開(kāi)放楔形脛骨高位截骨術(shù)后膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的影響因素研究進(jìn)展

朱兵，裴保安，高萬(wàn)里，訾金花，段珊珊，李東方，吳立生

(1泰山醫(yī)學(xué)院，山東泰安 271000；2臨沂市人民醫(yī)院)

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(KOA)是老年人常見(jiàn)的疾病，隨著人們生活水平的不斷提高，久坐的不良工作習(xí)慣、肥胖等問(wèn)題的相繼出現(xiàn)，KOA的發(fā)病率越來(lái)越高，且呈現(xiàn)年輕化[1]，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。自Conventry等[2]提出脛骨高位截骨在單間室KOA治療上具有良好效果以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不斷完善與發(fā)展，開(kāi)放楔形脛骨高位截骨術(shù)(OWHTO)與鎖定鋼板的完美組合已經(jīng)發(fā)展成為治療KOA的一種固定手術(shù)方式[3]。隨著保膝理念的普及[4]，脛骨高位截骨已廣泛應(yīng)用于臨床，很大程度上解決了患者疼痛和活動(dòng)受限等問(wèn)題，尤其對(duì)活動(dòng)功能要求較高的患者人群。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們都認(rèn)為關(guān)節(jié)軟骨缺乏再生的能力[5,6]。但大量研究[7～9]發(fā)現(xiàn)，OWHTO不僅具有較高的手術(shù)生存率，有效恢復(fù)患者運(yùn)動(dòng)功能，延緩甚至避免TKA的進(jìn)行，并且通過(guò)隨訪發(fā)現(xiàn)，原先磨損的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室出現(xiàn)了一定程度的軟骨再生現(xiàn)象[10,11]。Jung等[10]對(duì)159例患者在術(shù)后2 年取除內(nèi)固定物時(shí)同期行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)，發(fā)現(xiàn)有147例患者中出現(xiàn)軟骨再生，其中成熟的再生軟骨比例為4%，不成熟的比例為96%[11]。不同的文獻(xiàn)報(bào)道或在同一文獻(xiàn)中，軟骨的修復(fù)程度是有區(qū)別的，雖然修復(fù)的軟骨在關(guān)節(jié)鏡下多呈纖維軟骨形態(tài)[12]，但在臨床功能上卻起到了透明軟骨的作用，其再生軟骨的超微結(jié)構(gòu)及功能需要進(jìn)一步證實(shí)。OWHTO術(shù)后影響膝軟骨修復(fù)的原因是多樣的，術(shù)后下肢力線、術(shù)前關(guān)節(jié)軟骨損傷程度、股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)的不同解剖、BMI、膝關(guān)節(jié)炎癥因子水平等均為重要原因。因此，探究OWHTO術(shù)后影響膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的因素，對(duì)OWHTO術(shù)后臨床效果的提高有重要意義。現(xiàn)將OWHTO后膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)影響因素研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 術(shù)后下肢力線

