关节软骨损伤治疗的研究进展

关节软骨损伤治疗的研究进展

发表时间：2012-05-25T11:00:16.490Z 来源：《医药前沿》2012年第1期供稿 作者： 张琛1 吴正晖2 刘长铁1

[导读] 创伤所致关节软骨损伤和退变的疾患在临床上十分常见。关节软骨由于缺乏血管分布，当缺损大于直径3mm时不能自身修复。

张琛1 吴正晖2 刘长铁1

( 1 高安市人民医院骨科 江西高安 3 3 0 8 0 0 ; 2 高安市人民医院骨科超声室 江西高安 3 3 0 8 0 0 ) 【中图分类号】R684 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2012）01-0180-02

创伤所致关节软骨损伤和退变的疾患在临床上十分常见。关节软骨由于缺乏血管分布，当缺损大于直径3mm时不能自身修复。目前临床治疗关节软骨缺损的方法很多，但还没有公认最优的能实现长期透明软骨修复的方法。关节软骨属于透明软骨，具有低摩擦、高弹性和

高渗透性的特点，它对维持关节运动具有重要意义。其缺乏神经血管的营养供应，组织代谢活性较低，损伤或缺损后难以自我修复或以纤

维软骨、纤维组织所填充替代[1]，常常出现关节面的不完整，通常还会导致更严重的关节软骨退变。通常认为一旦关节软骨损伤，其修复

的可能性很小，随后关节开始退变，形成骨性关节炎,并最终需要关节成形等手术治疗[2]。新技术的应用包括手术技巧的改进、使用多种生

长因子和新生物活性材料及应用基因治疗等，正在改变人们对关节软骨损伤的看法，使人们看到了治愈此病的希望。在过去十多年里该研

究领域已取得了飞速发展，但多数停留在动物实验阶段，未来在技术上进一步突破的前提下，有望运用于临床，本文就近年来关节软骨损

伤治疗的研究进展作一综述。

一 非手术治疗

非手术治疗方法主要用于减轻患者的症状和改善关节的功能，尽可能地延缓关节软骨退行性改变的进程，包括冷热疗法、使用减压支具、应用矫形器、物理治疗、非刺激性的氧疗、中医治疗, 改变活动方式（减肥、非负重的强化锻炼以及避免剧烈活动）、局部治疗、关节

潮式灌洗、对病人进行教育和药物治疗等。药物治疗包括消炎止痛药物以及腔内局部注射皮质激素类药。非甾体抗炎药物并不能改变关节

退行性疾病的进程，只能缓解疼痛,但会带来许多的副作用[3]，如常见的胃肠道出血。关节腔内注射粘性补充剂对有症状的膝关节骨性关节

炎治疗帮助[4]，如玻璃酸钠。对于关节腔内分泌的润滑液明显减少的关节效果良好，但对于软骨严重缺损致骨与骨接触以及明显的关节力

线紊乱则没有明显效果。特异性的药物如硫酸氨基葡聚糖、氨基多糖肽复合物等,短期服用此类药物不起作用, 长期服用可能修复软骨损伤,

延缓软骨的退变.相比药物治疗，适宜的锻炼和减轻体重更加安全，无胃肠道副作用，并且能增加关节活动范围及关节周围肌肉力量，提高

舒适感，保护关节软骨，减轻骨关节炎的症状，这对病人是有很大帮助的。近年研究还发现低频脉冲超声除可促进骨折愈合，还具有促进

软骨修复作用。Az u m a等[5]发现低频脉冲超声辐照软骨细胞可显著增强软骨特异性蛋白聚糖aggrecan基因的表达,促进软骨细胞增殖。低

频脉冲超声可以作为很好的辅助治疗手段。

二 手术治疗

治疗软骨缺损的手术方法有多种，其成功率取决于缺损的位置、大小、形状和深度、以及病人的年龄和活动水平。临床上常应用的软骨缺损和软骨退变的手术操作是关节镜下清创术，应用天然或人工合成的支架或代替物复合细胞或组织直接移植到缺损区的方法在手术操

作上还较少。手术疗法在技术上有局限性，目前仅适用于一定的病人。

1 关节灌洗术和清理术

灌洗术指对患病关节进行冲洗达到治疗目的，通过大量的盐水冲洗, 将suip及炎症介质清除,可延缓关节炎症病变的进展。清洗术是指通过关节镜清除掉病变关节内滑膜产生的炎性介质及关节腔内疏松的软骨碎片。Hubbard等[6]对76例膝关节镜灌洗术和清理术进行了随机

