關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)的臨床研究進(jìn)展▲

陸定貴 林佳杰 姚順晗 唐毓金

(右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院骨外科，廣西百色市 533000)

【提要】 人體軟骨損傷后因軟骨的自身修復(fù)能力有限，故常根據(jù)損傷特點(diǎn)而采取個性化治療。臨床上常用的治療手段有保守治療、手術(shù)治療。保守治療方法包括藥物治療、物理治療、傳統(tǒng)中醫(yī)藥治療、肌內(nèi)效貼等；手術(shù)治療方式有關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)灌洗、微骨折術(shù)、自體骨軟骨移植、同種異體骨軟骨移植等。近年來，隨著組織工程的發(fā)展，學(xué)者們嘗試運(yùn)用組織工程技術(shù)來修復(fù)軟骨缺損，取得了一定的成效。臨床上應(yīng)根據(jù)患者的個體情況采取合理的治療方案。

關(guān)節(jié)軟骨損傷是常見的骨科疾病,多因外傷、骨性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)手術(shù)副損傷等所致，臨床主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、活動功能障礙。因軟骨組織的自身修復(fù)能力有限，發(fā)生急性損傷后如不及時治療，軟骨組織的退變會明顯加速，誘發(fā)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，甚至骨性關(guān)節(jié)炎。大面積軟骨損傷是指軟骨損傷面積>4 cm2的創(chuàng)傷，由于軟骨損傷后難以修復(fù)，年齡較大的患者需要行人工關(guān)節(jié)置換，而年齡較小的患者行人工關(guān)節(jié)置換不是理想選擇，需要有促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)的策略和方法使關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。現(xiàn)就關(guān)節(jié)軟骨的解剖特點(diǎn)、生理特征以及創(chuàng)傷性軟骨損傷的修復(fù)方法、臨床研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 關(guān)節(jié)軟骨的解剖學(xué)特點(diǎn)

關(guān)節(jié)軟骨是關(guān)節(jié)的基本構(gòu)造，在運(yùn)動時其可以起到減少關(guān)節(jié)面的摩擦、傳導(dǎo)及緩沖應(yīng)力的作用。關(guān)節(jié)軟骨多數(shù)由透明軟骨構(gòu)成，少數(shù)為纖維軟骨，其厚薄因不同的年齡和不同的關(guān)節(jié)而異，通常為2～7 mm，膝關(guān)節(jié)負(fù)重面軟骨厚度平均為4～6 mm[1]。關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成，外形類似半透明有彈性的結(jié)締組織。其一端附著在骨質(zhì)上，另一端朝向關(guān)節(jié)面。自關(guān)節(jié)腔面向深部，關(guān)節(jié)軟骨按組織層次可分為：(1)淺表區(qū)，厚約40 μm，易剝離；(2)中間區(qū)或過渡區(qū)，厚約500 μm；(3)深區(qū)或輻射區(qū)，為關(guān)節(jié)軟骨最厚部分，約40 000～60 000 μm，不同部位差別較大，其中膝關(guān)節(jié)最厚；(4)鈣化軟骨區(qū),將透明軟骨與軟骨下骨隔開，關(guān)節(jié)軟骨分層排列顯示關(guān)節(jié)軟骨生物力學(xué)變化[2]。

滑膜關(guān)節(jié)的軟骨屬于透明軟骨，由基質(zhì)和軟骨細(xì)胞組成，基質(zhì)主要由蛋白多糖、Ⅱ型膠原構(gòu)成，膠原與蛋白多糖分別占組織干重的60%和35%，而軟骨細(xì)胞約占5%[3]。

