创伤性骨软骨损伤治疗的研究进展

李兴屿，周 杰，李沙沙，国富建，杨 翠，叶 鹏，张天喜

遵义医科大学附属医院急诊科，贵州 遵义 563003

在关节损伤中，骨软骨损伤(osteochondral lesions,OL)指软骨和软骨下骨的局部损伤，由急性创伤和多种慢性疾病引起形态学改变，临床以创伤较为常见[1]。其中又以膝、髋、踝关节损伤多见。由于关节软骨再生潜能微弱，目前多种治疗措施均存在缺陷，OL治疗后常合并各种并发症，导致预后不良，影响患者关节功能。近年来，由于对组织工程支架研究的深入，用来修复OL的各种新型材料制备而成的支架也逐渐被应用于临床，但目前对于各类支架治疗OL的有效性还暂未达成共识。本文就OL的研究进展予以分析回顾,旨在为临床诊疗提供参考。

1 创伤性OL

创伤性OL年轻患者常见，包括骨瘀伤、软骨骨折、软骨下骨折和骨软骨骨折，与高强度暴力作用于骨骼相关。

1.1解剖 骨软骨单元由关节软骨成分和较深的软骨下骨成分组成[2]。软骨主要由密集的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)和少量的软骨细胞组成[3]。ECM由水、II型胶原和蛋白聚糖组成，II型胶原、蛋白多糖和胶原纤维形成一个固体网络，软骨层的胶原纤维由表层向深层逐渐变少，而蛋白聚糖逐渐增多，蛋白聚糖集体嵌入其中。不同软骨可有不同的胶原分布模式，软骨内纤维的分布方向通常抵抗着软骨所承受的张力方向[4]。软骨层由浅入深可分为四个区：浅区、过渡区、深区和钙化软骨区，每个区域均有独特的细胞、胶原纤维以及ECM成分，以实现不同的生物力学功能，表层区域主要降低剪切力，而深层区域则对抗压缩力，软骨的特殊之处在于其没有血管、淋巴管和神经[5]。软骨组织和软骨下骨的连接处称为骨软骨连接，供应骨软骨的动脉、静脉和神经只能到达软骨的钙化软骨层，软骨下板内有微小的管道，这是关节软骨营养供给的主要途径[6]。软骨下骨是骨软骨单位最深的组织，主要由羟基磷灰石(hydroxylapatite,HA)和I型胶原组成，因此软骨下骨有较强的硬度和刚度[1]。

1.2病理生理 创伤性OL首先影响关节软骨，当力度足够大时破坏软骨下骨，是一种“由外而内”的致伤机制。关节软骨提供一个光滑、低摩擦、承重的表面，加之关节腔内的滑膜液含有透明质酸和由浅层软骨细胞分泌的润滑素[7]，可润滑软骨表面，延长关节寿命，因其中含有电解质、氧气和葡萄糖，它也是软骨细胞的营养来源之一。由于软骨中缺乏直接滋养的血管和神经，其营养来源主要是通过软骨下骨内血管的基质渗透，当软骨损伤时，关节软骨的自我修复能力有限。相关研究提示发生关节OL时，周围的组织相对健康软骨组织具有较低的细胞性，动物模型证实，对OL行手术治疗后的几周乃至几个月，可观察到其缺损边缘100μm内的细胞密度变低，且部分软骨细胞会发生凋亡，其中以创伤后第4天的凋亡率最高[8]。

1.3诊断 创伤性OL患者多见于青少年[9]，通常会有创伤史，临床表现为创伤碰撞后的关节急性疼痛、关节积血、反复运动后关节疼痛和关节活动受限等，具体情况根据致伤机制不同而不同。目前MRI和关节镜是诊断关节内OL的金标准，MRI适用于早期的创伤性关节内OL，可以确定病变的大小、具体位置、是否合并骨髓病变、骨折线及软骨下板畸形程度等。关节镜检查虽然能清楚暴露软骨表面病变，但对于深部软骨、软骨下骨病变诊断较困难，而临床上关节镜检查一般用于需要合并手术治疗的患者[10]。

