关节镜下马赛克自体骨软骨移植术

一种治疗骨关节病的新型术式： 关节镜下马赛克自体骨软骨移植术 简介 关节镜下自体骨软骨自体移植术是治疗软骨损伤的诸多手段之一。骨软骨移植是将健康的包含关 节软骨、软骨潮标和软骨下骨的栓柱移植到损伤处大小与之相匹配的区域。这个技术的优势包括采用 关节透明软骨而不是纤维软骨修复缺损并维持了关节的高度和形状。关节镜下自体骨软骨移植一次手 术一期完成，费用低廉，甚至可在门诊完成。全镜下手术技术上具有挑战性，由于取材的限制，用此 技术还不能完全治疗大范围的软骨缺损。 图 1 关节镜下自体骨软骨移植的适应证 图 2 直径超过 2.5mm 的大缺损疗效较差。 是单一的、全层的软骨损伤，范围在 1～2.5mm 范围内。 手术适应证和禁忌证 自体软骨移植的适应证包括独立的、全层的软骨缺损，直径 1～2.5cm（图 1）。大的缺损（直径 大于 2.5cm）疗效欠佳（图 2）。另外，此技术一般仅限于深度不超过 6mm 的软骨下骨缺失的软骨损 伤（图 3）。自体软骨移植也不适于相邻关节软骨均有损伤（相当于胫骨软骨 IV 型损伤）、多处 IV 型软骨损伤的膝关节，以及不稳定或对线不良的膝关节。病人年龄大于 35 岁，预期效果会有折扣， 一些作者认为大于 50 岁的病人不宜采用此技术。其它禁忌证包括有膝关节感染史、关节内骨折、类 风湿性关节炎和广泛的退化性关节炎（图 4）。半月板撕裂和韧带不稳不是绝对禁忌证，但是这种情 况在软骨移植时必须处理。自体软骨移植最常用于股骨髁，尽管有胫骨平台、滑车和髌骨病灶采用自 体移植的报道。 图 3 关节镜下自体骨软骨移植仅限于软骨下骨 图 4 禁忌证包括关节感染，关节内骨折，类 缺损深度不超过 6mm. 风性关节炎和大范围的骨关节病 器械 骨软骨移植（COR）系统可以精确地获取骨软骨栓柱，植入相同大小的缺损区钻孔中。COR 系统 的显著特点是取材套管具有切割齿，切割深度更为精确（图 5），以及精心设计的用于缺损区准备的 钻头（图 6）。此钻头更容易使受区孔垂直于相邻关节软骨面，使受区和供区取材大小更加匹配。 图 5 COR 取材刀齿可以完成深度精确的切割。 图 6 病损受区用钻头钻孔。 技术 首先彻底进行膝关节镜探查评估。当发现局限的、全层的软骨缺损时，重要的是要探查膝关节的所有 区域，包括后侧隐窝及半月板下部以发现和除去任何活动的软骨碎片（图 7）。关节镜下移植适用于 大多数缺损病灶；然而，大的和更靠后侧的缺损需要极度屈膝以达到垂直于关节软骨的角度，有时需 要局限切开关节以达到此角度。用一根腰穿针确定入路的最佳角度，确保入路垂直于受区和供区。关 节镜自体软骨移植术分为四个步骤完成：1. 评估和准备缺损区；2.确定移植物数量；3.取材；4.准备 植入区及植入自体栓柱。 图 7 重要的是将膝关节的所有区域都看到， 图 8 病变区的准备包括去除松动的软骨碎 包括后侧隐窝和半月板下方，去除所有活动的 片，用刮匙刮出一个垂直的缺损边缘。 软软骨碎片。 评估和缺损区的准备 膝关节和缺损区应该仔细评估以确定选择标准得以满足，不存在此手术的禁忌证。缺损区准备包 括去除所有游离的关节软骨碎屑，用刮匙（图 8）或关节镜刀在缺损边缘制造一个垂直的软骨壁。除 去软骨下骨面残余的关节软骨，但应避免骨面广泛出血。为了更好地规划植骨，最初植入的栓柱应 该放置在缺损区紧邻关节软骨的最前部。 