前瞻性研究，平均随访4.5年。清理术组疗效明显占优，维持时间更长，而灌洗术只能暂时缓解局部压痛及夜间痛。关节灌洗和清理术联合

应用，疗效可维持更久。Jachson等[7]对联合应用关节灌洗和清理术治疗的121例关节软骨退变患者进行长达4～6年的回顾性分析，发现对

减轻病变早期症状十分有效，而对晚期病变所出现的症状只能暂时缓解，远期效果不明显。

2 骨髓刺激方法

骨髓刺激术是指运用各种方法穿透软骨损伤区的软骨下骨,刺激软骨下骨出血, 形成纤维蛋白凝块充填缺损区。纤维蛋白凝块中的未分化间充质细胞经过增殖、分化后形成软骨组织。软骨缺乏血供限制其修复，许多手术方法的设计基于引发出血反应，包括软骨下骨钻孔、

关节磨削术或微骨折术。通过以上方法制造出血后促使骨髓中具有修复潜能的细胞迁移到软骨或骨软骨缺损区。通过刺激骨髓加强自身修

复潜能，其修复结果是生成纤维软骨并部分的填充于缺损区，以Ⅰ型胶原的表达为主。以这种方式修复的软骨弹性低，承受负荷力弱，耐

磨性差，而且随着时间的推移会出现较明显的退变。文献报道通过穿透软骨下骨使骨髓血渗出后在缺损区中会出现不同数量的纤维组织、

纤维软骨组织及类透明软骨组织[8]。还有报道称纠正关节的力线和制定早期康复活动方案对改善修复后组织的质量是重要且有帮助的[9]。

一般来说，这种异质的修复组织力学性能差，随着时间推移会出现变性，特别是未校正力线畸形的。但是，这些结果对研究其他可能再生

关节软骨的治疗手段有帮助。应用此类方法需术后关节避免负重4～6周，并进行C P M锻炼，C PM的好处是避免关节僵硬，在非负重的活

动下不影响软骨修复。术后6～8w需要扶拐保护下活动。8周后可负重锻炼。

3 自体软骨细胞移植（auto-cartilage transplantation,ACT）于1989年，G r a n d e[10]报道应用自体软骨细胞修复兔关节软骨缺损的实验研究，后Breinan[11]和Brittberg[12]先后报道了应用ACI修复犬的和人膝关节软骨缺损的研究。研究证明在缺损区上覆盖骨膜移植物

（形成层朝向缺损区）后将自体软骨细胞注入其内，同单纯移植骨膜移植物相比能大大增强修复效果。这项技术保留了软骨下骨板，治疗

后成功率高[13]。对于骨性关节炎以及伴有韧带不稳或关节内力线紊乱则不适宜此治疗方法，后两者必须矫正后方可考虑AC I治疗。一种新

的A CI技术是在培养自体软骨细胞时使其生长在薄膜支架上，载有细胞的支架被修剪成缺损大小后被种植到覆盖有骨膜的缺损内，被称为

诱导基质负载的自体软骨细胞移植[14]，其修复效果良好。经过大量的临床应用中, A C T现已成为国外临床上治疗膝关节软骨较大面积

(>2Cm2)缺损的首选治疗方案。

4 自体骨膜移植

自体骨膜移植应用于软骨修复有多种用途。被用于封闭缺损区，为移植细胞、基质成分或细胞因子提供场所。起到机械屏障的作用，并对初期的和软骨形成期的生物修复起到保护作用。Madsen等[15]报道了膝关节剥脱性骨软骨炎骨膜移植18例，其中8例(44%)术后8年中

分别由于活动受限、滑膜炎或骨赘形成而再次手术；仅2例疼痛缓解。与其他组织移植术相比, 骨膜移植具有简单经、经济等优势。

5 自体或异体骨软骨移植 骨软骨移植是一种将非负重及非重要关节的骨或软骨植入软骨缺损表面以重朔关节完整的技术。临床应用较成功的，但存在供区发病的问题，适宜相对较小的损伤（1～4cm）的年轻病人[16] 。供区最理想的采集点是股骨滑车处，此处承重是最小的。尽管自体骨软骨移植

