结合和未结合浓集骨髓单个核细胞移植的打压植骨治疗股骨头坏死

汪亮 刘蜀彬 刘耀升

非创伤性股骨头坏死 ( osteonecrosis of the femoral head，ONFH ) 多发生在中青年。如不进行有效治疗，80% 的患者将会在 1～4 年内发生股骨头塌陷，最终须行髋关节置换术[1]。股骨头坏死的病因学尚未完全清楚，增高的髓内压被认为是重要的病理因素。髓芯减压术被认为能降低股骨头内髓内压，改善 / 恢复股骨头血供并且能缓解疼痛，是早期治疗非创伤性 ONFH 常用的手段[2]。尽管与非手术治疗相比，髓芯减压术治疗股骨头坏死显著有效，但Meta 分析显示，结合或未结合松质骨的髓芯减压整体临床成功率仅为 63.5%，近 33% 的患者最终需行关节置换术或髋关节挽救手术[1]。2006 年 6 月至2010 年 6 月，我科对 34 例 ( 53 髋 ) 股骨头坏死病例进行了微创扩大髓芯减压坏死灶清除、人工骨打压植入术治疗。现对结合与未结合浓集单个核细胞移植的临床疗效分析报道如下。

资料与方法

一、临床资料

本组 34 例 ( 53 髋 ) 非创伤性 ONFH 患者在我科接受微创扩大髓芯减压坏死灶清除、人工骨打压植入术。手术均由通信作者完成或监视下完成。患者分为 2 组：BMMCs 移植组，即微创扩大髓芯减压坏死灶清除、人工骨打压植入术结合 BMMCs 移植组；单纯植骨组，即微创扩大髓芯减压坏死灶清除、人工骨打压植入术。分组未按双盲法，患者自愿选择两种治疗方法中的一种。所有患者术前均行双髋MRI 扫描，双髋关节前后位和蛙式位 X 线片。多数患者也行双髋 CT 扫描，冠状位、矢状位两位重建。股骨头坏死的 MRI 诊断标准：短 Tau 反转恢复程序像形成带状或环形低信号区，外侧包绕区域为高信号； T1加权相股骨头内出现带状或环状低信号带包绕一高信号区。

纳入标准：ARCO 分期[3]II B 期、II C 期ONFH。

排除标准：I 期、II A 期、III 期、IV 期ONFH，或伴有活动性感染、凝血功能障碍、骨髓增生异常综合征、贫血 ( 血红蛋白＜100 g，WBC＜4×109)。

BMMCs 移植组：17 例 ( 26 髋 )，男 13 例，女4 例。双髋 9 例，单髋 8 例。手术时年龄 28～41 岁，平均 38.0 岁。其中，II B 期 11 例、II C 期 15 例。

单纯植骨组：17 例 ( 27 髋 )，男 14 例，女3 例。双髋 10 例，单髋 7 例。手术时年龄 30～42 岁，平均 38.1 岁。其中，II B 期 12 例、II C 期15 例 (表1)。

二、手术方法

患者首先取俯卧位，椎管内麻醉成功后，用Gallini 骨髓采集针自双侧髂后上棘处连续缓慢抽取骨髓血 150～200 ml，每次抽取 5 ml，每 5 ml 改变一次穿刺方向，每 20 ml 改变一次穿刺深度。每5 ml 中含肝素盐水 1 ml ( 每 250 ml 盐水加入肝素25 000 U )；将抽取的骨髓血注入含枸橼酸葡萄糖( acid citrate dextrose，ACD ) 液的抗凝收集袋内。采集的骨髓血滤过骨髓、脂肪残渣后，用血细胞分离机 ( COBE Spectra；Gambro，日本 ) 进行梯度离心，采用 Cellgrow 梯度分离液 ( d＝1.077 g / ml ) 分离和纯化 BMMCs，单侧髋关节 ONFH 髓芯减压手术收集5 ml，双侧收集 10 ml，浓集后的 BMMCs 浓度平均为 32.6＋/ -5.2×106个 / ml。输注的细胞活力用锥虫蓝排除法检测均在 95% 以上。潜在的微生物污染，用血平板培养法和传统的微生物方法检测，结果显示呈阴性。以上操作在解放军第 307 医院 CTC 全军重点实验室完成，整个过程需 90 min。

