开放楔形胫骨高位截骨术后膝关节软骨修复的影响因素研究进展

朱兵，裴保安，高万里，訾金花，段珊珊，李东方，吴立生

(1泰山医学院，山东泰安 271000；2临沂市人民医院)

膝关节骨性关节炎(KOA)是老年人常见的疾病，随着人们生活水平的不断提高，久坐的不良工作习惯、肥胖等问题的相继出现，KOA的发病率越来越高，且呈现年轻化[1]，严重影响患者生活质量。自Conventry等[2]提出胫骨高位截骨在单间室KOA治疗上具有良好效果以来，经过半个多世纪的不断完善与发展，开放楔形胫骨高位截骨术(OWHTO)与锁定钢板的完美组合已经发展成为治疗KOA的一种固定手术方式[3]。随着保膝理念的普及[4]，胫骨高位截骨已广泛应用于临床，很大程度上解决了患者疼痛和活动受限等问题，尤其对活动功能要求较高的患者人群。很长时间以来，人们都认为关节软骨缺乏再生的能力[5,6]。但大量研究[7～9]发现，OWHTO不仅具有较高的手术生存率，有效恢复患者运动功能，延缓甚至避免TKA的进行，并且通过随访发现，原先磨损的膝关节内侧间室出现了一定程度的软骨再生现象[10,11]。Jung等[10]对159例患者在术后2 年取除内固定物时同期行关节镜手术，发现有147例患者中出现软骨再生，其中成熟的再生软骨比例为4%，不成熟的比例为96%[11]。不同的文献报道或在同一文献中，软骨的修复程度是有区别的，虽然修复的软骨在关节镜下多呈纤维软骨形态[12]，但在临床功能上却起到了透明软骨的作用，其再生软骨的超微结构及功能需要进一步证实。OWHTO术后影响膝软骨修复的原因是多样的，术后下肢力线、术前关节软骨损伤程度、股骨内侧髁与胫骨内侧平台的不同解剖、BMI、膝关节炎症因子水平等均为重要原因。因此，探究OWHTO术后影响膝关节软骨修复的因素，对OWHTO术后临床效果的提高有重要意义。现将OWHTO后膝关节软骨修复影响因素研究进展情况综述如下。

1 术后下肢力线

下肢力线对膝关节软骨表面的应力分布具有显著的影响，被认为是影响膝关节退化的重要因素[13]之一。保持理想的术后下肢力线，可以在术后随访中看到膝关节再生的软骨[14]。研究[14,15]发现，通过HTO将下肢力线转移到胫骨平台外侧的30%～40%，可以显著降低内侧间室的压力。术后下肢力线的矫正程度影响内外侧间室软骨的应力分布，直接影响软骨再生。Trad等[16]通过使用有限元分析的方式研究开放楔形胫骨高位截骨过程中矫正角度对关节软骨应力分布的影响，发现下肢力线从内侧间室转移到外侧间室可以通过0°～10°外翻矫正来完成，同时内侧间室Von Mises评分和剪切应力相应减少。当矫正角度达到外翻4.5°时可达到力线矫正的期望值，使得内外间室的应力分布达到平衡。Koshino等[17]对115例(146例)膝关节在术后2 年取内固定时同期行关节镜观察软骨再生程度，将结果分为3个等级，A级没有再生软骨(13例)，B级可以发现在原先退化的区域出现部分纤维软骨再生(86例)，C级可以看到全覆盖的纤维软骨(47例)，并且发现下肢力线外翻矫正〉5°时出现软骨再生的患者数量要大于外翻矫正〈5°的患者数量。Odenbring等[18]对成功随访的16位患者的数据进行分析，发现下肢力线偏向外侧间室的患者中更易出现内侧间室的软骨再生。为使得OWHTO术后力线调整更为精确，很多学者也做出了相关研究。Yan等[19]对检索到的24篇文献进行系统分析，发现计算机导航技术在胫骨高位截骨术的应用中，可以取得更加精确的下肢力线调整。Kim等[20]、Yang等[21]应用OWHTO结合3D打印的方式进行手术操作，相对于传统单纯OWHTO手术，其截骨撑开角度及下肢力线的矫正更加接近术前设计，可获得更加确切的临床结果。因此，对于行OWHTO手术的患者，应该注意术中精确的下肢力线调整，以求在术后其膝关节内外侧间室可以获得良好的应力分布，这将有效提高术后软骨的修复过程。

