補(bǔ)片技術(shù)修復(fù)肩袖損傷的應(yīng)用研究*

張 沖 綜述 劉玉杰 審校

(中國人民解放軍總醫(yī)院骨科，北京 100853)

·文獻(xiàn)綜述·

補(bǔ)片技術(shù)修復(fù)肩袖損傷的應(yīng)用研究*

張 沖 綜述 劉玉杰**審校

(中國人民解放軍總醫(yī)院骨科，北京 100853)

肩袖巨大撕裂單純手術(shù)縫合后復(fù)發(fā)率高達(dá)50%～70%，學(xué)者們提出肩袖補(bǔ)片修補(bǔ)可增加肩袖生物力學(xué)性能。采用哪種材料的補(bǔ)片更有效地恢復(fù)其生理功能成為當(dāng)今研究熱點。肩袖補(bǔ)片分為人工合成(不可降解型，可降解型)和生物材料(自體或同種異體組織，異種異體材料)兩種類型。人工合成材料具備載體力學(xué)強(qiáng)度，但術(shù)后免疫反應(yīng)重；生物材料排異反應(yīng)輕，生物活性轉(zhuǎn)歸好，降解率調(diào)控靈敏，但最大抗拉強(qiáng)度較低。本文綜述目前肩袖補(bǔ)片應(yīng)用過程中的常見問題和進(jìn)展。

肩袖撕裂； 補(bǔ)片材料； 組織重建； 支架

肩袖袖套樣肌群受損后，肩關(guān)節(jié)疼痛及生理功能下降[1，2]。流行病學(xué)統(tǒng)計21世紀(jì)以來美國每年有不少于7.5萬例肩袖損傷的患者接受重建手術(shù)，但術(shù)后效果并不理想，失敗翻修率20%～70%，究其原因多受年齡、撕裂范圍、肌腱退變攣縮、脂肪浸潤變性、術(shù)后沒有積極的康復(fù)鍛煉等影響，腱-骨界面不易愈合是主要原因[3，4]。

肩袖骨-肌腱-韌帶修復(fù)的目的是穩(wěn)定盂肱關(guān)節(jié)、恢復(fù)生理功能，維持關(guān)節(jié)腔密閉及分泌滑液營養(yǎng)軟骨，預(yù)防繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎[5]。Sivaloganathan等[6]觀察到肩峰有扁平型、曲線型和鉤型，岡上肌腱距肱骨大結(jié)節(jié)止點1 cm處血供缺乏。肩袖撕裂長度在10～30 mm甚至大于50 mm伴岡上肌腱攣縮、滑囊瘢痕化的患者宜采用補(bǔ)片修補(bǔ)[7，8]，為生長因子提供附著點及降低肌腱-骨之間的張力[9]。本文就目前肩袖補(bǔ)片應(yīng)用過程中常見問題作一綜述。

1 人工合成材料

1.1 不可降解型

常見的有聚丙烯纖維編織、聚酯補(bǔ)片、聚四氟乙烯和尼龍高合成材料，組織學(xué)研究顯示這些聚四氯乙烯和聚碳酸酯聚氨酯補(bǔ)片靠強(qiáng)大的抗拉強(qiáng)度與受體緊密結(jié)合，具有良好的抗拉伸性能。但是高合成材料肩袖補(bǔ)片缺乏良好的生物相容性，易引起術(shù)后排異反應(yīng)。

Zhao等[10]報道20例肩袖全層撕裂患者分別行網(wǎng)狀聚碳酸酯聚氨酯肩袖補(bǔ)片和單純手術(shù)修補(bǔ)各10例，年齡44～65歲，平均56.2歲，術(shù)前癥狀平均持續(xù)時間16.2月。其中補(bǔ)片修補(bǔ)者中右肩9例，左肩1例，撕裂范圍前后徑10～40 mm，平均20 mm，攣縮范圍10～35 mm，平均21 mm。沙灘椅位前外側(cè)入路切開手術(shù)，沿三角肌做肩峰分離、肩峰下空間減壓清除粘連，銼刀在岡上肌腱足印區(qū)銼出出血骨面，打入金屬錨，不可吸收縫線從內(nèi)向外側(cè)Masson-Allen縫合，6點位固定肩袖補(bǔ)片。術(shù)后6、12個月MRI檢查肩袖修補(bǔ)的完整性，顯示8例肩袖完全愈合。術(shù)后9例前屈、外展、內(nèi)旋運動和外旋疼痛癥狀改善顯著。10例單純手術(shù)修補(bǔ)中只有6例MRI顯示修補(bǔ)完整，且術(shù)后力量恢復(fù)緩慢。該研究證實聚碳酸酯聚氨酯肩袖補(bǔ)片耐受性好，為組織生長提供永久的骨架支持，明顯提高修復(fù)后肩袖組織腱-骨界面的力量。

