同種異體骨軟骨移植在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)中的臨床應(yīng)用

趙昱,尹崑,趙瑞鵬,馬永勝,段王平

(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科,骨與軟組織損傷修復(fù)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030001)

由急性外傷性損傷所致的軟骨損傷,常見(jiàn)于兒童和青少年人群,其中急性髕骨脫位是最常見(jiàn)的損傷之一,可致髕骨內(nèi)側(cè)和股骨外側(cè)髁骨軟骨損傷[1-2]。針對(duì)有癥狀的局灶性軟骨損傷,國(guó)際軟骨修復(fù)協(xié)會(huì)(international cartilage repair society,ICRS)建議對(duì)Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)的軟骨損傷進(jìn)行手術(shù)治療[3]。常用的手術(shù)方法有微骨折技術(shù)、自體骨軟骨移植(osteochondral allograft transplants surgery,OAT)及自體軟骨細(xì)胞移植(autologous chondrocyte implantation,ACI)等。其中微骨折技術(shù)是通過(guò)骨髓釋放出的干細(xì)胞分化為纖維軟骨實(shí)現(xiàn)軟骨修復(fù),這種纖維軟骨表面粗糙,韌性較大,不利于關(guān)節(jié)長(zhǎng)期活動(dòng);ACI和OAT首先需要獲取自體軟骨或軟骨細(xì)胞,盡管這種修復(fù)方法較安全并且短期療效較佳,但往往會(huì)出現(xiàn)供體部位持續(xù)疼痛、髕骨不穩(wěn)、下跪或下蹲困難等手術(shù)并發(fā)癥[4-6]。

新鮮同種異體骨軟骨移植(osteochondral allograft transplantation,OCA)用于治療關(guān)節(jié)軟骨損傷,基礎(chǔ)和臨床研究均支持該手術(shù)的安全性和有效性[7]。將有活力的透明軟骨移植到較大缺損處是該手術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)。移植物采用成熟的同種異體透明軟骨填充缺損灶,具有生物力學(xué)特征,可以承受關(guān)節(jié)的力學(xué)負(fù)荷,同時(shí)移植物具有底層骨整合作用并可以錨定到周?chē)墓谴仓?進(jìn)而恢復(fù)軟骨的支撐作用[8]。本綜述重點(diǎn)介紹OCA在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)中的適應(yīng)證、禁忌證及術(shù)前輔助檢查評(píng)估的最新進(jìn)展。

1 同種異體骨軟骨移植的適應(yīng)證

1.1 年輕活躍的關(guān)節(jié)軟骨缺損患者

對(duì)于年輕活躍的膝關(guān)節(jié)外傷性軟骨缺損患者,有些關(guān)節(jié)外科醫(yī)生通過(guò)關(guān)節(jié)置換對(duì)其進(jìn)行手術(shù)治療,但結(jié)果會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能受限,增加關(guān)節(jié)翻修置換率[9-11]。OCA為這類(lèi)患者提供了更好地恢復(fù)體育活動(dòng)的可能性,對(duì)于<25歲且癥狀出現(xiàn)不足1年的患者,軟骨修復(fù)的效果更好[12-13]。OCA為兒童和青少年患者提供了一種有效的治療方法,其修復(fù)率達(dá)88%[14]。然而年齡超過(guò)30歲或者既往有2次及以上膝關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)手術(shù)史[9],或軟骨缺損病史超過(guò)1年的患者[13],股骨髁退變發(fā)病率明顯增加,結(jié)合臨床癥狀可作為OCA的相對(duì)適應(yīng)證。

1.2 膝關(guān)節(jié)較大的軟骨缺損且無(wú)骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)的患者

