同种异体骨复合自体红骨髓移植研究进展

　　作者：刘建强，刘波，段德臣 作者单位：泰山医学院第二附属医院，济南市第四人民医院骨科，山东 济南250033

　　【摘要】 骨肿瘤、骨创伤等多种原因引起的骨缺损、骨不连的治疗一直是困扰骨科医生的难题之一，本文综述了应用同种异体骨复合自体红骨髓移植的发展概况、可能愈合机制、影响手术成功的诸多因素以及今后需进一步研究解决的一系列问题等，为该方法的深入研究提供一个较为系统的思路。

　　【关键词】 同种异体骨;骨移植;骨髓移植

　　Research of transplantation with allogenic bone combining autologous red bone marrow

　　LIU Jianqiang，LIU Bo，DUAN Dechen

　　Second Affiliated Hospital of Taishan Medical College,Department of Orthopaedics, Forth People's Hospital of Jinan,Jinan250033,China

　　Abstract：The treatment of bone defect caused by many factors was a problem bothering orthopaedics surgeons.In this article,we reviewed a therapy involving the allogenic bone transplantation combined with autologous red bone marrow,including the development,possible mechanism of healing and many factors affecting the operation success.Furthermore,we mentioned many problems for further investigation.In this article,we provided a relatively systemic thought for further research.

　　Key words：allogenic bone;bone transplantation;bone marrow transplantation

　　骨缺损、骨不连的修复和功能重建一直是骨科难题之一，应用骨移植是解决这一难题的常用方法。根据植入骨的来源不同大致将骨移植分为自体、同种异体、异种和人工骨材料骨移植。其中最为理想是自体骨移植，其移植骨来源于自身组织，无免疫排斥反应，成骨能力强，易愈合，但因其来源有限、供骨区存在一系列并发症限制了其应用[1]。同种异体骨克服了其部分缺点后替代自体骨而广泛应用于临床。近些年来，同种异体骨移植临床及科研发展迅速，特别是同种异体骨复合自体红骨髓手术的出现，更大地提高了骨移植的愈合率，而且未增加手术难度，已逐渐的成为医学工作者热衷研究的课题之一。

　　1发展概况

　　骨移植的系统研究始于19世纪。Ollier于1867年报道了移植骨的组织学研究结果，并首次讲明了自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植的概念，随后，MacEwen于1880年首次报道了临床应用同种异体骨移植成功。异体冷冻骨抗原性减弱及各种骨库的成熟建立，为异体骨移植提供了保证，但各项研究表明，异体骨移植同样存在一定的不愈合率及再骨折率[2]。自体骨髓移植的研究始于1896年，Grande首先在动物实验中发现自体骨髓移植到非骨髓的肌肉部位后具有成骨能力。1964年Burwell在动物椎旁肌内注射自体骨髓明显成骨。1986年Werntz等将自体骨髓移植于大鼠股骨缺损处，获得50%的骨性愈合。1995年Gray等用自体骨髓移植治疗胫骨先天性假关节成功。Healey等[3]认为，不稳定骨折部位注射骨髓后，尽管有新骨形成，但骨不连并不愈合，主张对有骨缺损病例采用自体骨髓和骨诱导剂(包括BMP和PBM等);或骨传导剂(包括自体骨和动物Kikl骨等)或骨扩充剂(包括陶瓷、石膏和碳素材料)复合治疗，以填充骨缺损间隙。Salama[4]于1983年应用红骨髓加异种骨治疗骨不连、骨缺损，并应用于脊柱融合、关节固定，取得了良好效果，充分显示了红骨髓在提高异种骨植骨融合上的能力。随后的国内一些学者李光辉等[5]应用异体骨复合红骨髓移植治疗骨不连同样取得了良好的临床效果。但是异体骨复合自体红骨髓移植的骨愈合机制、手术工艺、红骨髓抽取剂量、骨与骨髓的复合方式、骨愈合牢固程度等方面均存在很多争议，为医学工作者提出了很多亟待攻克的难题。

　　2自体红骨髓的成骨性能

　　骨髓主要由血管、神经、网状组织、基质及造血细胞等组成,骨髓中富含骨形态发生蛋白(BMP) 、基质细胞、骨内膜细胞和骨祖细胞,骨髓中的单细胞及血小板等还能产生生长因子。骨髓中的成骨能力来源于骨髓基质系统的基质干细胞,基质干细胞经证实能转化为骨祖细胞,并最终分化为成骨细胞和骨细胞,即使在体外脱离诱导物培养条件下也能成骨[6]。骨祖细胞可分为两类:(1)确定性骨祖细胞,不需外源性诱导物的作用就能自动分化为骨,它仅存于骨髓基质和骨表面;(2)诱导性骨祖细胞,分布于许多器官的结缔组织网架及循环血液中,只有经诱导物作用才可分化成骨。骨髓是惟一含有丰富定向性诱导性骨祖细胞的组织,且骨髓间叶细胞诱导成骨活性最强,因而以骨髓作为移植组织是符合逻辑的。将骨髓组织移植于自体肌肉、皮下、骨膜下及骨缺损中,发现自体骨髓在植入部位均有骨组织形成,但自体骨髓移植后的成骨机制仍不完全清楚。一般认为,一方面骨髓移植后提供的基质干细胞受坏死骨髓细胞释放的因子或活的骨髓细胞分泌的成骨因子刺激,以及在受区临近骨的影响下分化为成骨细胞;另一方面,骨髓移植后的部分细胞发生坏死释放出成骨诱导物质,刺激受区其他组织干细胞分化为成骨细胞,继而形成新骨。骨髓细胞的数量对其成骨作用有直接影响,移植的骨髓量越大,诱导生成的新骨量越多。

