病灶清除植骨联合骨髓单个核细胞治疗早期股骨头坏死：髋关节功能评价

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.50.017

摘要/Abstract

摘要：

背景：已有多项研究表明骨髓干细胞的数量减少和活力降低与股骨头坏死的发病机制密切相关，因此移植足够数量的骨髓干细胞更有利于解决坏死区的修复重建问题。
目的：分析病灶清除植骨联合骨髓单个核细胞治疗早期股骨头坏死的临床疗效。
方法：2011年3月至2012年7月收治25例33髋股骨头坏死患者，男15例，女10例；年龄18-55岁，平均34.6岁；病程8-20个月，平均14个月。病因：激素性5例7髋，酒精性4例5髋，特发性16例21髋。ARCO分期：ⅡA期8髋，Ⅱ B期15髋，Ⅱ C期9髋，Ⅲ A 期1髋，治疗前Harris评分为(55.2±6.5)分，目测类比评分为(6.81±1.19)分，MRI测量股骨头坏死体积为(13.38±5.1) cm3。经过病灶清除植骨及自体骨髓单个核细胞移植，随访观察Harris评分、目测类比评分和MRI测量股骨头坏死体积。
结果与结论：治疗后患者切口均Ⅰ期愈合，所有患者均获随访，随访时间12-18个月，平均15个月。治疗后3，6个月，1年Harris评分明显高于治疗前，目测类比评分和坏死体积值明显低于治疗前，差异有显著性意义(P < 0.05)。治疗后1年时Harris评分为(85.6±7.8)分，目测类比评分为(2.38±0.73)分，坏死体积为(7.23±3.3) cm3。髋关节功能评估：优15髋，良11髋，可4髋，差3髋(最终进行全髋关节置换)。结果表明病灶清除植骨联合自体骨髓单个核细胞移植治疗早期股骨头坏死近期疗效肯定，远期效果仍有待进一步观察。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

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关键词: 干细胞, 骨髓干细胞, 股骨头坏死, 髓芯减压植骨, 早期, 联合

Abstract:

BACKGROUND: Several studies have indicated that reduced number and viability of bone marrow stem cells is closely related to the pathogenesis of osteonecrosis. Therefore, a sufficient number of transplanted bone marrow stem cells are more conducive to the reconstruction of necrotic area.
OBJECTIVE: To analyze the clinical effect of debridement, bone grafting combined with autologous bone marrow mononuclear cells transplantation for the treatment of early avascular necrosis of the femoral head.
METHODS: From March 2011 to June 2012, 25 patients (33 hips) were treated, including 15 males and 10 females, aged 18-55 years old (34.6 on average). The average disease course was 14 months (range, 8-20 months). Based on the etiology, there were 5 steroid-induced cases (7 hips), 4 alcohol-induced cases (5 hips), 16 idiopathic cases (21 hips). According to the system of the Association Research Circulation Osseous (ARCO), 8 hips were classified as stage IIA, 15 hips as stage IIB, 9 as stage IIC, 1 as stage IIIA. Before treatment, the Harris score was (55.2±6.5) points, visual analog scale score was (6.81±1.19) points, and the volume of the necrotic femoral head with MRI was (13.38±5.1) cm3. After treatment with debridement, bone grafting combined with autologous bone marrow mesenchymal stem cells transplantation, the Harris score, visual analog scale score and the volume of the necrotic femoral head with MRI were measured.
RESULTS AND CONCLUSION: All incisions healed by first intention. All the 25 patients (33 hips) were followed up for 12-18 months (15 on average). The Harris score was significantly higher, but the visual analog scale score and the volume of the necrotic femoral head were significantly lower at 3, 6, 12 months after operation compared
with baseline data (P < 0.05). At postoperative 1 year, the Harris score was (85.6±7.8) points, the visual analog score was (2.38±0.73) points, and the volume of the femoral head necrosis was (7.23±3.3) cm3. There were 15 hips of excellent, 11 of good, 4 of fair and 3 of poor. Three poor hips were subjected to total hip arthroplasty at last. These findings indicate that the debridement, bone grafting combined with transplantation of autologous bone marrow mononuclear cells is an effective method to treat early early osteonecrosis of the femoral head, but the long-term effect needs to be observed further.

