超选择性股动脉内骨髓单个核细胞移植治疗股骨头坏死187例

王红梅 杨晓凤 张轶斌 许忆峰 吕欣 吕乃武 刘福庆 贾锐周金旭 刘心平

股骨头坏死是一类由于多种原因引起股骨头区血液供应障碍，进而使骨组织发生缺血、变性、坏死、骨小梁断裂及股骨头塌陷，最终导致髋关节功能障碍的疾病，治疗本病的关键是如何改善股骨头区的血液供应，以进一步修复骨质。近年来发现由于缺血引起的损伤可通过侧支循环的建立（arteriogenesis）和血管的新生（angiogenesis）得到代偿[1]，自体干细胞移植血管再生技术的基础研究及临床应用为股骨头坏死的治疗提供了新的思路。本研究对2004年7月至2010年11月的187例股骨头坏死患者进行了经股动脉内超选择性自体骨髓单个核细胞移植的临床研究，现报道如下。

资料与方法

一、临床资料

（一）一般情况

2004年7月至2010年11月期间187例股骨头坏死住院患者，男性126例，女性61例，年龄11～68岁，病程3～96（23.5±6.0）个月，均有髋关节、膝关节疼痛，其中146例跛行，138例髋关节功能障碍。经髋关节 X 线摄片确诊101例，经 CT 确诊 44例，经 MRI 确诊 42例。单侧股骨头坏死 122例，双侧股骨头坏死65例，共252髋。187例患者均接受过中药、按摩和理疗等治疗，病情均未获得缓解或继续恶化，其中采用介入溶栓治疗的患者46例，植骨手术31例。所有患者均签订知情同意书，并经医院医学伦理委员会讨论批准。

（二）分期标准

根据世界骨循环研究学会（ARCO）的国际骨坏死标准[2]对187例患者进行分期：Ⅰ期39 髋，Ⅱ 期 97 髋，Ⅲ 期 88 髋，Ⅳ 期 28 髋。

（三）主要试剂和仪器

Ficoll分离液购自上海华精生物高科技有限公司，FACS Caliber 流式细胞仪为美国 BD 公司。

二、方法

（一）股骨头供血动脉造影

将自体骨髓单个核细胞移植入患者体内前，全部患者均采用数字减影血管造影技术（digital subtraction angiography,DSA）观察股骨头动脉供血情况。

（二）骨髓单个核细胞制备和检测

一方面，组织自身具体操作化为组织成立背景、组织定位、组织结构、组织资源四个方面。本研究举例了组织成立的四种不同背景，即香港背景、高校背景、民间背景以及混合背景（香港+高校），研究发现不同背景的社工组织对组织自身存在和日后发展的定位存在着很大差异，同时在组织内部人员分工和构成、所能够掌握和获得的内外部资源都有很大不同。这里需要说明的是，并非某一特定组织背景一定搭配某种组织定位、结构和资源，在现实情况中往往要复杂得多。

选择患者双侧髂后上棘，严格无菌操作，2﹪利多卡因局部麻醉后，缓慢抽取骨髓200～360ml，Ficoll 密度梯度离心法分离单个核细胞，流式细胞仪检测 CD34+细胞和CD133+细胞在所分离出的干细胞悬液中的含量，将单个核细胞用生理盐水制备成细胞悬液20～30ml待用。

（三）自体骨髓单个核细胞移植

设自身前后对照。将导管超选择性送入患侧旋股内动脉、旋股外动脉和闭孔动脉，取自体骨髓单个核细胞悬液20～30ml缓慢灌注入患侧动脉内。移植的单个核细胞总数为（2.4～7.8）×108个，CD34+细胞和CD133+细胞平均含量分别为2.47﹪±0.58﹪ 和1.29﹪±0.35﹪。

（四）髋关节疼痛程度观察与髋关节功能评价

骨髓单个核细胞移植术后第3、6、12、24、48个月观察髋关节疼痛程度和应用髋关节 Harris 评分进行疗效评价，HHS > 90 分为优，75～90 分为良，60～74.9 分为可，< 60 分为差。

（五）股骨头供血动脉观察与髋关节影像学检查

骨髓单个核细胞移植术后 6 个月行股骨头供血动脉 DSA 观察，为保证造影结果的可信性，采用移植术前同一设备和相同造影条件观察患者血管新生及股骨头供血动脉充盈情况，移植术后12、24、36和48个月行髋关节 X 线摄片、 CT和MRI 检查，观察股骨头区的形态学变化。

三、统计学处理

应用 SPSS 12.0 软件包对数据进行处理，临床症状改善指标用相对数表示，不同检查方法改善情况比较用卡方检验；移植前后髋关节Harris评分以表示，组间差异用单因素方差分析，以P < 0.05为差异有统计学意义。

结 果

一、股骨头供血动脉的观察

移植术前217 髋旋股内、旋股外及闭孔动脉均有不同程度的狭窄或闭塞，仅有12 髋可见侧支循环建立，35 髋血管基本正常。

二、髋关节疼痛程度与髋关节功能

患者随访3～48（24.2±4.5）个月，其中髋关节疼痛缓解者 158例（84.5﹪），髋关节功能改善者 146例（78.1﹪），行走间距延长（自身前后对照）者 149例（79.7﹪，表1）。

表1 干细胞移植术后不同时间临床症状改善情况

骨髓单个核细胞移植术后3、6、12和24个月对患者进行髋关节 Harris 评分显示，与移植术前（对照组）组间差异有统计学意义（P < 0.01）。骨髓单个核细胞移植时间越长，分数值越高，优良率显著增加（表 2）。

表2 ANFH 干细胞移植术前后髋关节 Harris 评分结果( )