图 9 用探针或取材器估算所需移植物的数量 图 10 采用不同深度的取材器取材用于明 显骨缺损的病例 决定植入骨数量 一旦缺损边界确定，可以用探针（图 9）估算需要植骨的数目，或用取材套管测量缺损大小和深 度，决定哪种形状的栓柱最适合缺损区。缺损区深度可以用 COR 系统估算，即用一根探针或取材套 管侧方的测量尺测算。一般来说，一系列直径 6mm 的移植栓柱可以通过关节镜植入并填充于缺损区。 更大的栓柱可以获得，但是它们经常需要通过小切口才能植入，并且容易累及供区高负重区软骨。 缺损区深度也应该被分析。大多数缺损没有明显的骨缺损。在这些病例中，8mm 标准的取材套 管深度足够填充缺损区。然而，一些缺损（特别是剥脱性软骨炎的缺损）骨缺损明显，必须处理。这 种情况可以在一次手术中在骨缺损区植骨，以后再行软骨移植，或采用不同深度的取材套管获取更长 的栓柱，将移植物放置就位，使其软骨面与周围软骨面持平，但会使栓柱软骨下的松质骨露出骨凹陷 的基底部（图 10）。 在移植中，供区和受区关节软骨的形状的评估也很重要，它使软骨表面达到尽可能最理想的匹配。 对于大的缺损，采用多个栓柱可以有效地重建髁的原始外形。尽管采用较小的栓柱可以更好地重建外 形，但是，移植栓柱强度和稳定性的降低会抵消它的好处，并且增加了手术步骤。 图 11 在敲打至限深标记处或相应的激光深度线 图 12 取材管放入透明的塑料植入管中 后，将取材器的 T 型把手旋转 2 圈，拔出时轻轻 转动将栓柱取出。 植入物取材 一旦栓柱数目确定下来，将取材器插入一次性切割器。在置入器械之前应该将髌后脂肪垫刨削一 部分，以改善视野，避免软组织嵌入。将钝头插棒插入取材管中以最大限度地减少器械置入膝关节时 软组织的嵌入。取材器的放置应该垂直于需要取材的部位，取出钝头插棒，插入砧棒，其提供一个敲 击的表面，并且避免液体通过取材管流出。这类取材的通常区域在髁间窝的外上方和界限上方的外侧 滑车嵴。 用锤轻敲砧棒敲击面（始终保持取材器在所有平面垂直于关节软骨面）直到取材器的剩余唇或所需的 深度标志（用不同深度的取材器时）到达关节软骨表面。过度过大的敲击深度不同的取材器会产生过 长的栓柱。COR 系统的独特处在于取材器刀口远端的切割齿（图 5）。这种切割齿位于取材器管远端 松质骨之下，到达精确的切割。转动取材器的“T”型手柄满两转，拔出的同时轻转 T 型手柄，将栓 柱取出（图 11）。注意当取出取材器时避免扳扭或晃动取材器，以免不必要地扩大供区。下一步， 将取材套管从切割器中取出，并插入透明塑料置入管（图 12）。移植柱将留在取材器中直到其被植 入。如果需要获取一个以上的移植柱，需要将切割器组装套在其它的取材管上并重复此前步骤。 图 14 受区所用孔洞可以一次钻完，注意保 持孔间保留 1～2mm 的骨桥相隔 图 13 受区采用 COR 钻头钻孔，钻头大小与使用过 的取材器大小相对应。 植入处准备 受区参照刚使用的取材器大小，选择 COR 系统的钻头打孔（图 13）。受区钻头应稍小于取材器， 以便确保移植柱的压配合。钻孔应全程在关节镜直视下完成，保持钻头方向垂直于相邻的关节软骨面。 钻头尖端突出齿部可以通过产生一个启动孔达到精确的放置，避免钻头从需要的部位“滑脱”。当用 标准取材器取材时，钻头应该钻至剩余关节软骨深度标志，当用不同深度的取材器时，钻头应到达相 应的激光标线深度。