骨髓穿刺成功后，患者取平卧位，在 C 型臂X 线透视机引导下，经患髋外侧股骨大转子下 3 cm转入直径为 2.5 mm 的克氏针 1枚，到达骨坏死区股骨头软骨下骨 5 mm 处保留作为导针。纵行切开皮肤、皮下筋膜 2 cm，用外径为 10 mm 的空心钻顺导针转透 ONFH 区硬化带，到达软骨下骨 5 mm处 ( 图 1a )。采用逐级扩大铰刀分象限旋转扩大，实现对 ONFH 区的准确充分减压 ( 图 1b )，采用专用植骨套筒，将颗粒状多孔型医用纳米羟基磷灰石 / 聚酰胺 66 复合骨填充材料 [ 四川国纳科技有限公司，川食药监械生产许 ( 2007 ) 第 0012 号 ] 于浓集自体 BMMCs 液浸泡 2 min ( 图 1c )，全部吸纳浓集自体 BMMCs 液后，经骨隧道由深至浅打压植入( 图 1d )，充填股骨头颈内全部骨缺损区及骨隧道区，放置负压引流管后缝合切口。单纯人工骨植人治疗组除术中未行自体 BMMCs 分离和移植外，其它手术过程、术后处理均同 BMMCs 移植组。

三、术后处理

手术后 24～48 h 拔除引流管，术前 30 min 及术后 24 h 常规静脉给予头孢二代抗生素预防切口感染，2 周后切口拆线。术后 3 个月内患髋完全限制负重，术后 3 个月开始持双拐部分负重，术后 6 个月完全负重。术后 12 个月可从事重体力劳动及体育活动。

四、随访

所有患者均获得随访，BMMCs 移植组随访21～42 ( 26.7±8.0 ) 个月；单纯人工骨植入组随访22～45 ( 24.9±4.5 ) 个月。

五、疗效评定

术前及术后 12 个月内每 3 个月、术后 12 个月后每 6 个月，进行临床疗效评价。具体项目为：Harris 髋关节评分、视觉模拟评分 ( visual analogue scale，VAS ) 疼痛评分及双髋关节前后位、蛙式侧位X 线检查。

Harris 髋关节评分：最高髋关节评分为 100 分，表示无残疾，≥90 分为“优”，～89 分为“良”，～79 分为“可”，≤69 分为“差”。临床成功率＝( 优病例数＋良病例数 ) / 总病例数。VAS 评分：0 分表示无痛，0～3 分表示轻度疼痛，4～6 分表示疼痛影响睡眠，7～10 分表示难以忍受的严重疼痛。影像学评估：采用髋关节前后位及蛙式侧位 X 线片观察股骨头内坏死区范围、股骨头塌陷程度以及植入股骨头内人工骨的愈合情况。将股骨头新发生塌陷＞3 mm 或塌陷进一步加重和 ( 或 ) 髋关节进展为骨性关节炎定义为影像学失败[4]。

六、统计学处理

图1 结合浓集 BMMCs 移植打压植骨手术步骤 a：表示经皮插入 2.5 mm 导针后，用 10 mm 的空心钻顺导针转透区硬化带，到达软骨下骨 5 mm 处；b：表示扩大钉道清除骨坏死区的坏死骨和硬化骨；c：表示含有 BMMCs 的多孔型医用纳米羟基磷灰石 / 聚酰胺 66 复合骨填充材料；d：表示将含有 BMMCs 复合骨填充材料打压植入Fig.1 Surgical procedures of impacting bone grafting with concentrated BMMCs a: A guide pin of 2.5 mm was inserted percutaneously, and then a core drill of 10 mm was used along the guide pin in the hardening strap to arrive at 5 mm under the subchondral bone; b: The necrotic bone and sclerotic bone were removed by expanding the screw channle; c: The medical porous nano-hydroxyapatite / polyamide 66 composite bone filling material with BMMCs was used, d: The composite bone filling material with BMMCs was compacted and implanted

使用 SPSS 15.0 统计分析软件，根据资料是否满足正态性，采用 2×2 表资料的一般χ2检验、Fisher精确检验、成组设计一元定量资料的秩和检验等分析方法，比较两组患者治疗后影像学检查成功率；两组患者 ARCO 分期构成差别、两组患者病因构成差别、两组患者术前 VAS 评分差别、两组患者术前Harris 评分差别、两组患者治疗后需关节置换比例差别、两组患者导针断裂及软骨下骨穿透等不良事件发生率。采用 GLM 模型分别进行具有一个重复测量的四因素设计一元定量资料的方差分析比较 VAS 评分和 Harris 评分等。P＜0.05 为差异有统计学意义。