2 關(guān)節(jié)軟骨的損傷特點(diǎn)和類型

軟骨細(xì)胞分散在膠原纖維間，其形態(tài)由淺層向深層逐漸從扁平樣向橢圓或圓形樣改變。軟骨細(xì)胞主要依靠細(xì)胞外基質(zhì)分泌形成的生長因子、細(xì)胞因子、基質(zhì)金屬蛋白酶及抑制因子，以及自身的分子結(jié)構(gòu)維持功能和形態(tài)[4]，一旦細(xì)胞外基質(zhì)中這些營養(yǎng)物質(zhì)的合成和降解的動態(tài)平衡被打破，就將導(dǎo)致骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。造成關(guān)節(jié)軟骨損傷的原因多種多樣，主要包括剪切暴力及擠壓的急性損傷，以及長期高負(fù)荷、大運(yùn)動量對關(guān)節(jié)造成的慢性磨損。而長期缺乏運(yùn)動也會引起關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生退行性變。

人類關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)程度與缺損的類型直接相關(guān)，直徑<2 mm的關(guān)節(jié)損傷后修復(fù)組織外觀與正常透明軟骨相似；直徑>3 mm的損傷不能完全修復(fù)，常由纖維軟骨填充修復(fù)；而直徑>6 mm的全層軟骨損傷不但不能修復(fù)，還會進(jìn)一步引起周圍的骨壁、軟骨損傷退變，形成更大的缺損空洞并造成關(guān)節(jié)軟骨的塌陷。

臨床上根據(jù)診斷及治療的需要，將關(guān)節(jié)軟骨損傷分為不同的類型和級別。按損傷厚度分為部分厚度軟骨損傷以及全層軟骨損傷，前者損傷深度不超過軟骨鈣化層，后者則超過軟骨鈣化層。關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)軟骨損傷可作如下分級。(1) Outerbridge分級：Ⅰ度，表面輕度的水泡(軟化和腫脹)；Ⅱ度，直徑小于1 cm的毛糙和淺表潰瘍、纖維化；Ⅲ度，損傷直徑大于1 cm的深潰瘍,無軟骨下骨暴露；Ⅳ度，全層撕裂合并軟骨下骨暴露。(2)國際軟骨修復(fù)協(xié)會軟骨損傷分級系統(tǒng)分級：Ⅰ度，表淺的、鈍性的缺口和表淺的開裂；Ⅱ度，損傷<軟骨厚度一半；Ⅲ度，損傷≥軟骨厚度的一半但未達(dá)到軟骨下骨；Ⅳ度，全層撕裂合并軟骨下骨暴露[5]。

3 關(guān)節(jié)軟骨損傷的保守治療

關(guān)節(jié)軟骨損傷的傳統(tǒng)保守治療方法主要是預(yù)防關(guān)節(jié)軟骨損傷的繼續(xù)進(jìn)展、促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)，適用于軟骨部分損傷的患者。治療方法包括藥物治療、物理治療、傳統(tǒng)中醫(yī)藥治療、肌內(nèi)效貼等。

藥物治療分為口服和關(guān)節(jié)內(nèi)局部給藥?？诜幬锓譃橹雇此幒痛龠M(jìn)軟骨修復(fù)藥物，前者如非甾體類抗炎藥起到緩解疼痛、改善關(guān)節(jié)癥狀的作用；促進(jìn)軟骨修復(fù)藥物主要為氨基葡萄糖、硫酸軟骨素，常作為預(yù)防軟骨退變和軟骨損傷修復(fù)術(shù)后的補(bǔ)充治療。通過外源性攝入氨基葡萄糖，使關(guān)節(jié)內(nèi)氨基葡萄糖含量恢復(fù)平衡狀態(tài)，刺激軟骨細(xì)胞合成蛋白多糖和膠原纖維，生成軟骨基質(zhì)。氨基葡萄糖和硫酸軟骨素的應(yīng)用，能顯著改善中重度軟骨損傷患者的癥狀[6]。關(guān)節(jié)內(nèi)給藥包括玻璃酸鈉、透明質(zhì)酸鈉、醫(yī)用三氧、硫酸軟骨素等。玻璃酸鈉和透明質(zhì)酸主要起到潤滑關(guān)節(jié)，調(diào)節(jié)血管壁的通透性，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)、水電解質(zhì)擴(kuò)散及運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)的作用。然而，采用口服藥物聯(lián)合關(guān)節(jié)腔內(nèi)局部給藥，仍無法改變軟骨損傷后的關(guān)節(jié)退變進(jìn)程。