在软骨下骨缺失的病例，钻孔深度可以浅些，以便重建关节软骨的外形和高度（图 10）。所有孔洞可以同时钻孔，或钻孔、填塞后再依次重复钻孔填塞。注意要保持受区孔洞间存在 1～ 2mm 骨桥（图 14），并保持钻孔平行以避免受区孔洞融合。 移植物传递 用锤轻敲取材传递系统的塑料柱塞将骨软骨栓柱推至传递导向器远端透明部分。再小心敲击将柱 栓推出导向器远端 1～2mm，这样有助于对线使柱栓更易进入受区。 一旦受区准备完毕，将装有移植物的取材透明塑料传递导入系统插入膝关节。入路口需稍扩大以 便植入方便。将传递系统的透明末端放置于受区孔洞的出口处，其末端带有轻度突出的移植物，同时 握住植入器，使之垂直于相邻的关节软骨，调整移植物关节软骨面的方向使之与受区关节软骨面尽可 能一致（图 15）。然后轻敲移植物直至关节软骨与相邻股骨髁关节软骨齐平。轻敲捣棒或塑料柱塞 将移植物精细地调整到位（图 16）。另一栓柱采用同样的植入（图 17）。 图 15 将传递系统的透明末端放置在受区，垂直于 图 16 用一个打入杆或塑料柱将移植物轻敲到 关节面，旋转调整对线，使移植物软骨与受区关节 到位。 软骨面平行。 图 17 重复上述步骤直至修复完成。 取材区 界限线上方的股骨内上髁、外上髁，以及髁间滑车外上方可以用作取材部位（图 11）。接触压 力、形状匹配以及软骨厚度等因素已被研究以确定最佳供区部位。理想情况下，植入物应该取自最小 的负重区域以降低发病率。一般来说，髁间窝和内侧滑车接触压力较小。然而，只有小部分区域在所 遭遇的接触压力增加前可以用作取材区。尽管接触压力在外侧滑车较高，但在取材部位移向远端时接 触压力会下降。在选择外侧滑车时，建议在界限线正前方取材。在前交叉韧带重建手术中，外上髁间 窝软骨经常被打磨，而且没有明显的不适情况出现，它似乎可以提供适当的软骨，且病损风险低。 软骨厚度和曲度的立体摄影测量研究显示股骨内侧滑车远端和髁间窝是供区的理想地点，因为这 些部位承受负荷较低。另一方面，采用激光技术进行形状匹配研究显示，外侧和内侧滑车的曲率与髁 间窝相比更适合股骨髁的供区曲率。其他学者建议考虑到厚度和曲率因素，外侧滑车前部更适合作为 供区。马鞍形髁间窝前部与受区的中央滑车部更加匹配。另外，关节软骨在界限线处最薄，在中央滑 车部最厚。 移植物稳定性 直接影响移植物稳定性的因素是栓柱的直径和长度。较长的移植物比较短的移植物更难拔出。具 体来说，采用猪的实验证实，对于 11mm 直径的移植物，10mm 长移植物的拔出破坏负荷明显低于 15mm 或 20mm 长的移植物。另外，在经过初次拔出实验后重复植入的移植物的破坏强度只有初次植 入物强度的一半（均值，44N：93N）。在同一实验中，大直径的移植物比小直径的移植物拔出困难。 直径 8mm 的移植物的拔出破坏强度（均值，41N）明显低于直径 11mm 的移植物的强度（均值，92N）。 取材方法也证实会造成强度的差异。与单纯转动取材器比较，在移植物取材时撬动栓柱取材器会显著 地降低接下来的压配稳定性。 取材技术 取材部位会影响获得垂直式骨软骨移植物可能性。取自外侧滑车嵴的栓柱明显要比取自髁间窝的 栓柱更垂直于关节面。然而，切开取材和镜下取材没有发现统计学的明显差异。这一发现可能没有临 床意义，因为大至 10º的植入角度没有发生并发症的报道。 手动取材和用动力取材是另一个影响因素。