自體骨植骨聯合濃縮骨髓移植在全膝關節置換術中修復骨缺損

汪庚申，周瑾，王世中，牛存良，趙海燕，潘銘

(1.甘肅武威市人民醫院骨二科，甘肅 武威 733000；2.甘肅武威醫學科學院檢驗科，甘肅 武威 733000；3.蘭州大學第一附屬醫院骨科，甘肅 蘭州 730000；4.甘肅武威市人民醫院血液科，甘肅 武威 733000)

全膝關節置換術(total knee arthroplasty，TKA)是治療終末期膝關節骨關節炎的有效手段[1-3]。如何修復嚴重的骨缺損是TKA手術成功的關鍵之一，甚至直接關系到手術成敗和假體的使用壽命[4]。自體骨結構性植骨和自體骨打壓植骨是修復Rand Ⅲ、Ⅳ型脛骨側股缺損的常用方法之一，已有很多學者進行了相關報道[5]。但也有研究提出自體骨植骨術后有發生骨吸收、骨不愈合等風險[6]，這也成為在負重界面進行自體骨植骨的遠期穩定性的安全顧慮之一。2014年1月至2018年1月甘肅武威市人民醫院對12例合并骨缺損的重度膝關節骨關節炎患者行TKA術時采用自體骨植骨聯合濃縮骨髓移植修復骨缺損，療效滿意，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：(1)重度膝關節骨關節炎影響生活；(2)關節屈曲內翻畸形，X線片或CT證實脛骨側存在嚴重骨缺損；(3)術中再次明確缺損深度≥10 mm，面積≥單側平臺的70%，屬于Rand Ⅲ、Ⅳ型；(4)無明確手術禁忌，且為初次TKA患者。排除標準：(1)合并嚴重器官功能障礙難以耐受手術者；(2)術中平臺截骨后采用其他方法進行修復；(3)關節外畸形；(4)既往有關節手術史；(5)隨訪資料不全。

共納入患者12例(19膝)，其中男3例(4膝)，女9例(15膝)；年齡58～78歲，平均(68.0±5.5)歲。術前均行膝關節CT評估骨缺損為Rand Ⅲ、Ⅳ型。類風濕性關節炎3例(4膝)，創傷性關節炎2例(2膝)，原發性骨關節炎7例(13膝)。術中進行自體骨植骨聯合濃縮骨髓移植。其中包容性骨缺損3膝，進行松質骨填塞打壓植骨。Rand Ⅲ型14膝，采用結構性植骨；Ⅳ型5膝，差異結構性植骨聯合松質骨打壓植骨。12例中取髂骨植骨2例。所有膝關節假體均采用PS假體，3例(5膝)采用延長桿分散應力增加穩定性。

1.2 手術方法及術后處理 TKA手術均由同一治療組醫生完成，濃縮骨髓的制備由血液科醫師協助進行。所有患者行腰麻或插管全麻，麻醉生效后即開始制備濃縮骨髓液。髂骨多點穿刺抽取50～100 mL骨髓血并收納于無菌采集管(內含抗凝劑枸櫞酸鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖)。隨后通過血液離心機對采集好的抗凝骨髓血進行離心，速度3 000 r/min，時間10 min，通過移液槍將骨髓基質干細胞層5～10 mL回收備用。常規內側髕旁入路，按照常規操作依次截骨、處理軟組織、修復脛骨側骨缺損，而后按步驟安裝假體。待骨水泥降溫后由植骨塊邊緣向中央骨床方向用2.0 mm的克氏針多點鉆孔，將備用的濃縮骨髓液用注射器注入其中，周圍縫隙用骨蠟封閉。關節周圍“雞尾酒”局部注射，縫合后關節腔內注射氨甲環酸，不擺放引流管。術畢彈力繃帶包扎。

1.3 圍術期處理 術前半小時依次靜脈滴注氨甲環酸并預防使用抗生素；術后8 h低分子肝素鈣抗凝預防血栓，預防使用抗生素24 h后停藥。麻醉恢復即行下肢肌肉收縮訓練，次日步行器輔助下步行并攝X線片，患肢可部分負重逐步過渡為正常負重；1周后膝關節屈曲鍛煉達到90°。定期門診復查，攝X線片了解骨塊愈合情況，觀察假體位置。美國膝關節協會評分(knee society score，KSS)評價膝關節功能和療效，85～100分為優，70～84分為良，60～69分為可。