表2 ANFH 干细胞移植术前后髋关节 Harris 评分结果( )

注：a术后与术前 Harris 评分对照

评定时间 随访例数 疼痛(分) 关节功能（分） 总分术前 187 25.4±11 27±12 57±18术后 3个月 172 26.0±12 27±10 59±17术后 6个月 134 30.0±10 32±11 67±12术后12个月 126 33.0±12 34± 9 74± 8术后24个月 85 36.0± 8 38± 8 85±11 F 值 21.444 25.522 74.221 P 值 0.000 0.000 0.000

三、股骨头供血动脉观察与髋关节影像学

骨髓单个核细胞移植术后 6 个月54例患者行DSA 股骨头供血动脉检查，48例显示旋股内动脉、旋股外动脉及闭孔动脉管径增粗，新生血管增多，原已闭塞的动脉也重新开通，血流速度增快，局部血液循环明显改善；与移植术前血管造影结果比较，股骨头区血液供应明显改善，可见大量新生血管（ 图 1）。

图1 DSA 检测移植术前后股骨头供血动脉情况

骨髓单个核细胞移植术后 12、24、36和48个月行髋关节 X 线摄片、CT、MRI 检查显示，53例患者中 42例 MRI 发现低信号区所占股骨头体积的百分比与术前比较显著降低（表3），可见股骨头区坏死的骨结构好转，囊性变区面积缩小，骨折线趋于愈合，股骨头表面软骨凹陷消失，髋关节面光滑（图2）；髋关节 CT 可见股骨头有新骨形成，骨折线修复，髋关节软骨炎症明显减轻或消失。由表3可以看出，通过移植术后不同时间观察，MRI能够更敏感地反映出髋关节病变程度，与 CT 和X 线比较差异具有统计学意义（P < 0.05）。

图2 MRI检测移植术前后股骨头区变化情况

表3 移植术后髋关节影像学检查改善情况

讨 论

股骨头坏死是一种严重危害人类健康、致残率极高的常见病。目前治疗方法有多种，如体外震波疗法、高压氧疗法、介入疗法、中药疗法、各种骨移植术、血管移植术术、死骨清除骨材料填充术、髓芯减压术及髋关节置换术等，均有一定疗效，但无论哪一种方法对于本病的分期选择存在较大的局限性，并且缺乏长期追踪观察研究。

目前干细胞技术逐渐兴起和发展，使干细胞治疗股骨头坏死成为研究的热点。干细胞具有多向分化潜能，在特定的环境中与细胞因子作用定向分化为其他细胞，促进受损组织修复[3]。多项实验及临床研究已经证实骨髓干细胞可以向骨组织及血管组织转化。骨髓干细胞体外分离培养后，在一定的诱导条件下，可以向成骨细胞方向分化[4-5]。

Gehling 和Quirici等[6-7]研究表明，在体外动员外周血来源的CD133+细胞能诱导骨髓干细胞分化为内皮细胞，促进缺血肢体血流修复。这种前体细胞具有高增殖分化潜能，以血管生成方式参与缺血性局部代偿血管重建过程。骨髓干细胞动脉灌注兔股骨头坏死实验结果表明，骨髓干细胞可疏通发生病变的股骨头内血管，改善股骨头坏死区及周围组织血液循环，促进血管再生[8]。1997年，Hernigou 等[9]首先应用自体骨髓干细胞植入坏死区治疗镰状细胞病患者的股骨头坏死，取得良好疗效。2002年，Hernigou 和Beaujean等[10]采用髓芯减压术加自体骨髓细胞植入术治疗189例早期股骨头坏死患者，通过5～10年随访证实，髓芯减压术加自体骨髓细胞植入术比单纯髓芯减压术更有利于骨坏死的修复。2004年，Gangji 等[11]报道了对18例 ARCO I～II 期股骨头坏死进行了2 年半的前瞻性队列研究，临床实验结果与Hernigou 的临床实验结果相同，并提示骨髓单个核细胞及间充质干细胞可能对早期股骨头坏死有修复和重塑作用。经动脉骨髓干细胞移植治疗各种病因引起的股骨头坏死已获得显著临床疗效[12-15]。

本研究所选187例股骨头坏死患者在接受骨髓单个核细胞移植术前均应用多种方法治疗未见明显疗效，其主要原因是股骨头区缺血状态未获改善。将骨髓单个核细胞超选择性移植到股骨头区狭窄或闭塞的动脉内使其向血管内皮细胞分化，多条新生血管使股骨头区供血得到改善。根据本研究结果推测，骨髓单个核细胞移植治疗股骨头坏死的机制可能为单个核细胞在缺氧环境下分泌多种细胞因子，形成新生血管网络，促进骨细胞生长，使股骨头发生组织学修复。本组患者随着移植时间延长，临床症状改善愈加明显，一般在移植术后12～24个月症状改善最佳，移植术前后髋关节功能改善非常显著。

本项临床研究结果发现，经动脉内单个核细胞移植治疗股骨头坏死主要适合国际分期 Ⅰ～Ⅲ期初的早中期病变患者，如股骨头已发生明显塌陷、髋关节结构改变的 Ⅲ 期末、Ⅳ 期患者效果不佳。超选择性动脉内单个核细胞移植与直接进行股骨头局部干细胞移植比较，具有细胞存活分化环境优良、手术微创、无二次损伤、适应证宽泛、操作简单安全及患者依从性好等特点。在治疗中未发生严重不良反应事件，说明该方法具有较好的安全性。本技术尚有一些问题需要解决，如细胞移植的最佳时机，新生血管的再狭窄预防、坏死骨组织修复的时间和程度等，均有待进一步研究。

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