同种异体骨软骨移植在膝关节软骨损伤修复中的临床应用

赵昱,尹崑,赵瑞鹏,马永胜,段王平

(山西医科大学第二医院骨科,骨与软组织损伤修复山西省重点实验室,山西 太原 030001)

由急性外伤性损伤所致的软骨损伤,常见于儿童和青少年人群,其中急性髌骨脱位是最常见的损伤之一,可致髌骨内侧和股骨外侧髁骨软骨损伤[1-2]。针对有症状的局灶性软骨损伤,国际软骨修复协会(international cartilage repair society,ICRS)建议对Ⅲ级或Ⅳ级的软骨损伤进行手术治疗[3]。常用的手术方法有微骨折技术、自体骨软骨移植(osteochondral allograft transplants surgery,OAT)及自体软骨细胞移植(autologous chondrocyte implantation,ACI)等。其中微骨折技术是通过骨髓释放出的干细胞分化为纤维软骨实现软骨修复,这种纤维软骨表面粗糙,韧性较大,不利于关节长期活动;ACI和OAT首先需要获取自体软骨或软骨细胞,尽管这种修复方法较安全并且短期疗效较佳,但往往会出现供体部位持续疼痛、髌骨不稳、下跪或下蹲困难等手术并发症[4-6]。

新鲜同种异体骨软骨移植(osteochondral allograft transplantation,OCA)用于治疗关节软骨损伤,基础和临床研究均支持该手术的安全性和有效性[7]。将有活力的透明软骨移植到较大缺损处是该手术的一大优势。移植物采用成熟的同种异体透明软骨填充缺损灶,具有生物力学特征,可以承受关节的力学负荷,同时移植物具有底层骨整合作用并可以锚定到周围的骨床中,进而恢复软骨的支撑作用[8]。本综述重点介绍OCA在膝关节软骨损伤修复中的适应证、禁忌证及术前辅助检查评估的最新进展。

1 同种异体骨软骨移植的适应证

1.1 年轻活跃的关节软骨缺损患者

对于年轻活跃的膝关节外伤性软骨缺损患者,有些关节外科医生通过关节置换对其进行手术治疗,但结果会导致关节功能受限,增加关节翻修置换率[9-11]。OCA为这类患者提供了更好地恢复体育活动的可能性,对于<25岁且症状出现不足1年的患者,软骨修复的效果更好[12-13]。OCA为儿童和青少年患者提供了一种有效的治疗方法,其修复率达88%[14]。然而年龄超过30岁或者既往有2次及以上膝关节软骨缺损修复手术史[9],或软骨缺损病史超过1年的患者[13],股骨髁退变发病率明显增加,结合临床症状可作为OCA的相对适应证。

1.2 膝关节较大的软骨缺损且无骨关节炎(osteoarthritis,OA)的患者

对于面积超过2 cm2的膝关节软骨缺损且非OA患者,OCA较其他修复方式更具优势。首先,与受体部位大小、形状和深度相匹配的移植物,可以实现不同特征病变部位的修复[12-13],这种优势使得OCA适用于创伤后骨软骨缺损患者[15-18]。其次,无外界因子干预的条件下,OCA可以将缺损软骨修复成为成熟的透明软骨[13],避免了关节置换所带来的膝关节功能受限和关节翻修率较高的弊端[12-13,19]。

1.3 髌股关节和胫股关节软骨对吻损伤的患者

OCA通常适用于单纯股骨髁软骨损伤[18],对于髌骨股骨或胫骨股骨软骨对吻损伤(也称“双相损伤”)是否可以进行OCA仍存在争议。尽管一些研究指出对吻损伤行OCA移植存在较高的失败率和翻修率[12],但可以改善患者临床症状,甚至对于较大的软骨缺损灶也符合该手术指征。有研究显示,平均损伤面积为19.2 cm2(最大面积达41 cm2)的软骨缺损患者行OCA修复后国际膝关节文献委员会(international knee documentation committee,IKDC)评分和膝关节功能(knee society function,KS-F)评分均有提高[20]。

1.4 软骨损伤合并有软骨下骨破坏的患者

创伤后软骨损伤合并有软骨下骨破坏的患者可以选择OCA治疗,较为常见的是剥脱性骨软骨炎和骨坏死等较大软骨损伤患者。有研究证实OCA可以对股骨髁剥脱性骨软骨炎进行手术治疗,其有效率达70%[17]。OCA也是股骨髁骨坏死的一种合理的挽救措施,研究数据显示,平均年龄为24.3岁(16～44岁)、平均损伤面积10.8 cm2(5.0～19.0 cm2)的软骨缺损患者,在平均随访67个月(25～235个月)后有效率为96%,避免了全膝关节置换[18]。

1.5 初次OCA或ACI等软骨修复技术失败的患者

OCA初次失败不会影响后期的修复,可以作为初次OCA或ACI失败的生物学选择[21]。有研究指出初次软骨修复失败后再进行OCA的治愈率达80%[14]。缺损较大或位置匹配差、不符合ACI和OAT治疗方式的患者,可以选择OCA治疗。

2 同种异体骨软骨移植的禁忌证

2.1 膝关节半月板功能不全的患者

膝关节半月板功能不全会加剧移植物退变,致使OCA失败率明显增加。OCA移植前需通过体格检查和辅助检查明确是否存在半月板功能不全[22]。有研究指出,对于软骨损伤合并半月板损伤的患者,同时进行OCA和半月板同种异体移植(meniscus allograft transplantation,MAT)的5年生存率为86%[23]。也有研究报道,内侧半月板切除后软骨缺损行OCA移植术,术后28个月软骨修复失败同时伴有膝关节疼痛加剧[24]。因此,半月板功能不全患者为OCA的禁忌证。