与手动敲击取材相比，电力环钻取材已被证实可以降 低软骨细胞的活力。动力取材技术上更困难，并可以对骨软骨移植物造成严重的光镜下的损伤。到目 前为止，手动取材没有发现其影响栓柱的硬度、表面不规则性和软骨厚度。 移植物植入 稍大的移植物似乎是保存软骨帽组织学特性所必需的，同时也可能会增加其稳定性。大于 1mm 的移植物没有显示明显的组织学改变，而取材和植入同一孔洞的移植物显示软骨厚度和细胞密度均有 增加。组织学研究可以观察到圆形和多边形肥大的软骨细胞群落及细胞质空泡。 尽管理想的放置应该是与相邻关节软骨齐平放置以减少接触压力，但是这种放置不能经常实现。 术后通过 MRI 证实与关节面相差 1mm 以内的放置只占病人总数的 1/3。如果在受区打一个孔，则在 缺损区的峰值接触压力增加 20%。当插入的柱栓与相邻关节软骨齐平时，这些峰值压力将将回正常。 柱栓即使高于关节软骨面仅 0.5mm，与齐平柱栓比较，接触压力也将增加近 50%。在动物实验中，尽 管移植物残留的 2mm 的突起在负重后会自行复位，但是这种情况会造成移植物周围裂隙、纤维素增 生和软骨下骨孔蚀现象发生。凹陷的柱栓也会将压力提高近 10%。 在另一项研究中，放置齐平的标本显示关节软骨的组织学结构增厚或改变最小。与此相反，下沉 1mm 的标本显示软骨明显增厚（增加 54.7%）。当关节表面保持光滑时，在这些标本的软骨-骨结合 部可以发现软骨细胞增生，潮标增高，血管侵润。对于下沉 2mm 的移植物，可以发现软骨坏死和纤 维过度增生。 组织学 骨软骨移植的主要优点是重建透明软骨 以替代不耐用的透明状软骨或纤维软骨。再 次关节镜术中活检病例证实在移植的骨软骨 柱上有透明软骨的存活（图 18）。从组织学 来说，没有证据证实在宿主/移植物结合处有 软骨修复征象；但发现有透明软骨岛与纤维 软骨“浆”相连。下方的松质骨显示在宿主 骨和移植骨之间存在正常的骨性桥接。术后 6 个月自体移植骨软骨柱的细胞活力与正常 对照没有显著区别。移植柱的压痕硬度和对 侧供区相似。两者都比正常软骨（包括周围 髁软骨）硬许多。 图 18 二次关节镜活检证实在移植的软骨柱 表面 有透明软骨存活。 供区 临床上，在二次镜下观察中发现，没有替代物填充的 4mm 和 6mm 的供区孔充满纤维软骨瘢痕。 然而，在接受 4mm 和 6mm 栓柱的骨软骨柱镶嵌移植术的病人中，移植区的发病几率，包括术后过量 出血、轻至中度疼痛等文献仅有 3%。大多数症状（95%）6 周内消退，但是仍有持续性疼痛的报 道。在负重区钻大孔取材或取材过多似乎是最可能的原因。 Jackson 和其同事最近用羊进行全层骨软骨缺损的研究发现，未治疗的全层 6x6mm 的股骨髁缺 损不会自行愈合。在周围软骨存在所谓“影响区”，导致关节软骨面变薄变平。缺损区域逐渐扩大， 形成大的孔洞病变，周围的软骨下骨和关节软骨陷入缺损的外围。研究者认为缺损大小可能达到了临 界直径，在此处，增加的压力导致周围骨和软骨机械性超载。Messner 和 Gillquist 研究软骨修复时， 将这种邻近缺损的不利负荷称之为“边缘应力”。在他们的研究中，31 例病人患有单个至少直径 10mm 的单侧病灶，随访 14 年，有 12 例 X 光片关节间隙减少超过 50%。 人尸体研究发现，增加的应力集中于直径等于或大于 10mm 的髁缺损的边缘。