近年來，富血小板血漿(platelet-rich plasma，PRP)成為治療軟骨損傷的熱門研究方向。PRP是通過提取自體血漿內(nèi)的血小板，其富含大量的生長因子，可以使組織中細(xì)胞和基質(zhì)再生，從而促進(jìn)組織修復(fù)。動物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)[7]，通過在軟骨損傷處植入PRP，12周后軟骨缺損區(qū)域明顯縮小。缺損區(qū)域出現(xiàn)類軟骨細(xì)胞，排列整齊、成柱狀分布，非常接近正常軟骨組織。PRP富含的生長因子和炎癥調(diào)節(jié)因子，可促進(jìn)組織修復(fù)并調(diào)節(jié)炎癥,對重新建立關(guān)節(jié)的動態(tài)平衡產(chǎn)生積極影響[8]。PRP有望作為可注射性支架用于軟骨組織工程。

物理治療即物理因子治療，包括脈沖式超聲、脈沖電磁場、干擾電、高能量激光等，是一種無創(chuàng)、安全的治療方法。這些物理因子的主要作用為延緩關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的Ⅱ型膠原降解，減輕關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的損傷程度，加速軟骨細(xì)胞的增殖，增加骨密度，并且還能促進(jìn)前軟骨干細(xì)胞向成熟軟骨細(xì)胞增殖分化，因而促進(jìn)軟骨的再生與修復(fù)[9]。

祖國醫(yī)學(xué)定義關(guān)節(jié)軟骨損傷為“痹癥”“骨痹”的范疇。痹者閉也，以氣血為邪之所閉，不通而痛，氣滯血瘀為病機(jī)關(guān)鍵。辨證施治采用散瘀活血、消腫止痛、舒筋活絡(luò)、通血脈[10]。

肌內(nèi)效貼起始于20世紀(jì)70年代，發(fā)源于日本，流行于歐美。該技術(shù)適用于各類運(yùn)動損傷，且普遍延伸到其他專業(yè)的臨床康復(fù)治療中。肌內(nèi)效貼為帶有彈性的超薄透氣膠帶，根據(jù)需要可以剪切成不同形狀，貼在需要治療的皮膚、關(guān)節(jié)、肌肉上。與傳統(tǒng)膏藥和藥貼相比，肌內(nèi)效貼可以極大地減少皮膚過敏，且允許治療部位自然活動。肌內(nèi)效貼的主要作用是緩解疼痛，改善循環(huán)及減輕水腫，支持和放松軟組織，增強(qiáng)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性等，防止關(guān)節(jié)退變[11]。

4 關(guān)節(jié)軟骨損傷的手術(shù)治療

對于較大的關(guān)節(jié)軟骨缺損，可以采取微創(chuàng)性的手術(shù)操作進(jìn)行修復(fù)。手術(shù)方式包括關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)灌洗、微骨折術(shù)、自體骨軟骨移植、同種異體骨軟骨移植。

4.1 關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)灌洗 關(guān)節(jié)灌洗貫穿于關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的整個過程,其作用是充盈關(guān)節(jié)腔隙，保持視野清晰。灌洗液的理化性質(zhì)與關(guān)節(jié)液有明顯不同, 關(guān)節(jié)灌洗有可能加速軟骨修復(fù)，短期內(nèi)臨床癥狀改善明顯，具有一定的安全性，但不能阻止關(guān)節(jié)的退變進(jìn)程[12]。