2 创伤性OL治疗

创伤性OL的治疗主要包括三个方面：控制疼痛、改善关节功能、阻止疾病进一步发展，治疗方案的选择取决于年龄、症状严重程度及病变的分型[11]。

2.1非手术治疗 非手术治疗多适用于骨软骨块无移位的儿童患者，疗效尚可，对于成人效果多不佳。传统的非手术治疗提倡早期休息、禁止负重并使用石膏固定，后期制动并逐渐恢复运动。相关实验证明当软骨缺损<4mm时可在伤后3～4个月内以纤维软骨的方式修复，因此，对于4mm以内的OL，非手术治疗仍是首选[11]。药物治疗OL也很有必要，其中有非甾体类、中草药、软骨保护药物、糖皮质激素类等。中草药通过内服外敷、熏洗、浸泡等缓解症状；临床上较常用的软骨保护药物是透明质酸，它对关节软骨有营养、润滑及防止关节粘连挛缩等作用；关节软骨创伤后早期行关节腔内注射透明质酸能有效抑制软骨细胞凋亡，预防创伤后骨关节炎发生；糖皮质激素类能缓解关节疼痛，其短期效果良好。

2.2手术治疗 当创伤性OL非手术治疗3～6个月后疗效欠佳，或者急性损伤后有面积较大的分离移位的OL时可考虑手术治疗[12]。常用手术方式有关节镜下病灶微骨折术、骨软骨移植术、骨软骨碎片固定术、关节置换术等[3,13]。而手术方式的选择在很大程度上取决于病变的大小、深度和位置[14]。

2.2.1关节镜下病灶微骨折术:关节镜下病灶微骨折术指关节镜下将患部的非健康软骨、钙化软骨清除，使患者的软骨缺损能够正常生长，重新恢复组织活性，对中小型OL治疗效果佳[15-16]；适用于初次发病、病灶直径<1cm的患者，具有创伤小、恢复快和术后并发症少等优势，还能观察关节内情况，评估关节受损程度。缺点是术后缺损区弹性及光滑性均不如透明软骨的纤维软骨，如果修复失败，会对软骨造成更大损伤，并且不适于直径大的病灶及合并软骨下骨囊变的OL。相关研究显示采用关节镜微骨折术治疗膝关节OL效果确切,预后良好，能促进损伤的康复[17]。Carlson等[18]对距骨OL的22例平均年龄为14.4岁青少年患者进行关节镜下治疗，在2年的随访中发现有较高临床满意度，且能变缓OL向骨关节炎进展的速度。

2.2.2骨软骨移植术:骨软骨移植术包括自体骨软骨移植术(osteochondral autograft transfer,OAT)和异体骨软骨移植术(osteochondral allograft transplant,OCA)。OAT是取自体非负重区的正常骨软骨块移植至缺损区，或在体外培养扩增后再植入关节软骨的缺损处，由于是自体组织，没有排异反应，康复较快。但因供体数量少、修复面积有限，所以只适合修复面积<2cm2的OL[19]。有学者对57例距骨OL患者行手术干预发现，OAT术后患者总体满意度、疼痛和功能显著改善，且术后能恢复运动的概率很高[20]。OCA一般修复面积>2cm2的OL[19]，但存在免疫排斥反应[21]、费用高等问题，临床应用也相应地受到限制。

2.2.3骨软骨碎片固定术:在有大骨软骨碎片的创伤性OL情况下，骨软骨碎片固定术被视为创伤性OL的首选治疗方法。通过螺钉、金属/生物可吸收线和纤维蛋白胶将骨软骨碎片固定回缺损部位，达到解剖复位状态。这通常需要结合受伤时间以及碎片大小和完整性，且每种固定技术均有令人满意的骨软骨碎片愈合的报道，但是每种方法都有一些缺点和并发症，如需要第二阶段植入物移除、存在组织反应、延迟降解等问题[22-24]。Malecki等[25]对17例髌骨脱位后发生髌骨关节面骨软骨骨折的患者行骨软骨碎片固定，发现髌骨关节面修复良好。

2.2.4关节置换术:关节置换术治疗创伤性OL既能缓解疼痛又在一定程度上保留关节功能，一般适用于已发展为骨性关节炎的创伤性OL。不足之处存在手术费用昂贵、关节假体有一定的使用寿命、术后患肢关节活动僵硬等问题，其在临床上治疗早期创伤性OL有待商榷。Oladeji等[26]对胫骨平台骨折的患者随访发现部分患者远期仍需行关节置换。