下肢力線對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨表面的應(yīng)力分布具有顯著的影響，被認(rèn)為是影響膝關(guān)節(jié)退化的重要因素[13]之一。保持理想的術(shù)后下肢力線，可以在術(shù)后隨訪中看到膝關(guān)節(jié)再生的軟骨[14]。研究[14,15]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)HTO將下肢力線轉(zhuǎn)移到脛骨平臺(tái)外側(cè)的30%～40%，可以顯著降低內(nèi)側(cè)間室的壓力。術(shù)后下肢力線的矯正程度影響內(nèi)外側(cè)間室軟骨的應(yīng)力分布，直接影響軟骨再生。Trad等[16]通過(guò)使用有限元分析的方式研究開(kāi)放楔形脛骨高位截骨過(guò)程中矯正角度對(duì)關(guān)節(jié)軟骨應(yīng)力分布的影響，發(fā)現(xiàn)下肢力線從內(nèi)側(cè)間室轉(zhuǎn)移到外側(cè)間室可以通過(guò)0°～10°外翻矯正來(lái)完成，同時(shí)內(nèi)側(cè)間室Von Mises評(píng)分和剪切應(yīng)力相應(yīng)減少。當(dāng)矯正角度達(dá)到外翻4.5°時(shí)可達(dá)到力線矯正的期望值，使得內(nèi)外間室的應(yīng)力分布達(dá)到平衡。Koshino等[17]對(duì)115例(146例)膝關(guān)節(jié)在術(shù)后2 年取內(nèi)固定時(shí)同期行關(guān)節(jié)鏡觀察軟骨再生程度，將結(jié)果分為3個(gè)等級(jí)，A級(jí)沒(méi)有再生軟骨(13例)，B級(jí)可以發(fā)現(xiàn)在原先退化的區(qū)域出現(xiàn)部分纖維軟骨再生(86例)，C級(jí)可以看到全覆蓋的纖維軟骨(47例)，并且發(fā)現(xiàn)下肢力線外翻矯正〉5°時(shí)出現(xiàn)軟骨再生的患者數(shù)量要大于外翻矯正〈5°的患者數(shù)量。Odenbring等[18]對(duì)成功隨訪的16位患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)下肢力線偏向外側(cè)間室的患者中更易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)間室的軟骨再生。為使得OWHTO術(shù)后力線調(diào)整更為精確，很多學(xué)者也做出了相關(guān)研究。Yan等[19]對(duì)檢索到的24篇文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在脛骨高位截骨術(shù)的應(yīng)用中，可以取得更加精確的下肢力線調(diào)整。Kim等[20]、Yang等[21]應(yīng)用OWHTO結(jié)合3D打印的方式進(jìn)行手術(shù)操作，相對(duì)于傳統(tǒng)單純OWHTO手術(shù)，其截骨撐開(kāi)角度及下肢力線的矯正更加接近術(shù)前設(shè)計(jì)，可獲得更加確切的臨床結(jié)果。因此，對(duì)于行OWHTO手術(shù)的患者，應(yīng)該注意術(shù)中精確的下肢力線調(diào)整，以求在術(shù)后其膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室可以獲得良好的應(yīng)力分布，這將有效提高術(shù)后軟骨的修復(fù)過(guò)程。

2 術(shù)前軟骨的退化程度

術(shù)前軟骨的退化程度是影響術(shù)后軟骨再生的另外一個(gè)重要因素。研究表明[22]，KOA患者骨軟骨板和軟骨下骨在結(jié)構(gòu)上常常發(fā)生改變。正常情況下，骨軟骨板是骨和軟骨的連接區(qū)域，也是骨與軟骨之間的交流緩沖帶，通常由鈣化軟骨和薄層皮質(zhì)骨組成，在傳導(dǎo)分散應(yīng)力、抵抗剪切力、緊密連接骨和軟骨等方面起到重要作用。鈣化軟骨層和松質(zhì)骨之間有一層富含血管薄層皮質(zhì)骨，稱(chēng)為皮質(zhì)終板，能夠?qū)浌翘峁┘s50%的糖和營(yíng)養(yǎng)。位于軟骨下方的骨組織稱(chēng)為軟骨下骨，由于其在關(guān)節(jié)表面內(nèi)位置不同以及局部承受應(yīng)力微環(huán)境不同，軟骨下骨在解剖上呈現(xiàn)高度的可變性。KOA患者的軟骨下骨和骨軟骨板在結(jié)構(gòu)上具有不同程度的改變，如鈣化的軟骨層增厚，雙重潮線，軟骨下骨硬化。軟骨彈性會(huì)因多重潮線和鈣化軟骨層增厚而降低，異常應(yīng)力的作用也可加速上層軟骨降解。軟骨下骨的改變影響上層軟骨生物應(yīng)力特性以及骨和軟骨之間的生物學(xué)關(guān)系[23]。Wakabayashi等[24]根據(jù)軟骨損傷Outerbridge 分級(jí)的方法將73例患者分為A、B兩組(A組37例，軟骨損傷為IV級(jí)；B組36例，軟骨損傷為Ⅲ級(jí))，在行OWHTO術(shù)后的第12個(gè)月行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)觀察軟骨再生情況，統(tǒng)計(jì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)無(wú)論是股骨內(nèi)側(cè)髁還是脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)，B組的軟骨再生率明顯高于A組，也就是說(shuō)術(shù)前軟骨損傷程度較嚴(yán)重、全層軟骨損傷、軟骨下骨暴露的B組比A組的修復(fù)程度要好。該結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了先前Mankin等[25,26]的研究，他認(rèn)為全層軟骨的缺失可使得骨髓內(nèi)的間充質(zhì)細(xì)胞等更容易進(jìn)入關(guān)節(jié)，促進(jìn)軟骨的再生。Kumagai等[27]也證實(shí)，軟骨部分損傷的再生能力明顯高于軟骨全層損傷。筆者認(rèn)為，全層軟骨的磨損打開(kāi)了骨與軟骨之間的交流屏障，各種促進(jìn)軟骨生長(zhǎng)的因子進(jìn)入關(guān)節(jié)，在一定程度上促進(jìn)了軟骨的再生。因此，術(shù)前患者膝軟骨的退化程度影響著其再生修復(fù)的能力。

