小转速髓芯减压结合自体红骨髓组织工程复合物治疗早中期股骨头缺血性坏死

宁卫权王万春*刘武夷彭水姣谭进许文湘

小转速髓芯减压结合自体红骨髓组织工程复合物治疗早中期股骨头缺血性坏死

宁卫权1王万春2*刘武夷1彭水姣1谭进1许文湘1

目的探讨小转速髓芯减压结合自体红骨髓组织工程复合物治疗早中期股骨头缺血性坏死的临床疗效。方法选取2010年6月至2015年6月在我院住院的股骨头缺血坏死患者47例（52髋），采用随机数字表法分为2组：A组采用小转速髓芯减压+自体红骨髓组织工程复合物的方法治疗25例（28髋），B组采用髓芯减压+人工骨治疗22例（24髋），所有患者术前行髋关节X线片、CT及MRI检查，术后6、12、18个月行髋关节X线片、CT、MRI检查观察股骨头修复及坏死进展情况。结果所有病例平均随访34个月（18～60个月）。经过治疗，两组患者的临床坏死体积对比，影像学稳定率，股骨头生存率，有统计学差异（<0.05），两组患者的性别、年龄、病因基础资料差异无统计学意义（>0.05）。结论小转速髓芯减压+自体红骨髓组织工程复合物治疗早中期股骨头缺血性坏死操作简单，临床疗效满意，早期患者术后优良率更高。

股骨头坏死；小转速；髓芯减压；自体红骨髓；组织工程复合物；手术治疗

股骨头缺血性坏死（avascular necrosis of femoral head. ANFH）发病机制尚未彻底阐明，常由糖皮质激素类、酒精类以及特发性因素等所致，由于骨坏死为进展性，后期出现股骨头塌陷及髋关节疾病,发病年龄多见于中青年，且多为双侧发病，随着病情进展，晚期需行人工关节置换。近年来人工关节技术及组织工程学的发展迅速，人工关节置换是修复股骨头坏死的主要手段之一，但是中青年患者人工关节置换的长期疗效仍难以预料。多数晚期患者由于置换时年龄小，可能需要1次或1次以上的人工关节翻修，对患者本人及家庭造成了很大的经济压力和精神压力。尽管如此，绝大多数中青年患者因为逐渐加重的疼痛和步行困难只能采取人工关节置换治疗。因此，采取何种简便易行的方法保留股骨头，有效降低髋关节置换率，是关节外科临床和基础研究的重点。髓芯减压可通过清除股骨头坏死组织、打断骨内高压的恶性循环，有效减轻疼痛，从而促使股骨头内血运重建，延缓股骨头坏死的进一步发展，目前使用该方法治疗早中期股骨头坏死已广泛应用[1]。由于ANFH患者患病年龄轻、活动量大，进行关节置换术后常常需要多次翻修手术，因此治疗ANFH的主要目的是减轻患者疼痛、改善病变股骨头血液循环、促进血运重建以防止或延缓股骨头塌陷从而保留患者自身股骨头，延迟或者避免该类患者的人工关节置换。自然转速产生的高温对股骨头血供是否造成二次损伤？什么样的转速可以有效避免股骨头二次损伤？如何在手术中降低或者避免术中反复刺入的损伤和反复X射线透视引起的放射性损伤？骨髓基质干细胞提取需要较多人体红骨髓，体外分离或培养要求较高的无菌环境，通过BMP复合自体红骨髓诱导骨髓基质干细胞定向分化为成骨细胞是否可以采用较小量骨髓？本文前瞻性采用小转速髓芯减压+自体红骨髓组织工程复合物的方法，对照采用常速髓芯减压+人工骨治疗股骨头坏死患者，分析两组病例资料，对比股骨头修复及坏死进展情况，深入分析影响股骨头坏死预后的因素，具体情况如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2010年6月至2015年6月住院治疗的47例（52髋）股骨头坏死患者为研究对象，所有参与研究的患者均签署知情同意书，并由医院伦理委员会批准。采用数字随机表法分为两组：小转速髓芯减压+自体红骨髓组织工程复合物25例（28髋）为治疗组（A组），其中男15例，女10例，年龄26～53岁，平均（34.38±8.16）岁，左髋12例，右髋10例，双髋3例。B组22例（24髋）采用常速髓芯减压+人工骨治疗，其中男12例，女10例，年龄27～52岁，平均（32.26±8.25）岁，左髋10例，右髋10例，双髋2例。两组患者性别、年龄、左右侧具有均衡性，差异无统计学意义（>0.05）。术前常规行髋关节X线片、CT及MRI检查。根据国际ARCO的骨坏死分期标准[2]进行分期。两组ARCO分期、发病原因分析无差异（>0.05）。