2.2 膝关节韧带损伤的患者

膝关节韧带损伤伴随关节不稳可加剧移植物退变。当韧带损伤后膝关节出现下肢力线改变,并于OCA术前或术中同期行韧带重建处理,软骨移植成功率明显提高[22,25]。因此,膝关节韧带损伤可以作为OCA的相对禁忌证。

2.3 膝关节力线不正的患者

膝关节力线会影响正常关节的功能。研究指出,内翻型膝关节患者内侧股骨髁OCA移植后软骨再生失败率明显增加,降低局部不当的应力刺激是维持OCA软骨细胞存活的有利条件。因此,正常的关节力线结构是OCA成功移植所必需的条件[26]。

2.4 晚期OA患者

晚期OA是OCA的禁忌证,尤其50岁以上OA患者移植失败率更高,同时该方法对于治疗双相OA病变的预后更差[12]。也有研究表明在接受OCA治疗的OA患者中,超过86%的患者在修复2年内仍会接受全膝关节置换术[27]。

2.5 感染性关节病患者

对于膝关节活动性感染,如炎性关节病,炎症因子刺激软骨损伤处发生炎性反应,并抑制移植物营养物质的吸收,致使缺损修复失败。因此感染性关节病是OCA的禁忌证[28]。

2.6 难复性膝关节脱位患者

难复性膝关节脱位是OCA的禁忌证。研究指出,股骨内侧髁骨软骨缺损行OCA修复且不纠正脱位关节会导致修复失效,但缺损修复同期采用手术纠正脱位关节会提高修复效果[29]。

2.7 肥胖、吸烟和既往皮质类固醇使用的患者

肥胖、吸烟或长期使用皮质类固醇的患者容易发生骨代谢异常[28],这些因素导致OCA移植物产生不可逆的损伤。研究显示,身体质量指数超过35 kg/m2者移植后发生失效的风险增加,这是由于移植物处应力集中导致活细胞死亡[30]。皮质类固醇的使用会影响OCA营养物质的吸收,产生修复困难的不良后果,因此OCA治疗前应停止皮质类固醇的使用[31]。也有研究指出,持续吸烟会干扰移植物骨结合部位血运重建过程,甚至血管闭塞,后期修复区域会发生塌陷或坏死[16,18]。

2.8 年龄较大的患者

有研究指出,OCA用于治疗超过40岁以上成人与40岁以下年轻患者的症状改善相当,可以为膝关节软骨缺损患者提供延缓膝关节置换安全可靠的治疗方法[32-33]。研究发现,平均年龄为48岁(最大年龄达63岁)的骨软骨缺损患者(Outerbridge分级为4级),移植软骨2年和4年的生存率分别为88%和73%。与年轻人群相比,尽管年龄超过40岁的患者使用OCA治疗的失败率较高,但对于年龄超过60岁的患者OCA生存率明显降低。年龄>40岁但<60岁的软骨损伤患者,OCA可以作为一种相对禁忌证[33]。

3 术前辅助检查评估

OCA术前需行辅助检查,包括X线、CT、MRI、3D打印、关节镜检查、步态分析、肌电图等。(1)通过膝关节前后负重位和膝关节侧位负重位X线片评估OA严重程度;通过膝关节屈曲30 °、60 °和90 °侧位X线片评估髌骨轨迹以及有无髌骨不稳;采用双下肢全长力线X线片评估下肢机械应力轴,为选择合适的同种异体移植物提供依据[34-35]。(2)CT可以对术前病变部位精确定位骨缺损的宽度和深度,进一步评估缺损骨量[36]。(3)MRI可用于术前和术后评估,术前结合3D打印评估骨软骨缺损的体积,为供体准备提供依据;通过T2驰豫时间来评估术后修复软骨内胶原组织关联量,两者往往呈正相关[37],并依据软骨修复组织磁共振观察(magnetic resonance observation of cartilage repair tissue,MOCART)评分系统对修复软骨进行客观指标评估。同时MRI也可以对术前半月板或韧带损伤程度进行评估。(4)术前关节镜检查不仅可以清理关节腔内游离物和增生物,还可以作为软骨损伤部位和损伤大小评估的金标准,为OCA移植提供准备工作[38]。(5)步态分析通过步速、步长和足底压力面积分布评估OA的严重程度,为膝关节韧带和半月板损伤提供评估依据,为OCA术后康复予以指导。三维步态分析显示步速变慢、步长变小、膝关节伸展不足、胫骨内旋增加,提示前交叉韧带损伤;三维步态分析显示步速变慢、膝关节屈伸受限,提示半月板损伤[39]。(6)关节周围神经功能障碍将会影响OCA移植,肌电图客观评估肌肉力量和协调性,可以作为半月板损伤后电生理改变的参考,同时也可以作为OCA术后康复的理论依据[40]。

4 展 望

OCA在膝关节软骨损伤修复的应用任重而道远,所面临的挑战包括:异体移植物的储存和大小匹配、组织的可用性、软骨细胞的存活率、免疫移植反应的可能性以及能否单纯采用关节镜手术技术来完成。同时还需要拓宽OCA适应证,如该手术是否还可用于骨坏死、骨折愈合不良或创伤后关节炎情况下的复杂膝关节生物重建[41]。总体而言,OCA是一种有效的治疗软骨缺损的方法,无论是否伴有软骨下骨受损,还是较大面积的软骨缺损,OCA对于缺损修复都是有效的,术前正确的辅助检查评估也是至关重要的。