1.2 可降解型

可降解聚酯材料為左旋聚乳酸、乳酸羥基乙酸、聚己內(nèi)酯及聚丙二醇的共聚物，提供一個非永久性附著點，有良好的生物相容性、機(jī)械性能。

Kanbe等[11]報道采用聚乳酸合成的可降解型肩袖補(bǔ)片復(fù)合材料對兔肩袖撕裂進(jìn)行修補(bǔ)，8周后經(jīng)特殊染色，植入補(bǔ)片中的聚乳酸在損傷處存活并快速轉(zhuǎn)化成類似Ⅲ型膠原纖維樣的物質(zhì)，檢測術(shù)后兔岡上肌腱最大載荷增加64.6%～72.5%。

我們認(rèn)為，雖然此類補(bǔ)片植入體內(nèi)能完全降解，但機(jī)械性能較低，且高濃度的乳酸和羥基乙酸對腱細(xì)胞、成骨細(xì)胞有一定的損害，需要大量臨床研究才能控制合適的濃度。

2 生物材料

2.1 自體組織和同種異體組織

將具有良好生物屬性的闊筋膜、肱二頭肌長頭腱作為自體肩袖補(bǔ)片縫合在岡上肌腱兩端[12]。

同種異體髕腱、跟腱組織及股四頭肌肌腱組織容易取材，盡管術(shù)后肩關(guān)節(jié)運動幅度及肌力改善明顯，但缺乏穩(wěn)定的力學(xué)強(qiáng)度，易術(shù)后感染和斷裂[13]。就改善癥狀而言，與肩關(guān)節(jié)鏡下單獨行肩峰成形和滑膜清理相比較無明顯優(yōu)勢。

2.2 異種異體組織

異種異體組織包括動物真皮、小腸、心包膜等，以固有的三維結(jié)構(gòu)、膠原蛋白、非膠原蛋白等為支架，為組織的黏附、增殖、分化提供條件，促進(jìn)術(shù)后膠原纖維及血管再生及腱-骨界面的功能性重建[14]。

血小板纖維基質(zhì)脫細(xì)胞化組織作為補(bǔ)片已有相關(guān)報道。Mazzocca等[15]采用牛純血小板生物活性間充質(zhì)干細(xì)胞加聚二氧六環(huán)酮凝膠膠原覆蓋腱鞘，植入44例兔斷裂的跟腱促其肌腱細(xì)胞分化。先對牛腱Ⅰ型膠原蛋白分子電紡技術(shù)加工，后在4 ℃孵化器中聚合48小時后生成立體的膠原蛋白凝膠，結(jié)果觀察到有20只跟腱力學(xué)強(qiáng)度提高。en等[16]用富含血小板血漿(platelet rich plasma，PRP)和軟骨材料注射于14只新西蘭大白兔斷裂的跟腱，術(shù)后1年內(nèi)每月觀察中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的比值，激光溫度計監(jiān)控跟腱的橫斷面直徑和表面溫度以及生物力學(xué)情況。結(jié)果顯示生物力學(xué)變化明顯，愈合后的跟腱平均最大載荷值達(dá)到25.5 N，比正常情況下最大載荷值15.5 N增長了64.51%；最大剛度值增長范圍為1.3～2.0 N/mm，增加了53.84%；注射過PRP的膠原蛋白最大橫斷面直徑平均48.09 nm，未注射過PRP的為46.58 nm，兩者比較有顯著性差異。因此我們認(rèn)為，使用動物材料進(jìn)行修復(fù)并促進(jìn)生物力學(xué)強(qiáng)度的做法值得借鑒，如果深入人體研究，會有一定的使用空間。

