异体半月板移植的实验研究和临床应用

作者：康晓琦,章亚东,衷鸿宾  【关键词】  异体半月板移植

    半月板在分散负荷、吸收震荡、稳定及润滑关节等方面发挥着重要的作用。早在1948年fairbank就从分析X线片中发现了半月板的损伤及缺失与骨性关节炎的发生存在联系，随后又有学者通过大量的临床和实验研究证明半月板切除术会导致进行性退行性关节炎。全部或者部分半月板切除可使关节表面的峰值压力增加40％～700％，增加的关节接触面压力必然会同时导致关节软骨的退变［1］。Rijk等［2］人研究显示，与半月板切除术相比，立即进行半月板移植并未显著减少关节软骨的退行性变，而延迟半月板移植比半月板切除会导致更严重的关节软骨的退行性变。对于那些损伤较重的半月板，恰当的半月板移植不失为一项可行的治疗方法。

    半月板移植最早可追溯到1916年，Lexer用自体脂肪组织作为半月板的移植替代物［3］，Gebhardt在1930年也试行完整的胫骨平台包括相应半月板的异体移植［3］。Zukor和Locht分别在20世纪70和80年代开始进行探索性研究，1984年Milachowski首先完成了第1 例游离半月板移植。从此以后，许多学者建立了大量的动物和人类模型进行研究。

　　1  实验研究

　　1.1  免疫反应

　　半月板大部分由胶原纤维构成，有少量纤维软骨细胞和成纤维软骨细胞，血管分布较少，因此半月板移植后通过血管介导的体液免疫，因半月板的这种特殊结构大部分被屏蔽，而细胞免疫则在半月板的免疫排斥反应中起到了主要作用。移植半月板中的胶原和软骨细胞表达的组织抗原，可以被自身的免疫系统识别为异物，进而引发免疫反应。但目前引起急性排斥反应的案例报道很少，Hamlet等［4］曾在1997年报道过1 例发生典型急性排斥反应的案例。Ochi等［5］在大鼠新鲜异体半月板移植细胞及体液免疫反应的观察研究表明，新鲜异体半月板移植不引起宿主的细胞及体液免疫反应，无明显免疫排斥反应发生，并认为新鲜异体半月板可能不需经特殊处理措施即可应用。Van［6］和Khoury等［7］通过对新鲜及冷冻保存的异体半月板人类白细胞抗原(human leucocyte antigen，HLA)及ABH血型抗原的研究，证实半月板内纤维软骨细胞表面类抗原HLAⅠ阳性并含有ABH阳性内皮细胞，异体半月板虽经冷冻保存，但细胞表面的HLA及ABH抗原分子结构仍存在，细胞成分虽被缺乏免疫原性的软骨基质包裹，但抗原成分一经暴露，仍可引发一定程度的免疫反应。

    Scott等［8］对植移后16个月的人异体半月板及其周边滑膜进行了免疫组化分析，结果显示28 例半月板中的12 例，16 例滑膜组织中9 例均含有免疫反应细胞。然而，这些细胞中仅小部分表达，无明显的免疫反应证据，而临床结果(移植的成功或失败)与半月板或滑膜标本的总的组织学评价和免疫应答的出现无关。所以尽管组织学上有免疫反应引起对抗移植的迹象，这种反应未显示出对临床结果有影响。

　　1.2  保存方法

　　目前异体半月板的保存方法主要有以下几种，新鲜保存：12 h内取材，放在－4℃培养基中无菌冷藏保存，时间不超过12～14 d［9］；深低温保存：在低温保护剂培养液浸泡后，置于可控温冰箱，逐渐降温到－100～－80℃，再转移到气化液氮中保存，既能保持细胞活性又能延长保存时间；新鲜冷冻保存：将待移植半月板迅速冰冻至－80℃，在不破坏其物质成分的前提下杀死所有细胞；冻干保存：冻干保存虽可杀死所有的细胞，但同时可能会破坏其物质成分而造成移植后的半月板体积缩小。Reckers等［10］将兔半月板冰冻在－7.2℃、－21.4℃和－73℃的温度下。在每个温度下，每2天取出4个半月板解冻，结果显示：在第14天－7.2℃下有92.38％是活细胞；到第16天，成活率显著下降12％(P＝0.001)；从第18天起在－21.4℃下，细胞数量有显著性下降(P＜0.001)，特别是从第28天的54.5％下降到第30天的30％。在－73℃成活细胞数量从第28天的40.2％下降到第30天的37.9％。保持细胞存活率在理论上对于移植物的存活是很有益处的，但是这一点还有待证实。

  新鲜保存的半月板需要用γ射线照射或者环氧乙烷进行灭菌消毒，但研究表明结缔组织暴露于2.5 kgy以上的照射下会影响材料的特性和组织的完整性［11］。因此，用γ射线照射因为其对胶原完整性的一定破坏作用而不予推荐，而环氧乙烷可诱发滑膜炎，故也不予推荐。

　　1.3  大小的选择

　　Pollard等［13］研究指出移植半月板大小和匹配与否，将直接影响愈后。移植半月板的大小可以通过MRI、CT和X线片，或者直接测量而确定。以前有学者提倡用对侧膝关节来测量，但是johnson［12］指出病人两侧的膝关节半月板的大小存在着可变性。Pollard［13］指出，利用X线片和在骨的基础上测出的半月板大小存在一致性。前后位X线片半月板的宽度计算从胫骨髁间隆突至胫骨干骺端外侧为宜；侧位片半月板的长度计算以胫骨平台的长度为宜，且内侧半月板长度减去测量值20％，外侧半月板长度减去测量值30％，如此测量误差为7.8％。Shaffer［14］比较了MRI和X线片后发现，MRI确定半月板的大小方面更加准确，但只有35％在标准差2 mm以内。尽管确定移植的半月板的准确尺寸看来是基本的，但不匹配的半月板究竟多大的误差在允许范围之内目前还是未知的。Johnson等［12］应用计算机技术选择移植半月板，通过膝关节镜置入测量器于受测部位，通过三维成像显示测量半月板精确图形，以指导选择供体半月板。McDermott［15］用精确的方法测量内外侧半月板和胫骨平台的尺寸，结果表明半月板的尺寸可以通过胫骨平台精确测量，仅有很小的误差。