2 結 果

12例患者均獲得門診或微信平臺隨訪，隨訪時間12～48個月，平均(23.0±6.5)個月。2例取了自體髂骨，造成患者術后短期內髖部疼痛不適，1個月后復查時疼痛緩解。末次隨訪時KSS功能評分為(87.2±5.3)分，與術前(23.9±5.3)分比較，差異有統計學意義(t=-35.8，P<0.05)；臨床評分為(85.4±7.2)分，與術前(25.7±6.2)分比較，差異有統計學意義(t=-29.4，P<0.05)；優2膝，良16膝，可1膝，優良率94.6%。術后3個月植骨區域均已達到愈合，末次隨訪時未見假體松動、下沉、感染等。

典型病例一為64歲女性患者，“因雙膝疼痛伴活動受限10余年”入院。入院查體：雙膝屈曲內翻畸形，影像學評估：Rand Ⅲ型脛骨側骨缺損。KSS評分：左膝35分，右膝40分。間隔1年先后行TKA手術，術中均行結構性植骨修復脛骨側骨缺損，術后抗凝、止痛、功能訓練。末次隨訪時KSS評分均上升至80分(見圖1～6)。典型病例二為74歲男性患者，因“右膝關節疼痛伴活動受限7余年”入院。查體：左膝輕度內翻畸形，影像學評估為：包容性骨缺損Rand Ⅳa型。行右膝自體骨打壓植骨，術后24個月復查植骨區域愈合良好(見圖7～11)。

3 討 論

對于一些嚴重的膝內翻患者往往伴有脛骨平臺的骨缺損，術中對各種類型的骨缺損也有相應的修復方法[7]。如自體骨結構性植骨或打壓植骨[8]、螺釘加骨水泥技術[9]、同種異體骨塊及金屬墊塊修復[10]等。目前有關膝關節置換術中骨缺損的分型常用的有Stokley分型[11]，它是根據骨缺損的范圍是否累及外周的骨皮質來進行相應的劃分，提出了包容性骨缺損和非包容性骨缺損的理論。本研究有2例(3膝)術中發現平臺下方局部骨壞死，進行病灶清除后出現了包容性骨缺損，術中進行截骨后松質骨回填植骨打壓來修復骨缺損。Rand分型[12]能很好地評估初次膝關節術中骨缺損。RandⅠ型缺損深度小于5 mm，缺損面積≤單側平臺的50%；Rand Ⅱ型缺損深度為5～10 mm，缺損面積占單側平臺的50%～70%。此兩型缺損者在進行常規截骨后配合螺釘、骨水泥技術常可以修復骨缺損。Rand Ⅲ型缺損70%～90%，缺損深度常常大于10 mm，缺損面積占單側平臺的70%以上；Rand Ⅳa型為平臺空腔性骨缺損，周圍邊緣完整(此型符合包容性骨缺損)；Rand Ⅳb型為平臺空腔性骨缺損，周圍邊緣也同時存在骨缺損。此三種類型的骨缺損可供選擇的修復方式較多，難度也較大，通過適當增加脛骨側截骨，部分病例可用骨水泥和螺釘的方式來修復。

圖1 術前雙膝正位X線片示脛骨側骨缺損 圖2 截骨前術中照 圖3 截骨后術中照

圖4 左膝結構性植骨后術中照 圖5 離心后的骨髓血大體照 圖6 術后18個月X線片示植骨區域愈合良好

圖7 術前X線片示右膝平臺下方類圓型低密度影 圖8 截骨并病灶清除后術中照 圖9 自體骨打壓植骨后術中照

圖10 術后正側位X線片示植骨后區域形態 圖11 術后24個月X線片示植骨區域愈合良好

但仍有部分面積較大、缺損較深的病例，無法單純靠螺釘骨水泥獲得較強的穩定性，同時過多的加截脛骨平臺會使得關節線降低，反而影響假體的穩定性。眾多學者選擇自體骨結構性植骨或自體骨打壓植骨或二者聯合的方式來修復此種復雜類型的骨缺損。Windsor等[13]首先報道了采用自體骨進行修整后移植修復來治療脛骨側骨缺損。駱浩等[14]報道在TKA術中應用自體骨結構性植骨來修復脛骨平臺存在的骨缺損，可最大限度保留骨量，使缺損部位達到了良好的修復效果。相比金屬墊塊修復骨缺損的方法，自體骨修復脛骨近端骨缺損具有相容性好、價格低廉、取材廣泛、且可以最大限度的保留骨量等優勢，尤其對于年齡偏低的患者，為將來可能存在的翻修提供了良好的骨量基礎。雖然目前尚無報道證實自體骨植骨后出現骨不愈合而影響假體穩定性的病例，眾多學者也仍然在術中使用各種技巧加強其植骨后的穩定性，促進植骨區域愈合。如修整缺損缺損區域為垂直型規則的骨床、骨水泥的調制時機以及選擇植骨塊帶皮質側作為外側等手術操作中的技巧。

