NFH的主要措施〔13〕，可改善股骨頭血液供應(yīng)和降低股骨頭內(nèi)壓力，從而減輕髖部疼痛。雖然髓心減壓可以延緩骨壞死進(jìn)展，但是易導(dǎo)致患者股骨頭出現(xiàn)塌陷，最終不得不進(jìn)行髖關(guān)節(jié)置換。骨壞死發(fā)生后股骨頭內(nèi)的干細(xì)胞數(shù)量及成骨分化活性均降低〔14〕，因此將正常部位的干細(xì)胞移植到壞死區(qū)有利于提供充足的細(xì)胞數(shù)量，為骨修復(fù)創(chuàng)造更加合理有效的條件，這是BMSCs治療ONFH的理論基礎(chǔ)。

BMSCs具有多向分化潛能，在骨形態(tài)蛋白及多種生長因子的作用下向成骨細(xì)胞方向分化，可促進(jìn)骨再生。BMSCs主要由骨髓、脂肪組織、滑膜、骨膜、骨骼肌及臍帶中生成，其中以骨髓來源的BMSCs的成骨分化能力比脂肪組織來源的BMSCs分化能力強(qiáng)〔15〕。由于取自自體，不存在免疫排斥等問題，在組織損傷的修復(fù)與重建方面起重要作用〔16〕。

本研究結(jié)果說明自體BMSCs移植、髓心減壓術(shù)及兩者聯(lián)用均可顯著改善患者的髖關(guān)節(jié)功能，而兩者聯(lián)用的臨床療效優(yōu)于單純自體BMSCs移植或單純髓心減壓術(shù)治療。自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)可通過改善髖關(guān)節(jié)疼痛評(píng)分、髖關(guān)節(jié)骨密度和ONFH面積而發(fā)揮作用。

OPG主要是由成骨細(xì)胞分泌的無跨膜結(jié)構(gòu)可溶性糖蛋白，可與成骨細(xì)胞膜核因子 κB 受體活化因子配體結(jié)合，抑制成熟破骨細(xì)胞的活化來發(fā)揮作用。OPN是一種分泌型的糖基化蛋白，廣泛的分布于多種組織和細(xì)胞中，可介導(dǎo)骨細(xì)胞與骨基質(zhì)的連接，加速血管生成，參與骨基質(zhì)的重吸收進(jìn)程〔17〕。OST屬于非膠原酸性糖蛋白，主要由成骨細(xì)胞、成牙質(zhì)細(xì)胞合成，在調(diào)節(jié)骨鈣代謝中起重要作用，是骨組織特有的代謝標(biāo)志物，血中OST含量與體內(nèi)成骨細(xì)胞活性相關(guān)；骨基質(zhì)在不斷重建時(shí)Ⅰ型膠原會(huì)被分解為CTX釋放入血，血中CTX的含量可反映出骨基質(zhì)的吸收狀態(tài)〔18〕。本研究結(jié)果提示自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平而對(duì)ONFH具有較好的臨床治療作用。

綜上，自體BMSCs移植聯(lián)合髓心減壓術(shù)可顯著改善老年缺血性O(shè)NFH患者的髖關(guān)節(jié)功能，降低髖關(guān)節(jié)疼痛，增加髖關(guān)節(jié)密度，減少ONFH面積，并且降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平。