2 术前软骨的退化程度

术前软骨的退化程度是影响术后软骨再生的另外一个重要因素。研究表明[22]，KOA患者骨软骨板和软骨下骨在结构上常常发生改变。正常情况下，骨软骨板是骨和软骨的连接区域，也是骨与软骨之间的交流缓冲带，通常由钙化软骨和薄层皮质骨组成，在传导分散应力、抵抗剪切力、紧密连接骨和软骨等方面起到重要作用。钙化软骨层和松质骨之间有一层富含血管薄层皮质骨，称为皮质终板，能够对软骨提供约50%的糖和营养。位于软骨下方的骨组织称为软骨下骨，由于其在关节表面内位置不同以及局部承受应力微环境不同，软骨下骨在解剖上呈现高度的可变性。KOA患者的软骨下骨和骨软骨板在结构上具有不同程度的改变，如钙化的软骨层增厚，双重潮线，软骨下骨硬化。软骨弹性会因多重潮线和钙化软骨层增厚而降低，异常应力的作用也可加速上层软骨降解。软骨下骨的改变影响上层软骨生物应力特性以及骨和软骨之间的生物学关系[23]。Wakabayashi等[24]根据软骨损伤Outerbridge 分级的方法将73例患者分为A、B两组(A组37例，软骨损伤为IV级；B组36例，软骨损伤为Ⅲ级)，在行OWHTO术后的第12个月行关节镜手术观察软骨再生情况，统计对比发现无论是股骨内侧髁还是胫骨内侧平台，B组的软骨再生率明显高于A组，也就是说术前软骨损伤程度较严重、全层软骨损伤、软骨下骨暴露的B组比A组的修复程度要好。该结果进一步证实了先前Mankin等[25,26]的研究，他认为全层软骨的缺失可使得骨髓内的间充质细胞等更容易进入关节，促进软骨的再生。Kumagai等[27]也证实，软骨部分损伤的再生能力明显高于软骨全层损伤。笔者认为，全层软骨的磨损打开了骨与软骨之间的交流屏障，各种促进软骨生长的因子进入关节，在一定程度上促进了软骨的再生。因此，术前患者膝软骨的退化程度影响着其再生修复的能力。

3 股骨内侧髁与胫骨内侧平台解剖的不同

膝关节的胫股关节主要由内侧的胫股关节面和外侧的胫股关节面构成，内侧关节面呈碗形凹陷，凸起的股骨关节面与凹陷的胫骨关节面彼此吻合，使膝关节在矢状面上做屈伸活动，由于胫骨、股骨特殊的解剖结构，使其在屈伸时发生动态变化的接触力点。Akizuki等[28]，Koshino等[17]发现，术前、术后胫骨内侧平台以及股骨内侧髁都有不同程度的软骨再生，但是股骨内侧髁的再生程度明显高于胫骨内侧平台。Parker等[29]认为，股骨内侧髁与胫骨内侧平台软骨修复的差异可能是因其解剖及磨损程度的不同引起，在股骨内侧髁，随着膝关节的屈伸活动，其负重力点是在不断变化的，而在胫骨平台上，其力点的变化范围要小得多。研究[30]也再次验证了之前的结果，在对104例行OWHTO的患者术后2 a行二次关节镜观察，发现股骨内侧髁与胫骨内侧平台软骨均获得不同程度修复，股骨内侧髁的修复率达到72.1%，胫骨内侧平台的软骨修复率为54.8%，并且发现全层软骨缺损的病例中其软骨修复的程度较部分软骨缺损的病例更高。此外Schuster等[31]利用OWHTO+微骨折的方法对79例严重的内侧间室KOA患者进行手术，在(1.4±0.5)a的随访结果中取得了良好的软骨再生率，其中股骨髁的软骨再生率达到84.8%，胫骨平台的软骨再生率达78.4%。笔者认为，股骨内侧髁与胫骨内侧平台具有不同解剖特点，在其运动过程中应力的分布及软骨的磨损程度会有区别，这可能是造成股骨侧与胫骨侧软骨修复程度不同的原因。