脫細(xì)胞豬小腸黏膜下層(small intestinal submucosa，SIS)用于肩袖補(bǔ)片也有相關(guān)報道。豬真皮補(bǔ)片和豬小腸黏膜修復(fù)效果相比，前者重建類似肌腱的結(jié)構(gòu)，但是吸收速度比載體的真皮組織快，增生過程中鏡下見連接骨外膜和骨的膠原纖維即夏貝氏纖維(Sharpey’s fibers)增生明顯，聚集在明帶中央的暗帶呈現(xiàn)縱行均態(tài)分布，同時見毛細(xì)血管向軟骨和肌腱交界面長入，術(shù)后8個月達(dá)到正常肌腱血供水平[17]。Cho等[18]使用豬真皮補(bǔ)片加“縫合橋技術(shù)”修復(fù)5例巨大肩袖撕裂，平均年齡53.4歲，平均隨訪20.6月。術(shù)前和術(shù)后進(jìn)行肩關(guān)節(jié)評分，術(shù)后6個月MRI評估肩袖的修復(fù)完整性。其中4例患肩修復(fù)完整，1例部分結(jié)構(gòu)修復(fù)，但臨床效果滿意。因此，關(guān)節(jié)鏡下真皮補(bǔ)片修復(fù)巨大肩袖撕裂的安全性、有效性評價較好。Ramos等[19]使用SIS和豬間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)進(jìn)行動物實驗，T細(xì)胞反應(yīng)能力大幅降低，生物材料的組織結(jié)構(gòu)生化成分和力學(xué)特性保留下來。因此，我們認(rèn)為SIS提供原有組織的生理功能和生物力學(xué)強(qiáng)度，有必要進(jìn)一步臨床研究。

真皮細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrixc，ECM)的脫細(xì)胞化組織肩袖補(bǔ)片也有報道。Leigh等[20]對16只雄性Lewis大鼠行切開手術(shù)修補(bǔ)肩袖巨大撕裂，補(bǔ)片采用皮下筋膜加細(xì)胞外基質(zhì)移植體聯(lián)合修補(bǔ)肩袖損傷(圖1、2)，術(shù)后6周形態(tài)學(xué)觀察組織中原生肌腱細(xì)胞浸潤，潛在的宿主細(xì)胞表達(dá)相應(yīng)加強(qiáng)，術(shù)后6～8個月觀察到脫細(xì)胞化的真皮ECM長入到肌腱韌帶組織，導(dǎo)致承載生物聯(lián)合體-肌腱-韌帶修復(fù)速度加快。Nagura等[21]對大面積肩袖損傷且有高需求的9例中年男性患者給予ECM和MSC為原料的生物型補(bǔ)片修補(bǔ)，其中7例切開修復(fù)，2例鏡下修復(fù)，術(shù)后1個月使用外展30°懸臂吊帶固定患肢，然后逐漸開展被動康復(fù)訓(xùn)練，3個月后行主動肌力訓(xùn)練；術(shù)后12個月隨訪，所有患者術(shù)后臨床癥狀有較大改善，Constant-Murley肩關(guān)節(jié)功能評分增加18～20分，MRI檢查結(jié)果顯示6例修復(fù)完整，充分證明ECM具有潛在的自我修復(fù)能力。Cooper等[22]將同種異體真皮細(xì)胞的ECM生物補(bǔ)片沉積在成纖維細(xì)胞(fibroblasts，F(xiàn)B)和成骨細(xì)胞(osteoblasts，OB)上形成靜態(tài)支架，觀察生長情況。結(jié)果：①確定適用的介質(zhì)配方后，可明顯減少FB向OB礦化數(shù)量；②成功的種子細(xì)胞在培養(yǎng)基上創(chuàng)建多個支架；③沉積在支架和培養(yǎng)基上的ECM有明顯的量化差異。生物力學(xué)分析顯示ECM補(bǔ)片使腱-骨界面之間的距離減少至少40%，最大負(fù)荷增加28%。因此，模仿機(jī)體原生肌腱的構(gòu)成、方向及微觀結(jié)構(gòu)，在增生過程中如何更好地促進(jìn)Ⅰ型膠原纖維的生成數(shù)量和質(zhì)量，對于重建機(jī)體良好的生理生物功能至關(guān)重要。當(dāng)然，這項技術(shù)還需在特定的生物環(huán)境下檢測，但我們認(rèn)為其有望成為肌腱再生的新方法。