表1 两组一般资料比较

1.2 纳入及排除标准

排除标准：曾行保头治疗失败患者，股骨头有塌陷的Ⅲ期及Ⅳ期股骨头坏死患者，合并类风湿性关节炎、感染性关节炎的患者。

1.3 股骨头坏死的体积计算

MRI多层面重建获得股骨头的解剖形态，选择最佳的股骨头坏死病灶减压路径；计算股骨头坏死的面积，乘以扫描的层厚，所得即为股骨头坏死部位的体积。A组在术前MRI重建股骨头，对照组不重建。

1.4 手术方法

A组在进行髓芯减压时采用小转速钻入，进行自体红骨髓组织工程复合物植入；对照组仅进行常速髓芯减压后人工骨植入。

1.4.1 自体红骨髓采集

术前1小时在患者两侧髂前上棘每侧2个穿刺点用骨髓穿刺针抽取骨髓，术前根据MRI测算体积，按照每5%的体积采取1.2g～1.4 g植入骨进行打压植骨，同时每1 g人工骨大约消耗3 mL红骨髓进行测算抽取红骨髓。每10mL红骨髓中含肝素盐水2 mL。

1.4.2 自体红骨髓组织工程复合物制备

植入骨材料是由骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）+同种异体的人工松质骨(载体)构成，具备骨诱导活性。将2 g小碎块状OAM产品置于含抗生素生理盐水中复水15 min取出，将抽取的红骨髓与骨碎块混匀并浸透松质骨孔，即制备成自体红骨髓组织工程复合物。对照组植入材料为单纯同种异体的人工松质骨。

1.4.3 髓芯减压、死骨刮除、植骨

选择大转子下方外侧长约5 cm正中切口，纵行劈开阔筋膜及股外侧肌，剥离骨膜暴露股骨干骺端外侧，根据术前MRI定位确定坏死区域和面积，“C”型臂引导下定位后将2-3枚2 mm导针按术前选择的减压路径钻入股骨头骨坏死区，小转速组调整转速为300转/分钟，对照组转速为800转/分钟，予8 mm空心钻钻出骨隧道。在透视引导下经骨隧道刮除死骨及其周围，刮除物常规送组织学检查，关节镜经骨隧道观察确认坏死骨全部刮除后，经隧道植入植入材料，击入器适当压紧，逐层关闭切口。

1.5 随访及疗效评价

所有病例平均随访34个月(18～60个月)。术后通过门诊检查，复查患者髋关节X线片CT、MRI检查评估股骨头修复及坏死进展情况。当选择其他治疗方法或行关节置换时，即为随访结束，之前的坏死体积比作为最终结果。

1.6 统计学处理

应用SPSS15.0统计软件统计。统计方法包括完全随机设计的方差分析、卡方检验。<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组治疗前后坏死体积比较

治疗组28髋中，2髋在术后复查MRI显示坏死体积比增大，余26髋关节液基本吸收，水肿带明显缩小，坏死体积较术前减小。B组24髋中，8髋在术后复查MRI显示坏死体积比增大，余16髋关节液基本吸收，水肿带明显缩小，坏死体积较术前减小。相对于对照组，A组治疗前后坏死体积比比较，差异有统计学意义（<0.05）；其中治疗方法与治疗时间有交互作用，差异有统计学意义（<0.05）；组间坏死体积比比较，差异有统计学意义（<0.05）；不同时间之间坏死体积比较，差异有统计学意义（<0.05）。治疗后6、12、18个月治疗组坏死体积比低于对照组，差异有统计学意义（<0.05）；两组治疗后6、12、18个月坏死体积比低于治疗前，差异有统计学意义（<0.05，见表2）。