4 BMI

文献[32]报道，BMI过大是加速KOA进展的重要不利因素。Sun等[33]发现，与正常范围BMI患者比较，高BMI患者更易形成KOA，且会增加患者在围术期相关并发症发生率。同样过大的BMI也是影响膝关节软骨修复的因素。王承祥等[34]发现，行OWHTO后，在重力力臂同等的情况下，与低BMI患者相比，高BMI患者的膝关节的载荷明显增加。研究[27]对来自100例患者的131例膝关节进行了对比，发现BMI指数高的患者中，其软骨再生比率小于BMI指数低的患者。因此，笔者认为BMI是影响患者OWHTO术后软骨修复的因素之一，避免患者具有较高的BMI在一定程度上可以提高软骨修复的程度。

5 炎症细胞因子水平

炎症因子在KOA发展过程中起到重要作用，他能干扰软骨细胞合成与代谢的平衡[35,36]。IL-1β、IL-6、IL-17、IL-18、TNF-α等多种炎症因子[37～41]都已证实影响着KOA的病理进程。相关研究发现，细胞因子IL-1β等的水平多与KOA严重程度呈正相关[42]，并且多能引起对MMPs的异常调控，而MMPs对软骨细胞外基质的Ⅱ型胶原和蛋白聚糖具有高度裂解作用，严重损伤关节软骨[43]。Bai等[44]对26例患者行OWHTO治疗，并检测治疗前后血浆及关节液中炎症因子(IL-1β、IL-6、IL-17)，发现血浆及关节滑液中IL-1β、IL-6、IL-17水平在术后6个月的时候较术前显著降低，但并未恢复到正常水平。笔者认为，OWHTO术后膝关节内侧间室局部应力的降低可以减少相关炎症因子的产生，而炎症因子水平的下降减少了对MMPs的异常调控作用，在一定程度上改善了KOA患者局部生物微环境，相对缓和的生物微环境对关节软骨的修复起到重要作用。

综上所述，OWHTO后膝关节软骨修复的影响因素有多种，术后下肢力线、术前关节软骨损伤程度、股骨内侧髁与胫骨内侧平台的不同解剖、BMI、膝关节炎症因子水平等均为重要原因。OWHTO联合其他方法的临床应用可在一定程度上减少上述因素的不利影响。现阶段关于OWHTO术后影响关节软骨的影响因素研究并不确切，大多仍停留在功能、临床效果的评估上，在分子及细胞水平上的基础研究十分缺乏。笔者认为，在临床随访关注患者功能及效果的同时，还需要进一步加强对软骨修复的基础研究，比如除关节镜直视下观察表面软骨的修复情况外，收集部分深层的修复软骨进行病理学观察，从细胞层面上论证软骨的修复究竟是纤维软骨还是透明软骨；通过电子显微镜进行观察，从超微结构详尽地阐述软骨修复情况；通过炎症因子检查，从分子免疫学解释HTO治疗KOA的治疗机制。膝关节软骨损伤后的修复，无论是对患者还是临床医生都具有重要意义，笔者所研究的课题就是从超微结构以及分子免疫学的角度对修复软骨进行观察，随着研究的进一步深入，我们相信会在软骨修复问题上获得更加明确的成果。