圖1、2 縫合方法及示意圖[20]：皮下筋膜加細(xì)胞外基質(zhì)移植體(大?。?.5 cm×0.5 cm)沿肱骨肩峰外側(cè)插入肌腱頂端，穿過螺栓的5-0聚丙烯縫線固定移植物后取出螺栓

2.3 異種異體生物材料——絲素蛋白

生蠶絲絲素蛋白平行β折疊構(gòu)象、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸等18種氨基酸為基礎(chǔ)的SikⅠ、Ⅱ兩種互變結(jié)構(gòu)，在長軸方向具有高強(qiáng)度的延展性[23]。作為一種生物相容性良好、力學(xué)強(qiáng)度高、生物降解緩慢及免疫原性低的天然蛋白質(zhì)生物大分子，應(yīng)用在骨、軟骨、肌腱和韌帶組織工程和生物醫(yī)學(xué)多個領(lǐng)域[24，25]。例如絲素蛋白雙層創(chuàng)面敷料治療較大面積的缺損[26]；絲素蛋白與藥物緩釋材料微小顆粒體結(jié)合后，通過三維支架、水凝膠和電紡技術(shù)共價修飾附件藥物和配體提高療效，改良絲素蛋白生物相容性和潛在的降解活性，靜止/交變磁場完成藥物有效運載和吸收[27]；絲素蛋白用于神經(jīng)系統(tǒng)修補(bǔ)、鼓膜再造以及椎間盤組織工程等[28]。

絲素蛋白三維多孔支架是肌腱和軟骨細(xì)胞黏附材料的理論基礎(chǔ)。Bi等[29]在40只雄性新西蘭白兔左后肢行前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)重建實驗，分為絲素蛋白支架組和半腱肌肌腱移植組，生物力學(xué)評估腱-骨愈合情況。2組均在術(shù)后觀察到絲素蛋白附著在直徑約1.0 mm網(wǎng)孔膠原海綿片上且呈片狀分布，鏡下見絲素蛋白支架空隙與膠原纖維之間形成交替鏈。支架組16周的剛度值與移植組比較有顯著差異[支架組(7.09±1.25)N/mm，移植組(3.63±1.01)N/mm]，支架組在術(shù)后40天降解至73%，30天時50%，彈性支架載荷強(qiáng)度和剛度值損失速率與植入部位、機(jī)械環(huán)境和關(guān)節(jié)腔滑液有關(guān)，再生纖維和支架機(jī)械性能與蛋白聚糖和膠原纖維的降解度密不可分；支架組20周肌腱-軟骨細(xì)胞開始分化，30周顯著；而移植組分化不明顯。因此，支架組絲素蛋白基質(zhì)表面與軟骨細(xì)胞之間黏附力較移植組強(qiáng)，為軟骨再生和支架黏附性能提供有力支撐。Lee等[30]對52例外傷性鼓膜穿孔使用絲素蛋白補(bǔ)丁與紙片補(bǔ)丁進(jìn)行對比，性別、年齡、受傷時間、術(shù)前氣骨導(dǎo)差、穿孔大小和位置等無顯著差異。結(jié)果顯示，絲素蛋白補(bǔ)丁的鼓膜關(guān)閉時間及抗原性優(yōu)于紙片補(bǔ)丁，絲素蛋白補(bǔ)丁抗拉強(qiáng)度和止血性能高，可控生物降解性強(qiáng)，術(shù)后平均愈合時間較紙片補(bǔ)丁顯著縮短，說明絲素蛋白在鼓膜再造中的張力強(qiáng)大，我們認(rèn)為可能可以在肩袖撕裂補(bǔ)片修復(fù)中使用。