后短期疗效令人满意[17]，但在移植后受区的失败率及供区的发病率尚无统计。同种异体骨软骨移植不受取材来源限制,而且可根据需要制

成各种形状的移植物,适合临床上较大面积(大于2C M2)的由创伤或剥脱性骨软骨炎导致的骨软骨缺损。应用指征基本上与自体的相同[18]，

老年病人通常作为首选的。同种异体骨软骨移植有较多优点，如避免了取材后供区出现发病的可能，提供的移植物通过修整后能在同一解

剖位点上，可得到更大点的移植物，还有数量上相对充足等。术后6周内要求每日进行6～8小时的CPM锻炼。应用异体骨软骨移植物时除

具有一定免疫排斥的可能，还增加了传播疾病的危险可能。

6 全膝关节表面置换术

目前，对于严重的膝关节软骨退变和疼痛的病人采取的治疗是全膝关节置换术。假体设计的不断改善和手术技术的不断提高已使这项手术日趋完善，成功率大大提高。但仍存在关节感染、假体松动和产生磨损颗粒以及假体使用寿命等问题。对于病人，更希望先选择其他

创伤小的办法,尽可能延长关节置换的时间。随着人口老龄化的发生，关节软骨退变的疾病在逐年增多，我们将面对更多有治疗需求的此类

关节病病人。

三 软骨组织工程技术的应用

组织工程学是目前关节软骨损伤研究领域的重点之一, 组织工程学核心技术是利用少量组织细胞经过体外培养、扩增后,附着在一定的支架材料上移植到体内形成新的有生命的组织。组织工程的三大要素:种子细胞、支架材料、细胞因子。

1 种子细胞

理想的种子细胞应该满足以下要求：①取材方便，创伤小；②来源丰富，使用安全；③种子细胞在体外具有较强的增值能力并能定向分化；④在植入受区后能保持修复组织的表型；⑤可方便地进行基因修饰。

1.1 软骨细胞

软骨细胞对关节软骨的组成、功能起决定作用,作为种子细胞是研究者的首选。软骨细胞可分为自体软骨细胞和异体软骨细胞,自体软骨细胞分离和培养简单、同源性好，无免疫排斥问题。异体软骨细胞来源广泛,可解决自体软骨细胞数量有限的难题, 但免疫反应及疾病传

播是异体软骨细胞所需进一步解决的问题。

1.2 骨髓间充质干细胞

骨髓间充质干细胞是存在于骨髓基质中的一种多能干细胞,在特定的条件下可分化成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、成纤维细胞等多种间充质细胞。其广泛存在于骨髓、滑膜、脂肪、外周血和脐带血等中，具有取材方便，增值能力强，大量扩增而不丧失多向分化潜能的特

点。骨髓间充质干细胞是目前应用最广泛的。

1.3 胚胎干细胞（ESC）

因伦理问题限制了胚胎干细胞的应用，但具有多潜能分化的ESC仍是软骨组织工程和细胞治疗的希望之一。Ki m等[19]发现E SC的球形胚胎体在体外T GF-β3的诱导培养下，14天后蛋白多糖和胶原的表达显著增加，造血的和神经的DNA表达减少，软骨外细胞基质

（ECM）基因表达增加。

2 支架材料

支架材料是组织工程的一个研究重点,大致可以分为两种:天然基质材料和人工合成的材料。前者主要包括骨和软骨基质、胶原、透明质酸、纤维素等, 后者常用的碳纤维、PL G等。支架材料不但为细胞生长提供依附物和物理环境，同时作为细胞外基质，是细胞间相互接

触、传递信号的媒介。理想的支架材料应具备以下5个条件:①良好的组织相容性;②具有三维立体结构;③生物可降解性和降解率;④良好的细

胞界面;⑤可塑性和机械性强度。

3 细胞因子

生长因子是一组具有促进细胞生长、增殖和合成作用的蛋白多肽。大量研究已证实生长因子对于软骨细胞表型的稳定和软骨形成的质量有明显的支持作用。软骨组织工程研究中主要包括转化生长因子（b F G F）、成纤维细胞生长因子（TGF-β）、骨形态发生蛋白

（BMP）、血小板衍生生长因子(P DGF)和胰岛素杨生长因子（IGF）等，它们的辅助效果得到了肯定。其研究总结如下：bFGF[38]能促