表2 两组患者术前与术后坏死体积比的比较（±s，%）

2.2 两组术后影像学稳定性比较

总影像学稳定率为80.77%(42/52)。A组28髋中26髋术后影像学稳定，2髋进展：1髋ARCOⅡa期于术后12个月发展为ARCOⅡb期，经积极处理，术后18个月复查未进一步进展，1髋于术后18个月发展为ARCOⅢc期，术后影像学稳定率为92.86%，高于对照组，差异有统计学意义（<0.05）；B组24髋中16髋术后影像学稳定，8髋进展：2髋ARCOⅡa期于术后12个月分别发展为ARCOⅡb期（1髋）及ARCOⅡc期（1髋），经处理术后18个月复查未进一步进展，6髋于术后18个月发展为ARCOⅢc期，术后影像学稳定率为66.66%（见表3）。

表3 不同组别术后影像学稳定率比较（n（%））

3.3 股骨头生存率

总股骨头生存率为86.54%(57/75)。A组1髋人工关节置换，术后股骨头生存率为96.43%，高于对照组，差异有统计学意义（<0.05）；B组6髋于术后18个月发展为ARCOⅢc期行人工关节置换，术后股骨头生存率为75.00%（见表4）。

表4 两组患者治疗后股骨头生存率比较（n（%））

3.4 典型病例

典型病例的术前术后MRI图片如下：

病例1 A术前MRI显示为Ⅱc期；B术后6月MRI显示为病灶清除良好，股骨头坏死无进展；C术后五年，股骨头形态完整，未见坏死灶及骨性关节炎改变。

病例2 A术前MRI显示为Ⅱb期；B术后三年，坏死灶消失，股骨头形态完整。

3 讨论

3.1 小转速髓芯减压对股骨头的影响

髓芯减压术治疗股骨头坏死具备的优点[3]：操作简单易行、手术时间短，出血量少；手术经验和技术成熟;可以同时进行骨或细胞移植、组织工程等手术；不破坏髋关节的大体结构，不影响将来的其他手术。髓芯减压术治疗股骨头坏死的临床效果得到临床医师和患者的高度肯定。髓芯减压术的主要作用机制有：通过打通坏死股骨头的硬化带，缓解了骨内高压状态的持续发展。有效改善坏死区的血液循环并促进其重建，阻止或减少股骨头坏死的进展，从而有效预防或减少股骨头塌陷的发生机会。

虽然髓芯减压治疗股骨头坏死获得成功，但仍有部分患者术后疼痛症状缓解不佳，影像学显示股骨头坏死仍有进展。有研究认为其原因是[4]：髓内减压多采用粗钻头，导致股骨头负重区骨质缺损，使股骨头失去了正常支撑作用；股骨头钻孔时采用高速电钻，钻孔隧道周壁的骨细胞可能由于钻孔时的高热而坏死，导致植骨后效果不佳。有研究[5]指出，采用传统钻头，转速等于1400 rpm时，骨头温度在49-55.5℃之间，在股骨头钻孔时推荐采用小于或等于1500 rpm的转速，以防止钻孔引发的高热损伤。本研究对照组虽然术后6、12月MRI显示影像学进展病例较治疗组明显增加，但较术前股骨头坏死体积总体变少（<0.05），说明通过多个孔道的髓芯减压，能有效减少对股骨头正常骨组织的影响，诱导坏死区域的血液循环的重建及骨再生产，促使坏死区骨小梁重建，避免病情进展。通过改进对照组的治疗方法，可以获得更好的治疗效果。在病理学检查中未检测到对照组由于高温导致的骨坏死碎屑，究其原因可能是病例数太少，尤其是硬化型股骨头坏死病例较少，钻孔时间短，未导致由于高温引起的股骨头骨质进一步坏死，但术后6、12月MRI显示对照组影像学进展病例明显增加，差异有统计学意义（<0.05）。证明采取自然转速钻孔时可能导致股骨头内温度升高二次损伤；笔者建议术中采取300转/分钟的低转速髓芯减压，不容易因高热引发二次损伤，有利于坏死区的修复及重建。