對(duì)于面積超過(guò)2 cm2的膝關(guān)節(jié)軟骨缺損且非OA患者,OCA較其他修復(fù)方式更具優(yōu)勢(shì)。首先,與受體部位大小、形狀和深度相匹配的移植物,可以實(shí)現(xiàn)不同特征病變部位的修復(fù)[12-13],這種優(yōu)勢(shì)使得OCA適用于創(chuàng)傷后骨軟骨缺損患者[15-18]。其次,無(wú)外界因子干預(yù)的條件下,OCA可以將缺損軟骨修復(fù)成為成熟的透明軟骨[13],避免了關(guān)節(jié)置換所帶來(lái)的膝關(guān)節(jié)功能受限和關(guān)節(jié)翻修率較高的弊端[12-13,19]。

1.3 髕股關(guān)節(jié)和脛股關(guān)節(jié)軟骨對(duì)吻損傷的患者

OCA通常適用于單純股骨髁軟骨損傷[18],對(duì)于髕骨股骨或脛骨股骨軟骨對(duì)吻損傷(也稱(chēng)“雙相損傷”)是否可以進(jìn)行OCA仍存在爭(zhēng)議。盡管一些研究指出對(duì)吻損傷行OCA移植存在較高的失敗率和翻修率[12],但可以改善患者臨床癥狀,甚至對(duì)于較大的軟骨缺損灶也符合該手術(shù)指征。有研究顯示,平均損傷面積為19.2 cm2(最大面積達(dá)41 cm2)的軟骨缺損患者行OCA修復(fù)后國(guó)際膝關(guān)節(jié)文獻(xiàn)委員會(huì)(international knee documentation committee,IKDC)評(píng)分和膝關(guān)節(jié)功能(knee society function,KS-F)評(píng)分均有提高[20]。

1.4 軟骨損傷合并有軟骨下骨破壞的患者

創(chuàng)傷后軟骨損傷合并有軟骨下骨破壞的患者可以選擇OCA治療,較為常見(jiàn)的是剝脫性骨軟骨炎和骨壞死等較大軟骨損傷患者。有研究證實(shí)OCA可以對(duì)股骨髁剝脫性骨軟骨炎進(jìn)行手術(shù)治療,其有效率達(dá)70%[17]。OCA也是股骨髁骨壞死的一種合理的挽救措施,研究數(shù)據(jù)顯示,平均年齡為24.3歲(16～44歲)、平均損傷面積10.8 cm2(5.0～19.0 cm2)的軟骨缺損患者,在平均隨訪67個(gè)月(25～235個(gè)月)后有效率為96%,避免了全膝關(guān)節(jié)置換[18]。

1.5 初次OCA或ACI等軟骨修復(fù)技術(shù)失敗的患者

OCA初次失敗不會(huì)影響后期的修復(fù),可以作為初次OCA或ACI失敗的生物學(xué)選擇[21]。有研究指出初次軟骨修復(fù)失敗后再進(jìn)行OCA的治愈率達(dá)80%[14]。缺損較大或位置匹配差、不符合ACI和OAT治療方式的患者,可以選擇OCA治療。

2 同種異體骨軟骨移植的禁忌證

2.1 膝關(guān)節(jié)半月板功能不全的患者

膝關(guān)節(jié)半月板功能不全會(huì)加劇移植物退變,致使OCA失敗率明顯增加。OCA移植前需通過(guò)體格檢查和輔助檢查明確是否存在半月板功能不全[22]。有研究指出,對(duì)于軟骨損傷合并半月板損傷的患者,同時(shí)進(jìn)行OCA和半月板同種異體移植(meniscus allograft transplantation,MAT)的5年生存率為86%[23]。也有研究報(bào)道,內(nèi)側(cè)半月板切除后軟骨缺損行OCA移植術(shù),術(shù)后28個(gè)月軟骨修復(fù)失敗同時(shí)伴有膝關(guān)節(jié)疼痛加劇[24]。因此,半月板功能不全患者為OCA的禁忌證。

2.2 膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的患者

膝關(guān)節(jié)韌帶損傷伴隨關(guān)節(jié)不穩(wěn)可加劇移植物退變。當(dāng)韌帶損傷后膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)下肢力線(xiàn)改變,并于OCA術(shù)前或術(shù)中同期行韌帶重建處理,軟骨移植成功率明顯提高[22,25]。因此,膝關(guān)節(jié)韌帶損傷可以作為OCA的相對(duì)禁忌證。