3 股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)解剖的不同

膝關(guān)節(jié)的脛股關(guān)節(jié)主要由內(nèi)側(cè)的脛股關(guān)節(jié)面和外側(cè)的脛股關(guān)節(jié)面構(gòu)成，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面呈碗形凹陷，凸起的股骨關(guān)節(jié)面與凹陷的脛骨關(guān)節(jié)面彼此吻合，使膝關(guān)節(jié)在矢狀面上做屈伸活動(dòng)，由于脛骨、股骨特殊的解剖結(jié)構(gòu)，使其在屈伸時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的接觸力點(diǎn)。Akizuki等[28]，Koshino等[17]發(fā)現(xiàn)，術(shù)前、術(shù)后脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)以及股骨內(nèi)側(cè)髁都有不同程度的軟骨再生，但是股骨內(nèi)側(cè)髁的再生程度明顯高于脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)。Parker等[29]認(rèn)為，股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)軟骨修復(fù)的差異可能是因其解剖及磨損程度的不同引起，在股骨內(nèi)側(cè)髁，隨著膝關(guān)節(jié)的屈伸活動(dòng)，其負(fù)重力點(diǎn)是在不斷變化的，而在脛骨平臺(tái)上，其力點(diǎn)的變化范圍要小得多。研究[30]也再次驗(yàn)證了之前的結(jié)果，在對(duì)104例行OWHTO的患者術(shù)后2 a行二次關(guān)節(jié)鏡觀察，發(fā)現(xiàn)股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)軟骨均獲得不同程度修復(fù)，股骨內(nèi)側(cè)髁的修復(fù)率達(dá)到72.1%，脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)的軟骨修復(fù)率為54.8%，并且發(fā)現(xiàn)全層軟骨缺損的病例中其軟骨修復(fù)的程度較部分軟骨缺損的病例更高。此外Schuster等[31]利用OWHTO+微骨折的方法對(duì)79例嚴(yán)重的內(nèi)側(cè)間室KOA患者進(jìn)行手術(shù)，在(1.4±0.5)a的隨訪結(jié)果中取得了良好的軟骨再生率，其中股骨髁的軟骨再生率達(dá)到84.8%，脛骨平臺(tái)的軟骨再生率達(dá)78.4%。筆者認(rèn)為，股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)具有不同解剖特點(diǎn)，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)力的分布及軟骨的磨損程度會(huì)有區(qū)別，這可能是造成股骨側(cè)與脛骨側(cè)軟骨修復(fù)程度不同的原因。

