自体骨软骨移植柱大小对移植软骨组织学特性影响的实验研究

马泽涛 曾 晖 熊 奡 康 斌* 辛 风 陶 可

（北京大学深圳医院骨关节科，广东 深圳 518036）

目前修复与软骨损伤、剥脱性骨软骨炎、骨坏死有关的关节软骨缺损的方法有关节镜下清理成形、钻孔微骨折、自体骨软骨移植、同种异体骨软骨移植、软骨细胞移植及组织工程，不同方法各有优缺点。其中自体骨软骨移植经长期随访被证实是修复全层软骨损伤的有效方法[1,2]。

有些关于移植后活检和动物实验的报道称，在大体及光学显微镜下观察到骨软骨移植柱的软骨细胞修复过程不伴有明显的重塑、增生。相反，有些报道称骨软骨移植术后可出现软骨细胞增生以及部分退化。这些报道均已描述了骨软骨移植后软骨的组织学改变，在这些报道里，骨软骨移植柱从股骨髁获得，并随后被原位移植。这些手术模型被假设为骨软骨柱的软骨表面和缺损区域完全匹配，但是因为环形钻壁的厚度存在，实际上骨软骨柱直径和缺损区域的直径并一样，不同的工具可造成不同的间隙。

因此，我们设想骨软骨柱的大小可能影响骨软骨移植后移植软骨的组织学特性。本实验的目的在于分析骨软骨柱大小对于移植软骨的组织学特性的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物

采用健康成年新西兰白兔18只，雌雄不限，体质量3.0～4.5kg，饲养环境温度18～22℃。实验动物分为A、B两组。两组动物均不限制运动。手术前观察所有动物无跛行，双膝关节活动正常。

1.2 方法

1.2.1 动物模型的建立

将兔用3%戊巴比妥钠，以1mL/kg体重兔耳缘静脉注射麻醉。兔膝关节前内侧纵行切口，保持髌韧带完整性，将髌骨翻向外侧，显露股骨髁。A组：使用自体骨软骨移植工具（Arthrex，Naples，FL）获得圆柱形的全厚软骨缺损（直径7mm，深度5mm），移除骨软骨柱之后再放回原位。在这组模型里，移植柱的软骨表面形状和周围软骨平整，但是因为存在环形钻壁的厚度，移植柱的直径和缺损区域并不完全一样。B组：使用跟A组一样的方法获得右侧股骨髁骨软骨缺损的模型，然后从对侧股骨髁取直径加大1mm的骨软骨柱（直径8mm，深度5mm），然后将其镶嵌进左膝股骨髁骨缺损处，使其紧密匹配，以及关节软骨表面平整。

1.2.2 术后处理

两组动物术后均肌注青霉素16万单位，1天1次，共用药1周，预防感染。未用免疫抑制剂，饮食条件相同，不限制运动。

1.2.3 观察方法

分别在术后4、12、24周，从各组随即选取3只用致死剂量戊巴比妥溶液静脉注射处死，从膝关节截取股骨髁作为标本为显微镜及组织学评估做准备。将标本浸泡于10%的中性福尔马林溶液7d，用0.25mol/L乙二胺四乙酸磷酸盐缓冲液脱钙，分别用70%、80%、90%，100%酒精脱水，石蜡包埋，矢状面切片，用蕃红O/固绿染色，然后然后在显微镜下观察。

2 结 果

2.1 标本大体观察

所有兔子在术后第二天被放回笼子饲养。手术切口均没有发生感染，并且愈合良好。肉眼观察，术后4周，两组标本均可见在骨软骨柱周围有圆形缺口。术后12周及24周，骨软骨柱周围的圆形缺口已被填充，移植柱的界限已变得不明显，并且两组标本的骨软骨柱与宿主软管之间的关节软骨表面是平滑和连续的。

2.2 组织学光镜检查

在A组里，术后4周的组织学检查显示移植柱的软骨下骨已经愈合，但是出现骨软骨块下沉，并且观察到骨软骨柱周围出现纤维组织。移植柱的软骨比周围正常软骨增厚。在高倍镜下观察，细胞密度增加，并且看到软骨细胞的胞浆内出现液泡。这些组织学改变在术后8周、24周时更加明显。在B组里，术后4周时观察到骨软骨柱的软骨下骨已经愈合，没有出现下沉。虽然可以检查到在术后4周骨软骨块四周有一缝隙，但是移植柱的关节软骨在整个术后阶段与宿主软骨对比没有出现明显变化。移植软骨的厚度、细胞密度、以及生物学形态均显示正常。术后8周、12周时，缝隙逐渐变小，移植软骨厚度、细胞密度、生物学形态均无明显变化。

3 讨 论

关节软骨是组成活动关节面的弹性负重组织，其缺损的修复一直是骨科领域的难题之一，由于关节软骨缺少血液供应和神经支配，创伤性的缺损或关节炎引起的关节软骨缺损不能够自身修复，自然愈合往往以纤维软骨和纤维组织修复，后者的生物力学性能和耐用性与透明软骨相去甚远，远不能满足生理负荷的需要，导致关节早期出现退变[2]。

自体骨软骨移植的重建过程已经被阐述。移植物的愈合受多种因素影响，所以生物学及生物力学环境的不同可造成各家报告结果的不同。虽然长骨骨折的典型愈合方式为软骨内化骨、膜内化骨，但是存在骨折端加压及固定时骨折直接通过哈弗管重建而愈合，达到一期愈合，而不是通过骨痂愈合。因为在B组里较大的移植柱比A组能获得更大稳定性，所以B组的愈合方式为一期愈合。移植骨软骨柱的营养部分来自周围的软骨、软骨下骨以及关节液，骨软骨柱植入时，通过“压配”使移植的软骨下骨达到牢固固定。

本研究通过使用比缺损区域直径大1mm的骨软骨柱移植，发现修复软骨的大体观和光镜下组织结构与正常关节软骨无明显差异，保留了透明软骨的组织学特征。

在临床上对于股骨髁软骨缺损，自体体骨软骨移植是非常有用的外科治疗方法。目前有不同的骨软骨移植工具可供选择，对大多数工具，我们建议使用稍大骨软骨柱（直径约增大1m）以便能获得更牢固的结合。本研究揭示了在自体骨软骨移植过程中较大的骨软骨柱对于保留软骨的组织学特性起了重要的作用。

[1]李海鹏,刘玉杰,刘智.同种异体骨软骨移植修复软骨损伤的研究进展[J].中国矫形外科杂志,2009,17(12):912-914.

[2]伏治国,瞿玉兴.关节镜下自体镶嵌式骨软骨移植修复膝关节股骨髁软骨缺损[J].实用医学杂志,2011,27(22):4094-4096.