自體骨軟骨移植柱大小對移植軟骨組織學特性影響的實驗研究

馬澤濤 曾 暉 熊 奡 康 斌* 辛 風 陶 可

（北京大學深圳醫院骨關節科，廣東 深圳 518036）

目前修復與軟骨損傷、剝脫性骨軟骨炎、骨壞死有關的關節軟骨缺損的方法有關節鏡下清理成形、鉆孔微骨折、自體骨軟骨移植、同種異體骨軟骨移植、軟骨細胞移植及組織工程，不同方法各有優缺點。其中自體骨軟骨移植經長期隨訪被證實是修復全層軟骨損傷的有效方法[1,2]。

有些關于移植后活檢和動物實驗的報道稱，在大體及光學顯微鏡下觀察到骨軟骨移植柱的軟骨細胞修復過程不伴有明顯的重塑、增生。相反，有些報道稱骨軟骨移植術后可出現軟骨細胞增生以及部分退化。這些報道均已描述了骨軟骨移植后軟骨的組織學改變，在這些報道里，骨軟骨移植柱從股骨髁獲得，并隨后被原位移植。這些手術模型被假設為骨軟骨柱的軟骨表面和缺損區域完全匹配，但是因為環形鉆壁的厚度存在，實際上骨軟骨柱直徑和缺損區域的直徑并一樣，不同的工具可造成不同的間隙。

因此，我們設想骨軟骨柱的大小可能影響骨軟骨移植后移植軟骨的組織學特性。本實驗的目的在于分析骨軟骨柱大小對于移植軟骨的組織學特性的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

采用健康成年新西蘭白兔18只，雌雄不限，體質量3.0～4.5kg，飼養環境溫度18～22℃。實驗動物分為A、B兩組。兩組動物均不限制運動。手術前觀察所有動物無跛行，雙膝關節活動正常。

1.2 方法

1.2.1 動物模型的建立

將兔用3%戊巴比妥鈉，以1mL/kg體重兔耳緣靜脈注射麻醉。兔膝關節前內側縱行切口，保持髕韌帶完整性，將髕骨翻向外側，顯露股骨髁。A組：使用自體骨軟骨移植工具（Arthrex，Naples，FL）獲得圓柱形的全厚軟骨缺損（直徑7mm，深度5mm），移除骨軟骨柱之后再放回原位。在這組模型里，移植柱的軟骨表面形狀和周圍軟骨平整，但是因為存在環形鉆壁的厚度，移植柱的直徑和缺損區域并不完全一樣。B組：使用跟A組一樣的方法獲得右側股骨髁骨軟骨缺損的模型，然后從對側股骨髁取直徑加大1mm的骨軟骨柱（直徑8mm，深度5mm），然后將其鑲嵌進左膝股骨髁骨缺損處，使其緊密匹配，以及關節軟骨表面平整。

1.2.2 術后處理

兩組動物術后均肌注青霉素16萬單位，1天1次，共用藥1周，預防感染。未用免疫抑制劑，飲食條件相同，不限制運動。

1.2.3 觀察方法

分別在術后4、12、24周，從各組隨即選取3只用致死劑量戊巴比妥溶液靜脈注射處死，從膝關節截取股骨髁作為標本為顯微鏡及組織學評估做準備。將標本浸泡于10%的中性福爾馬林溶液7d，用0.25mol/L乙二胺四乙酸磷酸鹽緩沖液脫鈣，分別用70%、80%、90%，100%酒精脫水，石蠟包埋，矢狀面切片，用蕃紅O/固綠染色，然后然后在顯微鏡下觀察。

2 結 果

2.1 標本大體觀察

所有兔子在術后第二天被放回籠子飼養。手術切口均沒有發生感染，并且愈合良好。肉眼觀察，術后4周，兩組標本均可見在骨軟骨柱周圍有圓形缺口。術后12周及24周，骨軟骨柱周圍的圓形缺口已被填充，移植柱的界限已變得不明顯，并且兩組標本的骨軟骨柱與宿主軟管之間的關節軟骨表面是平滑和連續的。

2.2 組織學光鏡檢查

在A組里，術后4周的組織學檢查顯示移植柱的軟骨下骨已經愈合，但是出現骨軟骨塊下沉，并且觀察到骨軟骨柱周圍出現纖維組織。移植柱的軟骨比周圍正常軟骨增厚。在高倍鏡下觀察，細胞密度增加，并且看到軟骨細胞的胞漿內出現液泡。這些組織學改變在術后8周、24周時更加明顯。在B組里，術后4周時觀察到骨軟骨柱的軟骨下骨已經愈合，沒有出現下沉。雖然可以檢查到在術后4周骨軟骨塊四周有一縫隙，但是移植柱的關節軟骨在整個術后階段與宿主軟骨對比沒有出現明顯變化。移植軟骨的厚度、細胞密度、以及生物學形態均顯示正常。術后8周、12周時，縫隙逐漸變小，移植軟骨厚度、細胞密度、生物學形態均無明顯變化。

3 討 論

關節軟骨是組成活動關節面的彈性負重組織，其缺損的修復一直是骨科領域的難題之一，由于關節軟骨缺少血液供應和神經支配，創傷性的缺損或關節炎引起的關節軟骨缺損不能夠自身修復，自然愈合往往以纖維軟骨和纖維組織修復，后者的生物力學性能和耐用性與透明軟骨相去甚遠，遠不能滿足生理負荷的需要，導致關節早期出現退變[2]。

自體骨軟骨移植的重建過程已經被闡述。移植物的愈合受多種因素影響，所以生物學及生物力學環境的不同可造成各家報告結果的不同。雖然長骨骨折的典型愈合方式為軟骨內化骨、膜內化骨，但是存在骨折端加壓及固定時骨折直接通過哈弗管重建而愈合，達到一期愈合，而不是通過骨痂愈合。因為在B組里較大的移植柱比A組能獲得更大穩定性，所以B組的愈合方式為一期愈合。移植骨軟骨柱的營養部分來自周圍的軟骨、軟骨下骨以及關節液，骨軟骨柱植入時，通過“壓配”使移植的軟骨下骨達到牢固固定。

本研究通過使用比缺損區域直徑大1mm的骨軟骨柱移植，發現修復軟骨的大體觀和光鏡下組織結構與正常關節軟骨無明顯差異，保留了透明軟骨的組織學特征。

在臨床上對于股骨髁軟骨缺損，自體體骨軟骨移植是非常有用的外科治療方法。目前有不同的骨軟骨移植工具可供選擇，對大多數工具，我們建議使用稍大骨軟骨柱（直徑約增大1m）以便能獲得更牢固的結合。本研究揭示了在自體骨軟骨移植過程中較大的骨軟骨柱對于保留軟骨的組織學特性起了重要的作用。

[1]李海鵬,劉玉杰,劉智.同種異體骨軟骨移植修復軟骨損傷的研究進展[J].中國矯形外科雜志,2009,17(12):912-914.

[2]伏治國,瞿玉興.關節鏡下自體鑲嵌式骨軟骨移植修復膝關節股骨髁軟骨缺損[J].實用醫學雜志,2011,27(22):4094-4096.