2.3 膝關(guān)節(jié)力線(xiàn)不正的患者

膝關(guān)節(jié)力線(xiàn)會(huì)影響正常關(guān)節(jié)的功能。研究指出,內(nèi)翻型膝關(guān)節(jié)患者內(nèi)側(cè)股骨髁OCA移植后軟骨再生失敗率明顯增加,降低局部不當(dāng)?shù)膽?yīng)力刺激是維持OCA軟骨細(xì)胞存活的有利條件。因此,正常的關(guān)節(jié)力線(xiàn)結(jié)構(gòu)是OCA成功移植所必需的條件[26]。

2.4 晚期OA患者

晚期OA是OCA的禁忌證,尤其50歲以上OA患者移植失敗率更高,同時(shí)該方法對(duì)于治療雙相OA病變的預(yù)后更差[12]。也有研究表明在接受OCA治療的OA患者中,超過(guò)86%的患者在修復(fù)2年內(nèi)仍會(huì)接受全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)[27]。

2.5 感染性關(guān)節(jié)病患者

對(duì)于膝關(guān)節(jié)活動(dòng)性感染,如炎性關(guān)節(jié)病,炎癥因子刺激軟骨損傷處發(fā)生炎性反應(yīng),并抑制移植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,致使缺損修復(fù)失敗。因此感染性關(guān)節(jié)病是OCA的禁忌證[28]。

2.6 難復(fù)性膝關(guān)節(jié)脫位患者

難復(fù)性膝關(guān)節(jié)脫位是OCA的禁忌證。研究指出,股骨內(nèi)側(cè)髁骨軟骨缺損行OCA修復(fù)且不糾正脫位關(guān)節(jié)會(huì)導(dǎo)致修復(fù)失效,但缺損修復(fù)同期采用手術(shù)糾正脫位關(guān)節(jié)會(huì)提高修復(fù)效果[29]。

2.7 肥胖、吸煙和既往皮質(zhì)類(lèi)固醇使用的患者

肥胖、吸煙或長(zhǎng)期使用皮質(zhì)類(lèi)固醇的患者容易發(fā)生骨代謝異常[28],這些因素導(dǎo)致OCA移植物產(chǎn)生不可逆的損傷。研究顯示,身體質(zhì)量指數(shù)超過(guò)35 kg/m2者移植后發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn)增加,這是由于移植物處應(yīng)力集中導(dǎo)致活細(xì)胞死亡[30]。皮質(zhì)類(lèi)固醇的使用會(huì)影響OCA營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,產(chǎn)生修復(fù)困難的不良后果,因此OCA治療前應(yīng)停止皮質(zhì)類(lèi)固醇的使用[31]。也有研究指出,持續(xù)吸煙會(huì)干擾移植物骨結(jié)合部位血運(yùn)重建過(guò)程,甚至血管閉塞,后期修復(fù)區(qū)域會(huì)發(fā)生塌陷或壞死[16,18]。

2.8 年齡較大的患者

有研究指出,OCA用于治療超過(guò)40歲以上成人與40歲以下年輕患者的癥狀改善相當(dāng),可以為膝關(guān)節(jié)軟骨缺損患者提供延緩膝關(guān)節(jié)置換安全可靠的治療方法[32-33]。研究發(fā)現(xiàn),平均年齡為48歲(最大年齡達(dá)63歲)的骨軟骨缺損患者(Outerbridge分級(jí)為4級(jí)),移植軟骨2年和4年的生存率分別為88%和73%。與年輕人群相比,盡管年齡超過(guò)40歲的患者使用OCA治療的失敗率較高,但對(duì)于年齡超過(guò)60歲的患者OCA生存率明顯降低。年齡>40歲但<60歲的軟骨損傷患者,OCA可以作為一種相對(duì)禁忌證[33]。

