開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、肥胖等問題的相繼出現(xiàn)，KOA的發(fā)病率越來越高，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，經(jīng)過半個多世紀(jì)的不斷完善與發(fā)展，開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受限等問題，尤其對活動功能要求較高的患者人群。很長時間以來，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)動功能，延緩甚至避免TKA的進(jìn)行，并且通過隨訪發(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159例患者在術(shù)后2 年取除內(nèi)固定物時同期行關(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。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HTO將下肢力線轉(zhuǎn)移到脛骨平臺外側(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]通過使用有限元分析的方式研究開放楔形脛骨高位截骨過程中矯正角度對關(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0°～10°外翻矯正來完成，同時內(nèi)側(cè)間室Von Mises評分和剪切應(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115例(146例)膝關(guān)節(jié)在術(shù)后2 年取內(nèi)固定時同期行關(guān)節(jié)鏡觀察軟骨再生程度，將結(jié)果分為3個等級，A級沒有再生軟骨(13例)，B級可以發(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]對檢索到的24篇文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)計算機(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，相對于傳統(tǒng)單純OWHTO手術(shù)，其截骨撐開角度及下肢力線的矯正更加接近術(shù)前設(shè)計，可獲得更加確切的臨床結(jié)果。因此，對于行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，稱為皮質(zhì)終板，能夠?qū)浌翘峁┘s50%的糖和營養(yǎng)。位于軟骨下方的骨組織稱為軟骨下骨，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；B組36例，軟骨損傷為Ⅲ級)，在行OWHTO術(shù)后的第12個月行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)觀察軟骨再生情況，統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn)無論是股骨內(nèi)側(cè)髁還是脛骨內(nèi)側(cè)平臺，B組的軟骨再生率明顯高于A組，也就是說術(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，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了骨與軟骨之間的交流屏障，各種促進(jìn)軟骨生長的因子進(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，由于脛骨、股骨特殊的解剖結(jié)構(gòu)，使其在屈伸時發(fā)生動態(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。Parker等[29]認(rèn)為，股骨內(nèi)側(cè)髁與脛骨內(nèi)側(cè)平臺軟骨修復(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，其負(fù)重力點(diǎn)是在不斷變化的，而在脛骨平臺上，其力點(diǎn)的變化范圍要小得多。研究[30]也再次驗證了之前的結(jié)果，在對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)平臺具有不同解剖特點(diǎn)，在其運(yùn)動過程中應(yīng)力的分布及軟骨的磨損程度會有區(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]報道，BMI過大是加速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，且會增加患者在圍術(shù)期相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率。同樣過大的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]對來自100例患者的131例膝關(guān)節(jié)進(jìn)行了對比，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MMPs的異常調(diào)控，而MMPs對軟骨細(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26例患者行OWHTO治療，并檢測治療前后血漿及關(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個月的時候較術(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，相對緩和的生物微環(huán)境對關(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，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對軟骨修復(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)，無論是對患者還是臨床醫(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，我們相信會在軟骨修復(fù)問題上獲得更加明確的成果。