3.2 MRI体积计算在股骨头坏死中的应用

缺血性股骨头坏死常见于青壮年，早期症状轻微容易引起忽视，此时常规X线片往往显示正常，明确诊断多需CT或MRI检查。由于MRI对骨坏死有特异性和敏感性，因此采用MRI对股骨头坏死尤其是早期股骨头坏死进行筛选更具有意义[6]。髓芯减压手术中穿刺损伤及放射性损伤越来越受到重视，有文献[7]指出髓芯减压效果不佳的原因可能有：C形臂平面定位不够准确，导致术中反复穿刺；为准确穿刺，X射线透视时间长，引起的放射性损伤。研究[7]认为可以通过术前测量和估算坏死体积精准定位坏死灶，可以明显降低或者避免术中反复刺入的损伤和反复X射线透视引起的放射性损伤，可以有效提高髓芯减压的成功率。通过本研究笔者体会到：MRI图像能多序列、多方位准确显示坏死的范围，将其重建并计算体积后可以精准定位坏死病灶，从而让手术医师准确了解坏死区域的详细资料，按照每5%的体积采取1.2-1.4 g人工骨进行打压植骨，可以量化植入骨组织的用量，同时每1g人工骨大约消耗3mL红骨髓，从而确定骨髓穿刺的次数及骨髓抽取量，减少了红骨髓的浪费；通过术前定位可以明确最佳手术减压通道，让手术医师术前掌握坏死的立体结构，二维定位后结合术中“C”形臂定位可以准确进行穿刺定位，术中一次穿刺成功率大大提高，降低反复穿刺造成的二次损伤，“C”形臂的使用次数由以前的4～5次降低到2～3次，并且每次照射的时间明显缩短，减少了“C”形臂引起的放射性损伤，提高手术的成功率。通过MRI测量并评估股骨头坏死的面积和体积，可将股骨头坏死的诊断、预后进行定量及定性评估，对术前评估、术中操作、术后随访有较为重要的指导意义，为临床治疗缺血性股骨头坏死提供确切的资料数据。

3.3 自体红骨髓组织工程复合物的作用机制

对于早期缺血性股骨头坏死，单纯行股骨头髓芯减压、病灶清除虽然有效延缓了骨坏死的自然进程，但在减压过程中清除了软骨下坏死骨，导致最大应力/强度比增大，术后出现股骨头塌陷和股骨颈、股骨头骨折的可能性增加。通过坏死区植骨可以增加股骨头的强度，改变其内的应力分布，从而降低股骨头塌陷风险[8]。目前常用的植骨通道有[9]：经髓芯减压隧道植骨、经股骨头开窗植骨、经股骨颈开窗植骨。其中经髓芯减压隧道进行植骨是临床最常用的方法，冯宾等[10]采用髓芯减压+同种异体骨打压植骨治疗早期股骨头坏死，认为可缓解患者症状，延缓股骨头坏死进展及关节置换时间，可获得满意的临床疗效，手术疗效与患者术前ARCO分期相关，早期患者可获得更好的优良率。陈黔[11]等采用髓芯减压结合硫酸钙人工骨植入治疗股骨头缺血坏死，总体疼痛进展率为13.73%，影像学进展率为21.57%，股骨头生存率为86.27%，认为用硫酸钙人工骨在坏死区新骨形成前可以起到一定的力学支撑效果。

近年来，髓芯减压、骨诱导材料(生长因子、干细胞)结合植骨形成组织工程复合物治疗股骨头坏死、增强股骨头骨修复已成为研究热点[12]。有研究[13]认为BMP是骨生成启动因子，BMP的诱导成骨作用表现在诱导有成骨潜能的间充质细胞经过化学趋向并聚集、分化为成骨细胞，进而形成软骨和骨。研究[14]表明，股骨头坏死区的BMP的表达过低可能影响了股骨头坏死区的骨修复与重建。李亚非等[15]发现当股骨头内存在骨坏死、骨修复条件，骨髓基质干细胞可以在适宜的体内理化、营养环境中进行增殖和分化为成骨细胞，单位体积内基质干细胞、成骨细胞的数量和活性明显提高，促进新骨生成。