絲素蛋白良好的生物相容性是補(bǔ)片材料應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。Di-Buduo等[31]采用3D打印技術(shù)將脫膠生家蠶絲與血小板ECM和500 μg/ml的細(xì)胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)、50 mg/ml血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)作為支架基底膜再生骨髓組織，體外培養(yǎng)擴(kuò)增后觀察到該微絲結(jié)構(gòu)具備一定的機(jī)械性能和生物相容性，無血栓特征，再造功能性人血小板組織系統(tǒng)，把ECM表面細(xì)胞因子植入到受損的骨髓細(xì)胞內(nèi)部，實現(xiàn)高、中、低絲素蛋白膜補(bǔ)片的再生，轉(zhuǎn)換為集成繁殖骨髓微環(huán)境的材料格式。生長過程中支架基底膜通過重新設(shè)計具有完全再生能力的初始3D骨髓多孔隙結(jié)構(gòu)模型，與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合成具有再生血小板的復(fù)合體，從而最終顯著增加血小板的數(shù)量，再現(xiàn)人類骨髓結(jié)構(gòu)的生理功能。Zafar等[32]報道使用0.01%～8%甲酸分離絲素蛋白獲得新材料，依據(jù)的原理是絲素蛋白支持纖維環(huán)細(xì)胞的附著和ECM的積聚再生。絲素蛋白釋放出可溶的輕鏈片段后，形成纖維環(huán)細(xì)胞和ECM兩種不同直徑的重鏈分子團(tuán)進(jìn)而修飾電紡纖維，輕鏈片段增加流動性，重鏈產(chǎn)生剪切增稠效果，從而增加纖維環(huán)細(xì)胞的親水性并使之在多孔絲素蛋白支架上附著增殖。我們認(rèn)為通過甲酸分離法一則明確提升了絲素蛋白支架適合纖維環(huán)細(xì)胞的生長能力和脫膠后的最大抗拉強(qiáng)度，二則新分離方法和化學(xué)性能明顯區(qū)分絲素蛋白不同共價鍵的氨基酸成分及特點，有潛在的應(yīng)用價值。

3 小結(jié)

隨著近幾年生物材料的研究和組織工程、基因技術(shù)的發(fā)展，肩袖補(bǔ)片大多集中在生物力學(xué)和活性轉(zhuǎn)歸方面，組織工程材料的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展。理想的肩袖補(bǔ)片具有載體的力學(xué)強(qiáng)度、生物相容性，手術(shù)易操作，利于宿主細(xì)胞介導(dǎo)再生，研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)入了嶄新階段。目前，生物材料絲素蛋白的臨床應(yīng)用空間雖然發(fā)展較快，但怎樣容易被患者接受并最大限度地保存生物活性平衡細(xì)胞降解率等，仍然存在差距。

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(修回日期：2016-10-05)

(責(zé)任編輯：王惠群)

Progress in Application of Reinforced Patch Technology for Rotator Cuff Tears

ZhangChong,LiuYujie.

DepartmentofOrthopaedics,ChinesePLAGeneralHospital,Beijing100853,China

LiuYujie,E-mail:liuyujie301@163.com

Rotator cuff tears; Patch material; Organizing reconstruction; Scaffold devices

2014年河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題(No.ZL20140293)

A

1009-6604(2017)02-0179-05

10.3969/j.issn.1009-6604.2017.02.020

2016-05-14)

**通訊作者，E-mail： liuyujie301@163.com

【Summary】 With an increasing higher failure rate from 50% to 70% after simple sutured surgery for rotator cuff tears, scholars have put forward the patch augmented biomechanics for healing massive tears. Research hotspots lie in the material structural and physiological properties. There are two types of rotator cuff patches, which are synthetic materials (non-degradable and degradable type) and biological rotator cuff patch (autologous or allogeneic tissue, xenogeneic material). The synthetic materials rotator cuff patch is able to provide powerful biomechanics but has severe immune rejection, and the biomaterials patch provides excellent histological reconstruction in rotator cuff and accurate regulation of biological activity of metabolic degradation but lower biomechanical maximum tensile strength. This article reviewed the current common problems and progress in the application of the rotator cuff patches.