表1 股骨头坏死患者个人背景和基线特征 (±s)Tab.1 Demographic and baseline characteristics of the patients with ONFH (±s)

表1 股骨头坏死患者个人背景和基线特征 (±s)Tab.1 Demographic and baseline characteristics of the patients with ONFH (±s)

特征 BMMCs 移植组(n＝17 )单纯植骨组(n＝17 )P 值年龄 38.0±4.9 38.1±6.1 0.514性别，n ( % ) 1.000男13 ( 76.5 ) 14 ( 82.4 )女4 ( 23.5 ) 3 ( 17.6 )髋，n ( % )0.730单髋 8 ( 47.1 ) 7 ( 41.2 )双髋 9 ( 52.9 ) 10 ( 58.8 )随访 ( 月 ) 26.7±8.0 24.9±4.5髋数 26 27病因1.000激素 9 ( 34.6 ) 9 ( 33.3 )酗酒 14 ( 53.9 ) 14 ( 51.9 )特发 3 ( 11.5 ) 4 ( 14.8 )ARCO 分期，n ( % ) 0.883 II B 11 ( 42.3 ) 12 ( 44.4 )II C 15 ( 57.7 ) 15 ( 55.6 )髋关节评分 63.6±6.0 64.6±3.1 0.196视觉模拟评分 6.36±1.2 6.26±0.7 0.661

结 果

一、两组患者一般状况构成比

两组患者 ( BMMCs 移植组 8 例单侧，9 例双侧；单纯植骨组 7 例单侧，10 例双侧 ) 年龄、性别和 ARCO 分期 ( II B 和 II C 期 ) 构成比相匹配。两组人口学特征和基线特征相匹配 (表1)。患者年龄28～42 岁，79.4% 为男性患者。55.9% 双侧发病，52.8% 病因为酗酒。术前两组平均 Harris 评分均为差，术前 VAS 两组患者疼痛均影响睡眠。

二、手术前后 Harris 评分和 VAS 评分的变化

两组治疗方法术前与术后终末随访 Harris 评分及 VAS 评分变化：两组患者术后终末随访整体Harris 评分较术前显著提高 (P＝0.0000 )。与单纯植骨组相比，BMMCs 移植组术后终末随访 Harris 评分较术前提高幅度更明显 ( 28.6±0.5 ) %vs( 18.4±1.7 ) %，P＜0.0001 )。两组患者术后终末随访整体VAS 评分较术前显著降低 (P＝0.0000 ) (表2)。与单纯植骨组相比，BMMCs 移植组术后终末随访 VAS评分较术前降低幅度更明显，( -51.7±2.9 ) %vs( -66.3±1.4 ) %，P＜0.0001 ) (图 2)。

手术前后，BMMCs 移植组 ARCO II B 和 II C分期 Harris 评分提高幅度差异无统计学意义 (P＞0.05 )，单纯植骨组 ARCO II B 和 II C 分期 Harris 评分提高幅度差异无统计学意义 (P＞0.05 )。与单纯植骨组相比，BMMCs 移植组 ARCO II B 和 II C 期Harris 评分提高幅度差异有统计学意义 (P＜0.05 )。手术前后，BMMCs 移植组 ARCO II B 和 II C 分期VAS 评分降低幅度差异无统计学意义 (P＞0.05 )，单纯植骨组 ARCO II B 和 II C 分期之间 VAS 评分降低幅度差异无统计学意义 (P＞0.05 )。与单纯植骨组相比，BMMCs 移植组 ARCO II B 和 II C 期 VAS 评分降低幅度差异有统计学意义 (P＜0.05 ) (图 3)。

三、放射学及临床成功率

BMMCs 移植组临床成功率 ( 21 / 26 ) 高于单纯植骨组 ( 10 / 27 )，差异有统计学意义 (χ2＝10.85，P＝0.001 )。BMMCs 移植组放射学成功率 ( 23 / 26 )高于单纯植骨组 ( 11 / 27 )，差异有统计学意义 (χ2＝10.43，P＝0.001 ) (图 4)。