3 術(shù)前輔助檢查評(píng)估

OCA術(shù)前需行輔助檢查,包括X線(xiàn)、CT、MRI、3D打印、關(guān)節(jié)鏡檢查、步態(tài)分析、肌電圖等。(1)通過(guò)膝關(guān)節(jié)前后負(fù)重位和膝關(guān)節(jié)側(cè)位負(fù)重位X線(xiàn)片評(píng)估OA嚴(yán)重程度;通過(guò)膝關(guān)節(jié)屈曲30 °、60 °和90 °側(cè)位X線(xiàn)片評(píng)估髕骨軌跡以及有無(wú)髕骨不穩(wěn);采用雙下肢全長(zhǎng)力線(xiàn)X線(xiàn)片評(píng)估下肢機(jī)械應(yīng)力軸,為選擇合適的同種異體移植物提供依據(jù)[34-35]。(2)CT可以對(duì)術(shù)前病變部位精確定位骨缺損的寬度和深度,進(jìn)一步評(píng)估缺損骨量[36]。(3)MRI可用于術(shù)前和術(shù)后評(píng)估,術(shù)前結(jié)合3D打印評(píng)估骨軟骨缺損的體積,為供體準(zhǔn)備提供依據(jù);通過(guò)T2馳豫時(shí)間來(lái)評(píng)估術(shù)后修復(fù)軟骨內(nèi)膠原組織關(guān)聯(lián)量,兩者往往呈正相關(guān)[37],并依據(jù)軟骨修復(fù)組織磁共振觀察(magnetic resonance observation of cartilage repair tissue,MOCART)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)修復(fù)軟骨進(jìn)行客觀指標(biāo)評(píng)估。同時(shí)MRI也可以對(duì)術(shù)前半月板或韌帶損傷程度進(jìn)行評(píng)估。(4)術(shù)前關(guān)節(jié)鏡檢查不僅可以清理關(guān)節(jié)腔內(nèi)游離物和增生物,還可以作為軟骨損傷部位和損傷大小評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn),為OCA移植提供準(zhǔn)備工作[38]。(5)步態(tài)分析通過(guò)步速、步長(zhǎng)和足底壓力面積分布評(píng)估OA的嚴(yán)重程度,為膝關(guān)節(jié)韌帶和半月板損傷提供評(píng)估依據(jù),為OCA術(shù)后康復(fù)予以指導(dǎo)。三維步態(tài)分析顯示步速變慢、步長(zhǎng)變小、膝關(guān)節(jié)伸展不足、脛骨內(nèi)旋增加,提示前交叉韌帶損傷;三維步態(tài)分析顯示步速變慢、膝關(guān)節(jié)屈伸受限,提示半月板損傷[39]。(6)關(guān)節(jié)周?chē)窠?jīng)功能障礙將會(huì)影響OCA移植,肌電圖客觀評(píng)估肌肉力量和協(xié)調(diào)性,可以作為半月板損傷后電生理改變的參考,同時(shí)也可以作為OCA術(shù)后康復(fù)的理論依據(jù)[40]。

4 展 望

OCA在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)的應(yīng)用任重而道遠(yuǎn),所面臨的挑戰(zhàn)包括:異體移植物的儲(chǔ)存和大小匹配、組織的可用性、軟骨細(xì)胞的存活率、免疫移植反應(yīng)的可能性以及能否單純采用關(guān)節(jié)鏡手術(shù)技術(shù)來(lái)完成。同時(shí)還需要拓寬OCA適應(yīng)證,如該手術(shù)是否還可用于骨壞死、骨折愈合不良或創(chuàng)傷后關(guān)節(jié)炎情況下的復(fù)雜膝關(guān)節(jié)生物重建[41]?？傮w而言,OCA是一種有效的治療軟骨缺損的方法,無(wú)論是否伴有軟骨下骨受損,還是較大面積的軟骨缺損,OCA對(duì)于缺損修復(fù)都是有效的,術(shù)前正確的輔助檢查評(píng)估也是至關(guān)重要的。