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Key words: bone marrow, stem cells, femur head necrosis, decompression, bone transplantation

中图分类号:

R394.2

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图/表（结果） 3

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引言

股骨头坏死(osteonecrosis of femoral head，ONFH)是一种多病因及病理机制导致的股骨头局部血运不良，从而引起骨细胞缺血与坏死、骨小梁断裂、股骨头塌陷的疾病^[1-3]，好发于中青年，如未经及时、有效治疗，病情进一步发展，可导致出现严重的髋关节骨性关节炎，使患者丧失劳动能力甚至生活不能自理，从而不可避免进行人工全髋关节置换。然而，中青年人的关节活动较多，假体使用寿命有限，手术后远期并发症的发生率较高，故对于该类患者应力争在早期采取有效的治疗方法，改善患者的症状和髋关节的功能，尽可能保留股骨头，延缓进行关节置换的时间甚至避免人工髋关节置换。

迄今为止，该病的病因和发病机制尚不清楚^[4-7]，因此，治疗方法也不完全统一，各种治疗方法的临床疗效也存在一定分歧。髓芯减压是较早用于治疗早期股骨头坏死的一种方法，其原理为降低股骨头内压力并改善血运重建，但其无法解决坏死区的修复重建，因此，单纯应用髓芯减压尚存在一定争议。近年来，多项研究均证实骨髓间充质干细胞在一定条件下，可向骨、肌肉、脂肪、肌腱等组织分化^[8-9]，同时骨髓间充质干细胞的数量减少和活力降低与股骨头坏死的发病机制密切相关，因此移植足够数量的骨髓间充质干细胞更有利于解决坏死区的修复重建问题。本院自2011年3月至2012年7月采用病灶清除植骨联合骨髓单个核细胞移植治疗股骨头坏死，取得了良好的临床疗效。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程
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材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

设计：回顾性病例分析。

时间及地点：2011年3月至2012年7月在安徽医科大学第一附属医院关节与骨肿瘤外科完成。

对象：纳入早期股骨头坏死患者25例(33髋)，其中男15例(20髋)，女10例(13髋)；年龄18-55岁。根据ARCO分期：ⅡA期8髋，ⅡB期15髋，ⅡC期9髋，ⅢA期1髋；病因：激素性5例7髋，酒精性4例5髋，特发性16例21髋。所有患者经临床症状和影像学检查确诊为股骨头坏死，采用髓芯减压联合骨髓单个核细胞移植治疗。

纳入标准：①已确诊为股骨头坏死患者。②ARCO分期不超过Ⅲ期。③年龄在18-55岁间。④已告知患者手术方案并签署知情同意书。

排除标准：ARCO分期在Ⅲ期以上，年龄大于55岁且患有严重呼吸、消化、循环等系统疾病或存在手术禁忌证。

方法：

骨髓单个核细胞的获取：患者取俯卧位，术区常规消毒铺巾，双侧髂后上棘处行局部浸润麻醉，在500 mL生理盐水中溶入5 mL低分子肝素钠，用预先准备好的10 mL注射器抽取2 mL该液体，再用骨髓穿刺针于双侧髂后上棘穿刺，用10 mL注射器从不同方向和深度抽取骨髓血，共抽取骨髓血500 mL，所抽取骨髓血送本院输血科经无菌操作注入骨髓淘洗管路中，用Cobe Spectra光谱细胞分离器(777093-046，Cobe，Lakewood, Colorado)采用密度梯度离心法，以2 000 r/min将骨髓血密度梯度离心，采集骨髓单个核细胞并制成细胞悬液，单侧25 mL，双侧50 mL，计数单个核细胞总量并送实验室检测CD34⁺细胞数量，剩余自体血回输给患者。