我們除了在使用常見的各種手術操作技巧外，還將濃縮后的自體紅骨髓注射在植骨區域里，提供骨折愈合所需的生物活性因子，避免術后發生骨壞死，吸收骨不愈合等風險。自體紅骨髓移植技術的原理是基于骨髓基質干細胞及其相關的生長因子基礎之上的骨髓血濃縮移植技術。我們曾經將此技術運用在Garden Ⅲ、Ⅳ型股骨頸骨折手術的治療上，取得了滿意的臨床效果[15]。自體骨紅骨髓來源廣泛，取材方便，不存在倫理學的爭議，且供區并發癥少，操作簡便，具有較強的成骨作用。已被眾多學者運用在動物實驗研究，細胞學基礎研究和臨床應用研究等方面，其有效促進骨折愈合的發生已經得到了充分證實[16-18]。骨折愈合和胚胎時期骨骼形成的過程基本相似，紅骨髓內含有骨髓基質干細胞，可在特定條件下被誘導分化為成骨細胞和軟骨細胞[19-20]。同時它還具有合成骨基質的作用，最后形成骨組織，從而達到骨愈合[21]。骨髓基質干細胞是中胚層細胞共同的前體細胞[22]，不但具有極強的分化能力，還具有很強的自我更新能力。它們在體內外特定的條件下可以分化成為成骨細胞、軟骨細胞，脂肪細胞等多種細胞，具有明確的成骨能力[23]。但是植入的單體骨髓基質干細胞并不能有效地形成新的組織，在其向成骨細胞等分化的過程中，仍需多種生長因子的協調和誘導。而自體紅骨髓中恰含有大量的促進骨折愈合的生物活性因子。

成年人的紅骨髓主要分布在身體的扁骨，不規則骨和長骨干骺端的松質骨當中，其造血功能活躍。紅骨髓的主要組成為造血組織和血竇構成，在造血組織的網狀結締組織網眼中，充滿著不同發育階段的各種血細胞、造血干細胞、巨噬細胞等有核細胞，是用于促進骨折修復及加快骨折愈合的首選移植材料[16]。另外，多點穿刺抽取適量骨髓血后，還會誘發局部乃至全身的成骨反應[17]。本研究中我們在血液科醫師的幫助下，選擇髂骨多點穿刺抽取骨髓血約50 mL，在無菌操作室內通過全封閉的血液處理機進行離心，骨髓成分隨密度差別進而由上而下依次為血漿層、有核細胞層和紅細胞層。骨髓基質干細胞聚集在中間層，充滿著促進骨折愈合所需要的大量活性因子。在TKA術中修復骨缺損時，Rand Ⅲ、Ⅳ型患者無論是自體骨打壓植骨還是結構型植骨，我們都在植骨后的區域人為的用2.5 mm的克氏針進行多點穿刺直達骨床，而后將濃縮后的紅骨髓注射于其中，周圍縫隙用骨蠟封閉。移植后的紅骨髓可迅速滲透到植骨塊與骨床的松質骨當中，為其提供促進骨折愈合所需的新鮮的種子細胞，從而加快了植骨區域愈合，促進骨的修復與重建。我們將此技術理論與TKA術中骨缺損的自體骨修復需求相結合，對12例(19膝)患者進行治療，其中包容性骨缺損3膝，非包容性骨缺損16膝，Rand Ⅲ型14膝、Ⅳa 3膝、Ⅳb 2膝，均取得到了良好的治療效果。術中通過對缺損區域以及植骨塊的修整，必要使用螺釘對較大的骨塊進行輔助的固定，獲得了良好的即刻穩定，因此并不影響患者術后下床活動時間。植骨區域在3個月復查時達到了完全愈合，KSS評分也明顯提升，至末次隨訪時優良率達到94.7%，治療效果肯定。

本次研究為回顧性研究，仍有諸多不足。如病例數較少，只是進行了本方法的治療前后對比，缺乏對照組，觀察指標單一等。我們將繼續收集樣本，分組比較，進一步研究濃縮骨髓移植在促進骨愈合方面的優勢。