四、不良事件和并发症

与单纯植骨组 ( 2 / 27 ) 相比，BMMCs 移植组( 2 / 26 ) 术中导针断裂的发生率差异无统计学意义；与单纯植骨组 ( 3 / 27 ) 相比，BMMCs 移植组 ( 1 / 26 )术中铰刀股骨头软骨下骨穿透的发生率差异无统计学意义。术中 2.5 mm 导针在进入股骨外侧皮质或穿透坏死区硬化带时易发生弯曲，中空钻在通过弯曲的导针时，可造成导针的切割，进而发生导针断裂。铰刀软骨下骨穿透导针导致术后腹股沟区轻度疼痛，此种疼痛在术后随着软骨下骨修复逐渐减轻并且在 3 个月后消失。术中仔细操作加强透视监测是避免导针切割后断裂及软骨下骨穿透的关键，导针断裂后可通过手动的中空环钻取出。

表2 两组术前及术后终末随访 Harris 评分和 VAS 评分 (±s)Tab.2 The HHSs and VAS scores before and after the operation and in the latest follow-up in both groups (±s)

表2 两组术前及术后终末随访 Harris 评分和 VAS 评分 (±s)Tab.2 The HHSs and VAS scores before and after the operation and in the latest follow-up in both groups (±s)

注：a表示两组患者术前及术后终末随访 Harris 评分和 VAS 评分变化量的统计学差异，b表示两组患者术后终末随访整体 Harris 评分和整体 VAS 评分与术前相比的统计学差异Notice: aMeant there were statistically significant differences in the changes of the HHSs and VAS scores before and after the operation and in the latest follow-up between the 2 groups. bMeant there were statistically significant differences in the whole HHSs and VAS scores after the operation and in the latest follow-up when compared with the preoperative scores in both groups

VAS 评分术前 术后P 值 术前 术后P 值BMMCs 移植组 63.6±6.0 81.0±4.1 0.0003a 6.4±1.2 2.2±0.8 0.0004a单纯植骨组 64.6±3.1 76.5±5.5 6.3±0.7 3.0±0.8合计 64.1±4.6 78.8±4.8 0.0000b 6.3±0.9 2.6±0.7 0.0000b分组 Harris 评分

图2 两组术前及术后终末随访 Harris 评分和 VAS 评分比较Fig.2 Comparison of the HHSs and VAS scores before and after the operation and in the latest follow-up in both groups

图3 两组术前及术后终末随访 Harris 评分和 VAS 评分百分比变化比较Fig.3 Comparison of percentage changes in the HHSs and VAS scores before and after the operation and in the latest follow-up in both groups

图4 患者，女，45 岁。左侧股骨头坏死 II B 期 ( a，b )，打压植骨 BMMCs 移植术后随访18个月，股骨头外形正常，植骨生长良好，关节功能正常 ( Harris 评分 98 分 )( c，d )Fig.4 A 45-year-old female patient with ONFH of stage II B on the left side ( a & b ) was followed up for 18 months after receiving impacting bone grafting with BMMCs, with the results of normal appearance of the femoral head, good growth of bone graft and normal joint function ( The HHSs was 98 points ) ( c & d )

终末随访时，与单纯植骨组 ( 16 / 27 ) 相比，BMMCs 移植组 ( 6 / 26 ) 股骨头发生塌陷或负重区塌陷加重率降低显著，差异有统计学意义 (χ2＝7.14，P＝0.0075 )。BMMCs 移植组中的 4 例与单纯植骨组中的 5 例进展为髋关节骨关节炎，须行人工髋关节置换。两组患者均未发生术后髋关节感染或神经血管损伤。

讨 论

Ficat[5]1985 年首先报道采用髓芯减压术治疗ONFH，目前改良的髓芯减压术已被证明是塌陷前期 ONFH 治疗中最安全、最常用的手段[6-7]。尽管ONFH 病因尚未完全明确，但细胞源性病因学说已逐渐形成[8-9]。干细胞和祖细胞具有增殖和分化功能，若骨髓中干细胞或祖细胞数量减少或增殖分化功能异常，将导致骨细胞形成与凋亡或坏死之间失衡，若失衡不能逆转，最终将导致 ONFH的 发生[10-11]。近年来，随着骨诱导材料 ( 生长因子、干细胞 ) 治疗 ONFH 等基础研究的不断深入，髓芯减压结合干细胞及生长因子治疗 ONFH 已成为临床研究热点[12-13]。