髂骨取骨：提取骨髓单个核细胞后第2天，术前半小时予以静脉滴注抗生素1次。患者取仰卧位，垫高患侧臀部，全麻效果满意后，患肢髋关节轻度外展，于患侧髂前上棘取适量髂骨并修剪成颗粒条状，再与提取的骨髓单个核细胞充分搅拌混匀，浸泡。

病灶清除及髓芯减压：术区常规消毒铺巾后，在患侧股骨大转子下大腿外侧作一纵行直切口约5 cm，逐层切开，直至显露大转子及股骨外侧面，采用2.5 mm导针在C臂X射线机引导下钻入至股骨头软骨下骨5 mm，空心环钻套入导针，在C臂X射线机透视下沿导针钻入坏死区直至距软骨下骨约5 mm处止，取出导针及钻头，用特制铰刀及刮勺从各个方向将坏死骨刮出并送病理检查以进一步证实诊断股骨头坏死。

髂骨植入及骨髓单个核细胞移植：用自制植骨器械将骨髓单个核细胞浸泡的髂骨送入减压骨道中，并打压填实。植骨过程中，将25 mL细胞悬液以不低于15 min时间经骨道缓慢注入股骨头坏死区。C臂X射线机透视确认松质骨皮质骨已填满挖空的坏死区，再用骨蜡封闭骨道，冲洗后逐层缝合。

术后处理：术后3个月内禁止负重行走，3个月后可扶拐或在助行器帮助下进行部分负重，根据患髋关节恢复情况逐渐增加负重。术后3个月、6个月、1年随访。每次随访完成Harris评分及目测类比评分，拍摄髋关节正侧位片及蛙式位片，术后6个月和1年行MRI检查。

主要观察指标：①根据治疗前后Harris评分和目测类比评分对髋关节功能进行评价，Harris评分70分以下为差，70-79分为可，80-89为良，90-100为优。②根据治疗前后X射线变化及MRI测量坏死体积的值进行影像学评价。

统计学分析：采用SPSS 13.0统计软件进行分析。数据以x(_)±s表示，统计学方法为方差分析，配对t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

3.1 股骨头坏死相关知识点股骨头坏死是多种原因造成股骨头局部血供破坏从而引起骨细胞缺血与坏死、骨小梁断裂、股骨头塌陷的一种疾病，其病因及发病机制目前仍不清楚^[4-7]，目前的研究认为坏死的原因可能与激素、酒精、减压病、血液系统疾病、结缔组织疾病等相关^[10-11]，而在该病的病理生理机制方面有许多学说被提出，包括骨内压增加学说、血管内凝血学说、脂肪栓塞学说等^[12-14]，这些学说之间并不排斥，相反，在很多情况下可能还会相互促进、相互作用。但是不管哪种学说，近年来的相关研究均表明骨髓间充质干细胞的数量减少和活力降低在股骨头坏死的病理生理机制中扮演了重要作用^[15-16]，因此，股骨头坏死又被看做是一种骨细胞和(或)间充质干细胞疾病^[17-20]。目前，股骨头坏死保留股骨头的手术方法很多，包括髓芯减压，带血管蒂和不带血管蒂的骨移植，截骨术，钽棒植入，表面置换，骨水泥植入及髓芯减压联合骨髓间充质干细胞等^[21-29]，各有优缺点，但治疗目的均是防止股骨头塌陷，促进股骨头内坏死病灶的修复。

3.2 髓芯减压髓芯减压最早由Arlet和Ficat^[30]提出治疗早期股骨头坏死患者，目的是降低股骨头内压力，改善静脉回流，促进股骨头内血管再生以减轻疼痛。该手术方法操作简单，创伤小，术后并发症少，适用于股骨头尚未塌陷的早期患者。然而随着研究的逐渐深入，人们也发现此种方法存在不少缺点：髓芯减压后会在股骨头内遗留骨通道，使软骨下骨的机械支撑减弱，股骨头发生塌陷的风险就会增大，同时此类患者的股骨头和股骨颈处骨髓干细胞的数量降低，活性抑制，因此成骨能力就会降低，使得坏死骨质在吸收后不能得到充分修复，这同样会增加股骨头塌陷发生的概率^[31-32]。因而不难看出髓芯减压在降低骨内高压的同时，却无法解决坏死病灶的修复问题。