3 组织工程支架

组织工程支架指以天然或人工合成材料为代表的可降解生物材料制定的有一定空间结构的支架，为一定量有生物活性的细胞增殖和分化提供载体，并能在体外或体内形成有活性的组织，目前在皮肤、骨软骨、血管等领域应用广泛[27-28]。目前常用的骨软骨组织工程支架有天然支架、人工合成支架、仿生材料支架等。

3.1天然支架和人工合成支架 目前天然支架材料有胶原、壳聚糖(chitosan,CS)、丝素蛋白(silkfibroin,SF)、HA及其衍生物等[28-29]。Crawford等[30]通过临床试验证实采用软骨细胞胶原复合物治疗关节软骨损伤疗效满意。Dell’osso等[31]指出，如果设计的支架更接近周围的组织，则该支架将表现出更好的性能。大量的研究表明SF、CS和纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)拥有良好的生物学特性和理化性质，因而成为了天然支架常用的生物材料[32]，具有无毒、降解速度可调控、来源不受限、物理机械性能好等优点。人工合成支架材料有聚乙烯醇、聚乳酸和聚羟基乙酸等。但其生物相容性差、降解不理想、易引起炎症反应、免疫排斥反应后破坏支架结构，因此研究者大都致力于提高其生物相容性。

3.2仿生材料支架 仿生材料支架结构类似于人体天然的骨软骨结构，有良好的生物相容性和安全性，能促进OL修复。有学者提出通过利用能够负载活性细胞和治疗药物的可注射凝胶支架材料，构造的纳米纤维仿生支架具有类细胞外基质的结构和功能[33]。Dimartino等[34]对24例接受了无细胞仿生骨软骨支架植入手术的患者进行了10年随访，结果发现患者临床症状改善显著且稳定，总体效果良好。

3.3种子细胞与生长因子 种子细胞和生长因子也是骨软骨组织工程研究中必不可少的核心问题。种子细胞拥有增殖和分化为不同种系细胞的潜能，现目前主要研究有胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)和间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。理想的种子细胞应具备能高质量地修复骨软骨缺损、取材方便、对机体损伤小、有较强的增殖能力并拥有良好的生物学活性的特点。Schütz 等[35]在模仿骨骼和软骨特性的双相支架相关研究中，通过在支架中嵌入人软骨细胞和人间充质干细胞后成功地诱导了软骨形成。Angthong等[36]将踝关节滑膜处取得的MSCs体外培养21d后，发现可以分化出脂肪细胞、骨细胞和软骨细胞，并将富含胶原蛋白基质的滑膜来源的MSC注射入受损部位后发现该患者手术恢复良好，疼痛和脚踝的运动得到改善。

现已明确在骨软骨形成过程中的生长因子主要有骨形成蛋白、转化生长因子-β、血小板衍生生长因子和血管内皮生长因子等，而OL愈合过程需要通过多种生长因子协同发挥作用。骨软骨定向分化因子可通过使用不同的培养方法、介质添加物、基因转染等方式促使干细胞向骨软骨转化[37]。

4 总结

OL致伤机制复杂、临床表现各异，对应的治疗大多需个体化，经积极正确的治疗，大多预后较好。但损伤严重的创伤性关节OL患者，关节功能恢复受限，甚至出现严重残疾影响生活质量的，需行关节置换保障生活质量。软骨和软骨下骨都有独特的功能，需作为一个单元共同发挥功能，以恢复和保持关节健康，而随着骨软骨组织工程研究取得了巨大进展，组织工程双相或三相支架可以模仿天然的骨软骨复合物单元用于骨软骨修复[38-39],现目前相关临床试验已证实骨软骨多相支架治疗创伤性OL的效果显著[28]，已然成为修复OL理想的方向,期待未来对应的创伤性OL有更好的治疗方法。

作者贡献声明：张天喜、叶鹏：文章撰写、综述设计、审校；李兴屿、周杰、李沙沙、国富建、杨翠：文献查阅、资料收集