本研究发现，两种方法治疗ARCO分期I—ⅢA期ANFH，相对于对照组，A组治疗前后坏死体积比比较，差异有统计学意义（<0.05）；A组术后影像学稳定率为92.86%，高于对照组，差异有统计学意义（<0.05）；A组1髋人工关节置换，术后股骨头生存率为96.43%，高于对照组，差异有统计学意义（<0.05）。说明应用小转速髓芯减压植骨联合自体红骨髓组织工程复合物治疗ANFH有以下优点：小转速髓芯减压直达病损区，去除硬化带确切充分减压解除股骨头骨内高压、改善骨微循环障碍的同时没有产生新的损伤，通过刺激大转子部的血管再生，增加股骨头血供，延缓病变进展，可以促进坏死股骨头的修复；自体红骨髓组织工程复合物起到载体的作用，能防止早期BMP和骨髓干细胞的流失，提供了股骨头修复重建的骨生成启动因子和种子细胞，减少了红骨髓的采取量；植入的自体红骨髓组织工程复合物通过BMP显著诱导自体红骨髓内骨髓基质干细胞定向分化为成骨细胞的能力，亦有利于维持股骨头颈内较长时间的骨修复；植骨可有效提供支撑，填补了刮除坏死部位的骨组织缺损，预防股骨头坏死部位的负重区塌陷，改善了股骨头坏死区的骨连接，为股骨头修复重建创造良好的生长环境；不需进行体外培养及分离，避免了污染的可能性，操作简便，临床实用性强。

总之，小转速髓芯减压植骨联合自体红骨髓组织工程复合物治疗股骨头坏死，可显著减轻患髋疼痛，有效避免股骨头和软骨下骨发生塌陷，适用于中、早期股骨头坏死。

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Small rotate speed core decompression and tissue engineering complexation of autologous red bone marrow treatment for the middle of avascular necrosis of femoral head

Ning Weiquan1,Wang Wanchun2,LiuWuyi1,etal.1 DePartment of OrthoPaedics,theSecondHospitalofXiangtan, Xiangtan Hunan 411100,China;2 Department of Orthopaedics,theSecondXiangya Hospital,Central South University, Changsha Hunan，411011,China

Objective Toexplorethe clinical curative effectofsmall rotatespeedcoredecompressionandtissue engineering complexation of autologous red bone marrow to the middle of avascular necrosis of femoral head.Methods Selection in Jun 2010 to Jun 2015 in our hospital in patients with avascular necrosis of fermoral head 47 cases(52 hips),it is divided into two groups using the random number table.Group A with small rotate speed core decompression and tissue engineering complexation of autologous red bone marrow treatment of 25 cases(28 hips),group B treated with core decompression and artificial bone marrow in 22 case(24 hips),all patients with preoperative hip X-ray films,CT and MRI examination,after 6,12,18 months,hip X-ray films,CT,MRI were taken to observe the progress of the repair andnecrosis offemoral head.ResultsAllcases haveanaveragefollow-up of 34months(18～60 months).Aftertreatment,the comparison of two groups of patients with clinical necrosis volume,imaging stability rate and the survival rate of the femoral head,the difference was statistically significant(<0.05),gender,age,cause basic information of two groups of patients,the difference has no statistical significance(>0.05).Conclusion As for the small rotate speed core decompression,and tissueengineeringcomplexationofautologousredbonemarrowtreatment forthe middle of avascular necrosis of femoral head,the operation is simple,clinical curative effect is satisfied,patients'excellence rate with early postoperative is higher.

Necrosisoffemoralhead;Small rotate speed;Coredecompression;Autologous red bonemarrow;Tissue engineering complexation;The surgical treatment

R681.8

B

10.3969/j.issn.1672-5972.2017.04.006

swgk2017-03-00051

宁卫权（1971-）男，本科，副主任医师。研究方向：骨科。

*[通讯作者]王万春（1961-）男，博士，教授。研究方向：关节。

2017-03-09）

作者单位：1湖南省湘潭市第二人民医院骨科，湘潭湖南411100；2中南大学湘雅二医院关节外科，长沙湖南410007