4.2 微骨折術(shù) 微骨折術(shù)是采用克氏針在軟骨下骨板上鉆孔，以打通軟骨下骨髓腔，通過炎癥作用，刺激骨髓腔的干細(xì)胞遷移并定植于損傷區(qū)。在微骨折術(shù)治療全層關(guān)節(jié)軟骨缺損動物模型研究中，組織學(xué)觀察可見軟骨缺損區(qū)有較多的組織覆蓋，成分主要為纖維組織[13]。微骨折手術(shù)配合關(guān)節(jié)鏡下操作，在軟骨損傷區(qū)鉆洞，使骨髓腔來源的干細(xì)胞與血液凝結(jié)成血凝塊，從中可分化為軟骨細(xì)胞，從而提供替代性的軟骨。該技術(shù)操作方便、方法簡單，對急性或慢性軟骨損傷，均可不同程度地改善患者的關(guān)節(jié)功能和減輕疼痛癥狀。微骨折術(shù)的治療效果與患者自身的修復(fù)能力直接相關(guān)，年輕患者通常恢復(fù)較好，而年齡越大則恢復(fù)得越慢。微骨折術(shù)后的軟骨生長取決于損傷區(qū)血凝塊中干細(xì)胞的數(shù)量，因此認(rèn)為提高干細(xì)胞的數(shù)量可以提高手術(shù)成功的概率[14]。微骨折術(shù)常產(chǎn)生纖維軟骨，纖維軟骨與周圍的天然組織整合不一致，與透明軟骨相比具有較低的力學(xué)性能。動態(tài)壓縮載荷可促進(jìn)新生組織軟骨的發(fā)生和成熟，在體外模擬微骨折模型中產(chǎn)生更多透明樣軟骨，并改善與周圍組織的整合。微骨折術(shù)后控制負(fù)荷有助于促進(jìn)更多透明樣軟骨修復(fù)組織的形成。微骨折術(shù)是大面積(損傷面積>4 cm2)、全厚度軟骨缺損的主要治療方法[15]。

4.3 自體骨軟骨移植 自體骨軟骨移植是修復(fù)軟骨缺損的一種可靠方式,主要從對關(guān)節(jié)功能影響較小的區(qū)域，如非負(fù)重區(qū)取出骨軟骨柱移植填充到負(fù)重區(qū)缺損處,術(shù)后行關(guān)節(jié)支具保護(hù)、功能鍛煉[16]。修復(fù)的結(jié)果以透明軟骨為主,愈合較快,但受制于供區(qū)材料來源，因此適用于小面積軟骨缺損(缺損面積<2 cm2)、職業(yè)運(yùn)動員軟骨缺損、合并骨量丟失的軟骨缺損。缺點(diǎn)是可能造成供區(qū)的并發(fā)癥。

自體骨軟骨移植的主要技術(shù)要點(diǎn)[17]：(1)一般在關(guān)節(jié)鏡下選用圓柱狀的測量棒確定所需移植物的個數(shù)和直徑，獲取長度為10～15 mm的柱狀骨軟骨塊。(2)可供取材的部位為膝關(guān)節(jié)的非負(fù)重區(qū),如股骨髁間內(nèi)、外側(cè)滑車嵴和髁間窩等處。(3)采用直徑略小的取材套管在受區(qū)制造一個圓柱形的骨軟骨孔洞，其長度、角度、直徑與柱狀骨軟骨塊相匹配。(4)將取材得到的移植物植入骨洞，輕輕敲壓移植物，使其表面與周圍的關(guān)節(jié)面平齊，可低于周圍關(guān)節(jié)面,但是不應(yīng)超過2 mm，否則不利于移植軟骨的一期愈合。(5)切忌用力過猛,以避免造成軟骨細(xì)胞損傷。(6)需保證移植物與受區(qū)骨床的松質(zhì)骨緊密接觸，才能促進(jìn)其與受區(qū)的骨軟骨愈合。(7)供區(qū)需填塞，或者用人工合成材料填充，以降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。使用自體骨軟骨移植填充可作為一期重建軟骨面下的骨性支撐。由于供體骨軟骨柱保留軟骨、軟骨下骨、松質(zhì)骨，能夠維持軟骨與軟骨下骨質(zhì)的緊密貼合，具有軟骨組織得以保持完整性、移植無免疫排斥等優(yōu)點(diǎn)[18]。自體骨軟骨移植的修復(fù)組織，其生物機(jī)械學(xué)性能、組織成分均明顯優(yōu)于微骨折術(shù)[19]。