　　2  临床应用

　　2.1  手术适应证和禁忌证［16］

　　半月板移植手术适应证主要包括以下四种：a)半月板全切后关节软骨损伤；b)前交叉韧带断裂伴严重半月板损伤，前交叉韧带功能不全或不稳定；c)预防性半月板移植以避免半月板切除后的并发症；d)膝关节力学轴线不齐致半月板损伤。目前有学者认为，年龄小于50 岁，疼痛明显，但膝关节对线好、稳定性好的半月板切除术后是最佳的手术指征。禁忌证包括：a)严重膝关节退行性改变，明显骨赘形成；b)X线提示股骨髁变形或膝关节不稳定、畸形；c)膝关节曾有感染病史及有其他外科手术禁忌证。

　　2.2  手术技术［16～17］

　　有研究显示：无论在关节镜下或是开放手术，带有骨块的半月板比没有骨块的半月板固定有更好的负荷传导功能，故kelly等人推荐使用通过两个独立的骨栓来固定前后角或者是通过骨桥来固定前后角的手术技术。骨栓的直径应不小于9 mm，从而避免折断。外侧半月板移植时，外侧半月板的前后角之间的距离为1 cm甚至更小，所以推荐采用“KeyHole”技术，有些术者也称之为“中央骨桥技术”。术前制备连接供体半月板前后角的单个骨栓，手术时在患者胫骨平台外侧髁间棘的纵轴上用KeyHole器械专用圆凿从损伤半月板残留前角止点向后制作骨槽，骨槽的长度和深度要和移植半月板的骨栓匹配。从胫骨前外侧面向骨槽底部钻取直径4.5 mm的骨孔，用于通过移植半月板前、后角之间的骨块上预置的缝线，在半月板置放到位后，可以在胫骨前外侧面打结固定骨块。此后，在膝关节的后外侧角作一辅助切口，将被移植外侧半月板体后部预置的3根缝线通过后外侧辅助切口拉出关节腔并固定在后外侧关节囊上，再从肌囊处向半月板前角处进行缝合，然后用InsideOut技术、OutsideIn技术加固半月板后角的固定。

    内侧半月板移植技术：内侧半月板因为前后角之间的距离较大，推荐使用两个分别连接前后角附着点骨栓的固定技术进行移植，有些术者也称之为双隧道技术。术前将供体半月板前后角附着点的骨块制成骨栓，后角骨栓直径8 mm，长12 mm，前角骨栓为直径12 mm，长12 mm。在两个骨栓的中部各用直径1.5 mm的克氏针钻2个孔，并用20可吸收线逆向穿过骨栓用于对骨栓的牵拉固定。手术在关节镜下清理患者损伤的半月板。为了移植半月板的固定和愈合，要保留半月板和滑膜交界处的血供丰富的半月板缘。同时要注意保留适当的损伤半月板的前、后角的止点，这样利于手术时确定被移植半月板前后角骨栓的置放位置。用半月板移植专用前后角定位器在半月板前后角固定点制备直径和深度与移植半月板上骨栓相匹配的骨槽，将前后角骨栓上预置的缝线通过骨槽引出到胫骨前内侧面。将移植半月板及前后角骨栓置放到位后，在胫骨前内侧面分别打结固定半月板前、后角，然后用垂直褥式缝合固定半月板的其他部分。

　2.3  术后康复

　　对于半月板移植术后的康复，没有一致意见。Fritz等［18］提出：半月板移植术后第4周，可在运动支架固定下开始持续在0°～90°范围内做被动运动。之后可以部分受重，但要保持完全伸展位1周，随后增加到可以承受重量。在4～6周后如果病人在没有股四头肌保护套的情况下，膝关节能完全伸展，能进行90°～100°的弯曲，没有或仅有轻微肿胀，而且在没有屈膝步态的情况下行走，就可以不用拐杖了。闭链练习(肢体远端固定而近端关节活动，如蹲起练习)在6周的时候开始，从0°～45°逐渐到75°，在第8周开始低冲击练习，1周后恢复坐姿工作，在3～4个月后开始有一定强度的工作，4～5个月后开始跑步练习，在6～9个月后开始轻度或者中度的运动，但不推荐进行高强度的运动。    　　将来，生物标记物，如血清、滑膜液或关节软骨的代谢物可能提供关节软骨早期损坏的鉴定依据。一些学者已经开始尝试确定能反映蛋白多糖的合成和降解的生化标记物。胶原的分解产物可能会最早表现出与软骨退变有关的变化［19］。接下来的研究需要我们提高对植入半月板细胞的增殖，以及这些重新长入细胞的形态和免疫应答对于移植物重塑的影响等方面的认识。半月板移植物生物学方面认识的提高将会增加使用有活细胞的新鲜移植物的可行性，而且可能会导致更好的临床结果。

    随着异体半月板移植研究的不断深入，临床应用经验不断丰富，相关难题会逐渐解决，该技术也将会成为远期疗效肯定的成熟技术。

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