在直径小于或等于 8mm 的缺损中，半月板有效地吸收了增加的压力。除了直径和栓柱的取材深度外，取材部位很可能是 导致供区病变的独立因素。目前，临界尺寸、深度和导致病变率增加的这些因素的比率在人体的研究 还是未知数。这些研究将致力于取材处哪种机制在发病中占主要作用。他们当然会证实对单侧直径 10mm 病变治疗的有效性。这些数据也引出另一个问题，如果直径 10mm 的病变是治疗的候选条件，那 么制造一个直径 10mm 的缺损以得到一个移植物来修复这个缺损是否合理？ 取材缺损孔洞植入缺损区的骨质或合成材料（回填），可以降低供区的发病率，这是通过避免缺 损区的侧壁侵蚀和提供一个替代物以刺激骨长入和表面修复来实现的。一种这样的合成材料是由聚乳 酸乙醇酸、聚乙醇酸交酯和硫酸钙制成（图 19）。这种移植替代植入物可以用于回填取材处孔洞， 其降低供区病变率的效果目前正进行多中心的评估（图 20）。这些栓柱已经通过了动物的膝关节研 究。植入后最长 1 年的不同间隔观察显示没有明显的陷口和骨赘。这些观察结果提示替代物植入后关 节及邻近的关节软骨稳定。在动物实验中，这些植入部位的组织学分析证实有骨质长入以及透明软骨 占优势的表面修复。另一个研究采用不同材料填充缺损而产生纤维软骨表面修复。回填缺损可以减少 过量出血以及降低供区病变率。 图 19 用合成材料回填取材区的缺损， 图 20 供区回填 TruFit 假体，目前正 可以降低供区的发病率，即通过避免 进行多中心研究以评价它减少供区 缺损区的侧壁侵蚀和提供一个替代物 病损的作用。 以刺激骨长入和表面修复得以实现。 结果 髁缺损一般具有极佳的临床结果。一篇 10 年的综述报告了其优良率为 92%。其他许多作者 也报告了 24，42 和 45 个月的相似结果。作者以前曾报告 Lysholm 评分从术前的 33 分和 44 分提高到 术后的 81 分和 88 分。经过 45 个月的随访，采用 IKDC 评定，87%的病人报告他们的膝关节为正常或 接近正常。再次关节镜检查发现轮廓和外观没有差异。术后 MRI 评价显示 92%的病人关节表面的一致 性得到了恢复，尽管 75%的病人甚至在术后 4 年仍存在不正常的软骨下骨髓信号。 胫骨、髌骨和滑车的骨软骨柱镶嵌移植术效果不稳定。胫骨表面重建的优良率在 87%，而髌骨和 滑车表面重建的优良率在 79%。 创伤性软骨缺损采用骨软骨移植治疗，超过 80%的病人均获得优良的结果。独立的软骨损伤以及 需要较少植入物的病人结果最佳。骨软骨移植术也成功地用来治疗剥脱性软骨炎和股骨骨坏死。下列 诊断包括骨坏死、剥脱性骨软骨炎和创伤性软骨损伤不会影响临床结果。但是，大于 6cm2的病变纤 维组织生成增加，移植物与宿主组织间存在裂隙，结果较差。病人年龄增大也将导致不良结果。如果 病人小于 30 岁，90%可恢复至无痛的运动，而对于大于 30 岁的病人，只有 23%可以恢复到无痛的运 动。 总结 关节镜下骨软骨自体移植术适用于单侧，全层的关节软骨损伤，病变直径在 1～2.5mm 范围内。 膝关节的稳定和良好的对线对于获得良好结果很重要。这种术式不能用于治疗广泛的骨关节病。关节 镜下骨软骨自体移植术可以通过移植物的带状匹配重建透明关节软骨。这种方法经济，可在门诊完成， 重建表面持久耐用，长期结果甚佳。 翻译：首都医科大学附属北京友谊医院骨科李强