　　3愈合机制

　　3.1“爬行替代”学说该学说由Barth于1893年最早提出，Axhausen于1903年进一步补充了其内容。其核心是异体骨在移植过程中主要起支架作用，其逐渐坏死过程中被宿主骨来源的新骨替代，侵入移植骨的宿主间充质先转变为破骨细胞吸收移植骨，再转化为成骨细胞产生新骨。Gray等[7]发现60%的成骨作用来源于宿主骨内膜细胞及骨髓基质细胞，30%来源于骨外膜细胞。Freidenstein[8]提出了骨髓基质细胞与其他基质细胞有共同的干细胞，明确了骨髓基质细胞属于确定性骨原细胞(determined osteoprogenetic cell，DOPC)，可自行成骨。众多学者[9，10]也证实了宿主骨髓与异体骨复合移植可以促进异体骨早期成骨。

　　3.2骨诱导学说美国加州大学Urist[11]自骨基质中提取出骨诱导物质称为骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)并提出了骨诱导成骨理论，其核心是BMP是存在于皮质骨中的酸性蛋白，能在体外诱导结缔组织中的间质细胞、骨髓基质细胞、骨膜细胞、成纤维细胞在骨骼以外的部位产生软骨和骨组织。具有诱导软骨和骨形成的活性蛋白同样被其他学者从骨基质中提取成功[12]。另一项研究还显示骨髓细胞可以促进骨折断端BMP释放酶的产生，提高骨折端BMP浓度，促进异体骨的愈合[11]。

　　此两种学说目前已被多数学者认同，但不乏其片面性。有些学者则主张应将两种学说结合起来互补有无才能较全面地阐述同种异体骨的愈合机制。但是，不论是爬行替代学说还是骨诱导学说都从各自的角度说明自体骨髓能够促进异体骨的愈合，为同种异体骨复合自体红骨髓移植提供了一定的理论依据。

　　4影响手术成功的因素

　　同种异体骨复合自体红骨髓移植成功与否与治疗的各个环节都息息相关，其中较为重要的内容包括异体骨的选择、内固定的选择等。

　　4.1异体骨的选择目前临床上应用于修复骨缺损的异体骨有新鲜冷冻骨、冷冻干燥骨、脱矿骨等，大多需通过γ射线消毒保存。不同的处理方法会在异体骨的生物力学、与宿主的愈合能力等方面产生不同的影响。随着科技的不断进步，各种骨库及其对同种异体骨保存研究得到了迅速的发展，现阶段异体骨的保存多采用深低温冷冻及深低温冷冻干燥的方法[13，14]。Malinin等[15]的实验研究证实，深低温及深低温脱水后保存的异体骨与宿主骨的愈合能力最佳;另外一项实验研究还表明，深冻和冻干不会影响BMP的活性。但需注意的是将骨由室温直接浸入液氮急剧降温可以造成骨的碎裂，明显削弱骨的机械强度。Wolfinbarger[16]还发现使用冻干骨之前应对其进行再水化，以增强其抗压应力强度。Heiple[17]的实验表明异体骨与宿主骨愈合的优劣次序为：冻干骨>冷冻骨>脱矿骨>冷冻+照射>冻干+照射>新鲜骨>脱蛋白骨。这些研究发现都对我们的异体骨选择提供了很好的理论依据。

　　4.2内固定的选择目前认为内固定有助于促进骨折愈合，有助于增加宿主骨与移植骨之间连接的稳定性。Vander等[18]在临床实验中对比钢板和髓内钉内固定术后异体骨愈合情况，发现两种内固定后的骨愈合无显著性差异，指出内固定方式并不会影响异体骨愈合，而使用钢板内固定术后异体骨骨折发生率会明显提高，因而他认为内固定以髓内的中央固定更具有生物学优势，而导致异体骨骨折的原因主要与内固定应力集中以及异体骨钻孔有关。Walid等[19]则认为髓内固定有助于异体骨愈合。赵家驹等[20]对56例骨不连、骨缺损病人进行异体松质骨复合自体红骨髓移植治疗中认为应用钢板或外固定架进行骨折固定可以进行髓腔内外同时植骨，更有利于骨折愈合。因此，何种内固定更有利于异体骨愈合尚存在争议，但保持骨结合部的紧密接触和稳定则是被大家公认的基本原则。

　　5问题与展望

　　同种异体骨复合自体红骨髓移植的出现在充实了同种异体骨移植手术选择的同时，也改善了手术后的临床效果，得到了很多医学工作者的认可。目前，对于自体骨髓如何促进骨愈合的机制尚无准确结论，而且如何保存异体骨组织以求在安全前提下最大限度地减低其免疫反应，并加快植入后的愈合速度存在争议;另外，自体红骨髓抽取多少才能达到经济有效地促进骨愈合并如何将骨髓与异体骨复合在一起才能最大限度地发挥作用都是报道较少尚无定论的问题，亟待我们进一步的研究。相信随着实验和临床研究的进一步发展，同种异体骨复合自体红骨髓移植将会有愈来愈广阔的前景。

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