同種異體骨軟骨移植在膝關節軟骨損傷修復中的臨床應用

趙昱,尹崑,趙瑞鵬,馬永勝,段王平

(山西醫科大學第二醫院骨科,骨與軟組織損傷修復山西省重點實驗室,山西 太原 030001)

由急性外傷性損傷所致的軟骨損傷,常見于兒童和青少年人群,其中急性髕骨脫位是最常見的損傷之一,可致髕骨內側和股骨外側髁骨軟骨損傷[1-2]。針對有癥狀的局灶性軟骨損傷,國際軟骨修復協會(international cartilage repair society,ICRS)建議對Ⅲ級或Ⅳ級的軟骨損傷進行手術治療[3]。常用的手術方法有微骨折技術、自體骨軟骨移植(osteochondral allograft transplants surgery,OAT)及自體軟骨細胞移植(autologous chondrocyte implantation,ACI)等。其中微骨折技術是通過骨髓釋放出的干細胞分化為纖維軟骨實現軟骨修復,這種纖維軟骨表面粗糙,韌性較大,不利于關節長期活動;ACI和OAT首先需要獲取自體軟骨或軟骨細胞,盡管這種修復方法較安全并且短期療效較佳,但往往會出現供體部位持續疼痛、髕骨不穩、下跪或下蹲困難等手術并發癥[4-6]。

新鮮同種異體骨軟骨移植(osteochondral allograft transplantation,OCA)用于治療關節軟骨損傷,基礎和臨床研究均支持該手術的安全性和有效性[7]。將有活力的透明軟骨移植到較大缺損處是該手術的一大優勢。移植物采用成熟的同種異體透明軟骨填充缺損灶,具有生物力學特征,可以承受關節的力學負荷,同時移植物具有底層骨整合作用并可以錨定到周圍的骨床中,進而恢復軟骨的支撐作用[8]。本綜述重點介紹OCA在膝關節軟骨損傷修復中的適應證、禁忌證及術前輔助檢查評估的最新進展。

1 同種異體骨軟骨移植的適應證

1.1 年輕活躍的關節軟骨缺損患者

對于年輕活躍的膝關節外傷性軟骨缺損患者,有些關節外科醫生通過關節置換對其進行手術治療,但結果會導致關節功能受限,增加關節翻修置換率[9-11]。OCA為這類患者提供了更好地恢復體育活動的可能性,對于<25歲且癥狀出現不足1年的患者,軟骨修復的效果更好[12-13]。OCA為兒童和青少年患者提供了一種有效的治療方法,其修復率達88%[14]。然而年齡超過30歲或者既往有2次及以上膝關節軟骨缺損修復手術史[9],或軟骨缺損病史超過1年的患者[13],股骨髁退變發病率明顯增加,結合臨床癥狀可作為OCA的相對適應證。

1.2 膝關節較大的軟骨缺損且無骨關節炎(osteoarthritis,OA)的患者

對于面積超過2 cm2的膝關節軟骨缺損且非OA患者,OCA較其他修復方式更具優勢。首先,與受體部位大小、形狀和深度相匹配的移植物,可以實現不同特征病變部位的修復[12-13],這種優勢使得OCA適用于創傷后骨軟骨缺損患者[15-18]。其次,無外界因子干預的條件下,OCA可以將缺損軟骨修復成為成熟的透明軟骨[13],避免了關節置換所帶來的膝關節功能受限和關節翻修率較高的弊端[12-13,19]。

1.3 髕股關節和脛股關節軟骨對吻損傷的患者

OCA通常適用于單純股骨髁軟骨損傷[18],對于髕骨股骨或脛骨股骨軟骨對吻損傷(也稱“雙相損傷”)是否可以進行OCA仍存在爭議。盡管一些研究指出對吻損傷行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,甚至對于較大的軟骨缺損灶也符合該手術指征。有研究顯示,平均損傷面積為19.2 cm2(最大面積達41 cm2)的軟骨缺損患者行OCA修復后國際膝關節文獻委員會(international knee documentation committee,IKDC)評分和膝關節功能(knee society function,KS-F)評分均有提高[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OCA可以對股骨髁剝脫性骨軟骨炎進行手術治療,其有效率達70%[17]。OCA也是股骨髁骨壞死的一種合理的挽救措施,研究數據顯示,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個月(25～235個月)后有效率為96%,避免了全膝關節置換[18]。

1.5 初次OCA或ACI等軟骨修復技術失敗的患者

OCA初次失敗不會影響后期的修復,可以作為初次OCA或ACI失敗的生物學選擇[21]。有研究指出初次軟骨修復失敗后再進行OCA的治愈率達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 膝關節半月板功能不全的患者

膝關節半月板功能不全會加劇移植物退變,致使OCA失敗率明顯增加。OCA移植前需通過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,對于軟骨損傷合并半月板損傷的患者,同時進行OCA和半月板同種異體移植(meniscus allograft transplantation,MAT)的5年生存率為86%[23]。也有研究報道,內側半月板切除后軟骨缺損行OCA移植術,術后28個月軟骨修復失敗同時伴有膝關節疼痛加劇[24]。因此,半月板功能不全患者為OCA的禁忌證。