在缺損面較小的情況下，自體骨軟骨移植能恢復(fù)關(guān)節(jié)軟骨的形狀和高度，其主要應(yīng)用在缺損直徑<3 cm的全厚骨軟骨缺損，而難以應(yīng)用于大面積軟骨缺損及對修復(fù)功能期望值較高的患者。自體骨軟骨移植要求軟骨下骨深度<6 mm，大移植塊契合度差，容易造成移植的骨軟骨植入后脫落。

4.4 同種異體骨軟骨移植 自體骨軟骨移植取材區(qū)域、范圍、次數(shù)有限，而同種異體骨軟骨移植可以很好地解決這些問題。異體骨軟骨移植最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供具有生物力學(xué)性能的透明軟骨，特別是對于大塊、特定形態(tài)結(jié)構(gòu)部位缺損的替代，供體材料相對較易獲得，軟骨組織庫的移植物來源充足，并可預(yù)制成各種形狀和大小，可獲得與損傷區(qū)完全匹配的骨軟骨，在修復(fù)組織的區(qū)域匹配上有更多的選擇，無供區(qū)損傷并發(fā)癥。但異體骨軟骨的缺點(diǎn)也非常明顯，如免疫排斥反應(yīng)，退行性變，骨軟骨柱、軟骨下骨的愈合障礙等并發(fā)癥。自體、異體骨軟骨移植各有優(yōu)缺點(diǎn)，都具有獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用價值，可促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)，能夠不同程度地緩解疼痛、改善功能，盡管取得了一定的臨床效果，但仍存在著很多問題，均有其自身的局限性。因此，需要通過更多的動物實(shí)驗(yàn)研究來尋求更理想的材料和組織的生物替代物[20]。

5 軟骨組織工程

自“組織工程”的概念興起以來，學(xué)者們一直在嘗試運(yùn)用組織工程技術(shù)來修復(fù)軟骨缺損。軟骨組織工程的目的就是模擬軟骨修復(fù)的自然過程，即在預(yù)期部位通過對自體種子細(xì)胞、支架、細(xì)胞生物活性物質(zhì)等的調(diào)控，促進(jìn)軟骨組織愈合，使軟骨能夠正常發(fā)揮并維持機(jī)械運(yùn)動和一定的代謝作用[21]。

組織工程按合成來源，分為原位組織工程技術(shù)、體外組織工程技術(shù)。原位組織工程技術(shù)是在傳統(tǒng)體外組織工程技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種用于再生和修復(fù)的技術(shù)，其不依賴于外源種子細(xì)胞，而是通過各種新型支架材料并利用其自身特有的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì),募集受損部位周邊的干細(xì)胞遷移到損傷部位，從而完成損傷的原位修復(fù)[22]。原位組織工程技術(shù)為軟骨的損傷修復(fù)提供了新的思路和方向,在軟骨損傷修復(fù)中具有全新的應(yīng)用價值。不論原位還是體外技術(shù)，都需要一定量的種子細(xì)胞，并使其趨化、遷移、定植于損傷區(qū)，才能發(fā)揮細(xì)胞的代謝功能和修復(fù)作用[23]。

6 總結(jié)與展望

綜上所述，目前臨床上用于治療關(guān)節(jié)軟骨損傷的方法越來越多，無論使用何種治療方法，掌握其優(yōu)勢與缺陷，根據(jù)患者的個體情況、關(guān)節(jié)軟骨損傷的機(jī)制及病理變化，采取個性化的治療方案是處理此類疾病時考慮的重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外，隨著分子生物學(xué)、材料學(xué)、基因工程的快速發(fā)展，未來的軟骨組織工程將會成為治療關(guān)節(jié)軟骨損傷的重要方法，但現(xiàn)階段仍需進(jìn)行更多、更深入的基礎(chǔ)研究和臨床實(shí)踐探索。