3.3 髓芯减压联合骨髓干细胞移植治疗骨髓干细胞是20世纪70年代后才逐渐受到更多的关注，其具有两大特性：自我更新和多向分化。在适宜的体内或体外环境下具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力，同时还能分泌多种成骨活性因子^[33-35]，可以促进骨折断端和骨缺损部位的修复和重建过程。最近有研究表明，骨髓间充质干细胞对淋巴细胞、树突细胞及其他炎症细胞具有抗炎和免疫调节作用^[36]，还有研究表明骨髓间充质干细胞通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应，从而发挥免疫重建的功能^[37]，因此在移植后可以避免发生免疫排斥的风险。这些特性都为其用于骨与关节的修复提供了强大的理论依据，因而有众多学者通过髓芯减压联合骨髓间充质干细胞移植治疗股骨头坏死进行研究。Gangji等^[24]采用髓芯减压联合骨髓间充质干细胞移植治疗10例(13髋)按ARCO分类法处于Ⅰ，Ⅱ期的股骨头坏死患者，患者随机分为2组，实验组采用髓芯减压联合骨髓间充质干细胞移植治疗，对照组采用单纯使用髓芯减压，术后进行长达5年的随访后发现，髓芯减压联合骨髓间充质干细胞移植治疗组患者髋关节的疼痛和功能活动情况均明显改善，在此期间，10例(13髋)中仅有3例(3髋)病情进展到了ARCOⅢ期，磁共振测得坏死体积较术前下降了42%，而对照组9例(11髋)中有7例(8髋)病情都进展到了ARCOⅢ期，磁共振测得坏死体积较术前仅下降了22%-24%，并且两组的关节面塌陷时间也有明显的差异，实验还证实这种治疗具有更好的安全性。Hernigou等^[38]同样利用该方法治疗了116例(189髋)患者，并经过平均7年的随访后发现，在塌陷前期(Ⅰ和Ⅱ期)的145髋经过治疗后，只有9髋需再次手术治疗，而在塌陷后期(Ⅲ和Ⅳ期)的55髋经过治疗后，却有25髋需再次手术。这些研究均表明髓芯减压联合骨髓间充质干细胞移植是一种治疗早期股骨头坏死的有效方法。本研究通过对25例(33髋)股骨头坏死患者进行髓芯减压联合骨髓单个核细胞移植治疗后，Harris评分由治疗前(55.2±6.5)分提高到治疗后1年(85.6±7.8)分，目测类比评分由治疗前(6.81± 1.19)分降低到治疗后1年(2.38±0.73)分，MRI测量坏死体积值由治疗前(13.38±5.1) cm³下降到治疗后1年(7.23±3.3) cm³。3髋因手术失败最终行全髋关节置换，3髋由Ⅱ C期进展到Ⅲ A期，出现新月征或塌陷，余髋关节外形完整，密度增高，植骨区有修复表现，无影像学分期进展。

总之，髓芯减压联合骨髓单个核细胞移植治疗早期股骨头坏死具有多项优点：①此手术方法操作简单，创伤小，治疗后并发症少，治疗后患者可在早期进行患肢的康复锻炼，利于早期恢复。②在改善骨内高压、骨微循环障碍等病理状态的同时提供股骨头修复重建的种子细胞，为新骨生产、替代死骨创作良好的环境。③通过刺激血供丰富的大转子部的血管沿减压隧道长入股骨头内，促进坏死股骨头的修复。但是本研究仍存在一定缺陷，如样本量较少、随访时间较短、对患者手术前后的相关评分存在一定的主观性，同时该研究只针对早期股骨头坏死患者疗效肯定，远期效果还有待进一步观察，这些都需要在以后的研究中不断完善。