2.2 膝關節韌帶損傷的患者

膝關節韌帶損傷伴隨關節不穩可加劇移植物退變。當韌帶損傷后膝關節出現下肢力線改變,并于OCA術前或術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,膝關節韌帶損傷可以作為OCA的相對禁忌證。

2.3 膝關節力線不正的患者

膝關節力線會影響正常關節的功能。研究指出,內翻型膝關節患者內側股骨髁OCA移植后軟骨再生失敗率明顯增加,降低局部不當的應力刺激是維持OCA軟骨細胞存活的有利條件。因此,正常的關節力線結構是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,同時該方法對于治療雙相OA病變的預后更差[12]。也有研究表明在接受OCA治療的OA患者中,超過86%的患者在修復2年內仍會接受全膝關節置換術[27]。

2.5 感染性關節病患者

對于膝關節活動性感染,如炎性關節病,炎癥因子刺激軟骨損傷處發生炎性反應,并抑制移植物營養物質的吸收,致使缺損修復失敗。因此感染性關節病是OCA的禁忌證[28]。

2.6 難復性膝關節脫位患者

難復性膝關節脫位是OCA的禁忌證。研究指出,股骨內側髁骨軟骨缺損行OCA修復且不糾正脫位關節會導致修復失效,但缺損修復同期采用手術糾正脫位關節會提高修復效果[29]。

2.7 肥胖、吸煙和既往皮質類固醇使用的患者

肥胖、吸煙或長期使用皮質類固醇的患者容易發生骨代謝異常[28],這些因素導致OCA移植物產生不可逆的損傷。研究顯示,身體質量指數超過35 kg/m2者移植后發生失效的風險增加,這是由于移植物處應力集中導致活細胞死亡[30]。皮質類固醇的使用會影響OCA營養物質的吸收,產生修復困難的不良后果,因此OCA治療前應停止皮質類固醇的使用[31]。也有研究指出,持續吸煙會干擾移植物骨結合部位血運重建過程,甚至血管閉塞,后期修復區域會發生塌陷或壞死[16,18]。

2.8 年齡較大的患者

有研究指出,OCA用于治療超過40歲以上成人與40歲以下年輕患者的癥狀改善相當,可以為膝關節軟骨缺損患者提供延緩膝關節置換安全可靠的治療方法[32-33]。研究發現,平均年齡為48歲(最大年齡達63歲)的骨軟骨缺損患者(Outerbridge分級為4級),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40歲的患者使用OCA治療的失敗率較高,但對于年齡超過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可以作為一種相對禁忌證[33]。

3 術前輔助檢查評估

OCA術前需行輔助檢查,包括X線、CT、MRI、3D打印、關節鏡檢查、步態分析、肌電圖等。(1)通過膝關節前后負重位和膝關節側位負重位X線片評估OA嚴重程度;通過膝關節屈曲30 °、60 °和90 °側位X線片評估髕骨軌跡以及有無髕骨不穩;采用雙下肢全長力線X線片評估下肢機械應力軸,為選擇合適的同種異體移植物提供依據[34-35]。(2)CT可以對術前病變部位精確定位骨缺損的寬度和深度,進一步評估缺損骨量[36]。(3)MRI可用于術前和術后評估,術前結合3D打印評估骨軟骨缺損的體積,為供體準備提供依據;通過T2馳豫時間來評估術后修復軟骨內膠原組織關聯量,兩者往往呈正相關[37],并依據軟骨修復組織磁共振觀察(magnetic resonance observation of cartilage repair tissue,MOCART)評分系統對修復軟骨進行客觀指標評估。同時MRI也可以對術前半月板或韌帶損傷程度進行評估。(4)術前關節鏡檢查不僅可以清理關節腔內游離物和增生物,還可以作為軟骨損傷部位和損傷大小評估的金標準,為OCA移植提供準備工作[38]。(5)步態分析通過步速、步長和足底壓力面積分布評估OA的嚴重程度,為膝關節韌帶和半月板損傷提供評估依據,為OCA術后康復予以指導。三維步態分析顯示步速變慢、步長變小、膝關節伸展不足、脛骨內旋增加,提示前交叉韌帶損傷;三維步態分析顯示步速變慢、膝關節屈伸受限,提示半月板損傷[39]。(6)關節周圍神經功能障礙將會影響OCA移植,肌電圖客觀評估肌肉力量和協調性,可以作為半月板損傷后電生理改變的參考,同時也可以作為OCA術后康復的理論依據[40]。

4 展 望

OCA在膝關節軟骨損傷修復的應用任重而道遠,所面臨的挑戰包括:異體移植物的儲存和大小匹配、組織的可用性、軟骨細胞的存活率、免疫移植反應的可能性以及能否單純采用關節鏡手術技術來完成。同時還需要拓寬OCA適應證,如該手術是否還可用于骨壞死、骨折愈合不良或創傷后關節炎情況下的復雜膝關節生物重建[41]。總體而言,OCA是一種有效的治療軟骨缺損的方法,無論是否伴有軟骨下骨受損,還是較大面積的軟骨缺損,OCA對于缺損修復都是有效的,術前正確的輔助檢查評估也是至關重要的。