4 BMI

文獻(xiàn)[32]報(bào)道，BMI過(guò)大是加速KOA進(jìn)展的重要不利因素。Sun等[33]發(fā)現(xiàn)，與正常范圍BMI患者比較，高BMI患者更易形成KOA，且會(huì)增加患者在圍術(shù)期相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率。同樣過(guò)大的BMI也是影響膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的因素。王承祥等[34]發(fā)現(xiàn)，行OWHTO后，在重力力臂同等的情況下，與低BMI患者相比，高BMI患者的膝關(guān)節(jié)的載荷明顯增加。研究[27]對(duì)來(lái)自100例患者的131例膝關(guān)節(jié)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)BMI指數(shù)高的患者中，其軟骨再生比率小于BMI指數(shù)低的患者。因此，筆者認(rèn)為BMI是影響患者OWHTO術(shù)后軟骨修復(fù)的因素之一，避免患者具有較高的BMI在一定程度上可以提高軟骨修復(fù)的程度。

5 炎癥細(xì)胞因子水平

炎癥因子在KOA發(fā)展過(guò)程中起到重要作用，他能干擾軟骨細(xì)胞合成與代謝的平衡[35,36]。IL-1β、IL-6、IL-17、IL-18、TNF-α等多種炎癥因子[37～41]都已證實(shí)影響著KOA的病理進(jìn)程。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞因子IL-1β等的水平多與KOA嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[42]，并且多能引起對(duì)MMPs的異常調(diào)控，而MMPs對(duì)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的Ⅱ型膠原和蛋白聚糖具有高度裂解作用，嚴(yán)重?fù)p傷關(guān)節(jié)軟骨[43]。Bai等[44]對(duì)26例患者行OWHTO治療，并檢測(cè)治療前后血漿及關(guān)節(jié)液中炎癥因子(IL-1β、IL-6、IL-17)，發(fā)現(xiàn)血漿及關(guān)節(jié)滑液中IL-1β、IL-6、IL-17水平在術(shù)后6個(gè)月的時(shí)候較術(shù)前顯著降低，但并未恢復(fù)到正常水平。筆者認(rèn)為，OWHTO術(shù)后膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室局部應(yīng)力的降低可以減少相關(guān)炎癥因子的產(chǎn)生，而炎癥因子水平的下降減少了對(duì)MMPs的異常調(diào)控作用，在一定程度上改善了KOA患者局部生物微環(huán)境，相對(duì)緩和的生物微環(huán)境對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)起到重要作用。

綜上所述，OWHTO后膝關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的影響因素有多種，術(shù)后下肢力線、術(shù)前關(guān)節(jié)軟骨損傷程度、股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)的不同解剖、BMI、膝關(guān)節(jié)炎癥因子水平等均為重要原因。OWHTO聯(lián)合其他方法的臨床應(yīng)用可在一定程度上減少上述因素的不利影響。現(xiàn)階段關(guān)于OWHTO術(shù)后影響關(guān)節(jié)軟骨的影響因素研究并不確切，大多仍停留在功能、臨床效果的評(píng)估上，在分子及細(xì)胞水平上的基礎(chǔ)研究十分缺乏。筆者認(rèn)為，在臨床隨訪關(guān)注患者功能及效果的同時(shí)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)軟骨修復(fù)的基礎(chǔ)研究，比如除關(guān)節(jié)鏡直視下觀察表面軟骨的修復(fù)情況外，收集部分深層的修復(fù)軟骨進(jìn)行病理學(xué)觀察，從細(xì)胞層面上論證軟骨的修復(fù)究竟是纖維軟骨還是透明軟骨；通過(guò)電子顯微鏡進(jìn)行觀察，從超微結(jié)構(gòu)詳盡地闡述軟骨修復(fù)情況；通過(guò)炎癥因子檢查，從分子免疫學(xué)解釋HTO治療KOA的治療機(jī)制。膝關(guān)節(jié)軟骨損傷后的修復(fù)，無(wú)論是對(duì)患者還是臨床醫(yī)生都具有重要意義，筆者所研究的課題就是從超微結(jié)構(gòu)以及分子免疫學(xué)的角度對(duì)修復(fù)軟骨進(jìn)行觀察，隨著研究的進(jìn)一步深入，我們相信會(huì)在軟骨修復(fù)問(wèn)題上獲得更加明確的成果。