与完整的骨髓相比，浓集 BMMCs 去除了骨髓中的血浆成分和红细胞，得到包括造血干细胞、骨髓基质干细胞、多能前体细胞以及各类有核血细胞等在内的混合物质。浓集 BMMCs 修复 ONFH 的生物学效应主要体现在两个方面。( 1 ) 成骨作用：不同的离心方法以及复合载体等措施可明显提高骨髓基质干细胞克隆形成能力。李亚非等发现在周围存在骨坏死、骨修复条件及适宜的体内理化、营养环境下，骨髓基质干细胞可分化、增殖，明显提高单位体积内基质干细胞、成骨细胞的数量和活性，增强成骨活性，促进新骨生成[14]。( 2 ) 成血管作用：BMMCs 中的造血干细胞、骨髓基质干细胞在体内缺血环境下，都可以向血管内皮细胞分化，分泌成血管性生长因子，促进血管生成[15]。

Yamasaki 等[16]报道应用骨髓来源的单核细胞联合磷酸钙植入术治疗 ONFH 患者 22 例 ( 30 髋 )，对照组 ONFH 患者 8 例 ( 9 髋 ) 仅植入磷酸钙，术后平均随访 29 个月发现治疗组股骨头坏死区域减少，仅3 髋 ( 3 / 30 ) 出现股骨头塌陷，对照组 6 髋 ( 6 / 8 )出现股骨头严重塌陷。张宏军等[17]报道应用单个核联合自体 BMMCs 和松质骨移植治疗早期 ONFH患者 18 例 ( 24 髋 )，对照组早期 ONFH 患者 14 例( 15 髋 ) 行髓芯减压联合松质骨移植，术后随访18 个月显示治疗组 Harris 评分自 ( 55.90±9.71 ) 分升至 ( 81.86±7.95 ) 分，优良率为 87.5%，仅 1 例( 1 髋 ) 发展为塌陷；对照组 Harris 评分自 ( 56.69±8.32 ) 分升至 ( 68.14±8.65 ) 分，优良率为 60%，有2 例 ( 2 髋 ) 发展为塌陷。以上研究证实，联合细胞疗法的综合疗法较之单一疗法更为有效。Wang 等[18]报道采用髓芯减压坏死骨刮除自体髂骨打压植入联合自体 BMMCs 移植治疗 ARCO II、III 期 ONFH 患者 15 例 ( 20 髋 )，术后随访 24 个月，Harris 评分自 64 分提高至 85 分，临床成功率为 80%。本研究与上述研究结果相似。本研究采用大直径髓芯减压多孔羟基磷灰石复合骨填充，结合 BMMCs 移植治疗 ARCO II B、II C 期 ONFH。结果发现，与单纯植骨组相比，BMMCs 移植组术后终末随访 Harris 评分较术前提高幅度更明显 ( 28.6±0.5 ) %vs( 18.4±1.7 ) %，P＜0.0001 )，BMMCs 移植组术后终末随访VAS 评分较术前降低幅度更明显 ( -66.3±1.4 ) %vs( -51.7±2.9 ) %，P＜0.0001 )。BMMCs 移植组临床成功率 ( 21 / 26 )，高于单纯植骨组 ( 10 / 27 )，差异有统计学意义 (P＝0.001 )。BMMCs 移植组放射学成功率 ( 23 / 26 )，高于单纯植骨组 ( 11 / 27 )，差异有统计学意义 (P＝0.001 )。与单纯植骨组 ( 16 / 27 ) 相比，BMMC 移植组 ( 6 / 26 ) 股骨头发生塌陷或负重区塌陷加重率降低明显，差异有统计学意义 (χ2＝0.0075 )。结果表明，大直径髓芯减压多孔羟基磷灰石复合骨填充，结合 BMMCs 移植治疗中早期 ONFH有效。

Kim 等[19]研究发现采用小直径多孔道髓芯减压术治疗 ONFH，术中发生股骨头骨折或股骨头穿透的发生率较低，提出采用多孔道小直径细针减压来代替传统大直径减压治疗中早期 ONFH[20-21]。笔者认为，小直径多孔道髓芯减压对塌陷前小范围早期ONFH 是合适的，如 ARCO I A、I B 期股骨头坏死；或用于单侧 ONFH 确诊后对侧股骨头颈的预防性减压。大部分早中期 ( ＞I C 期 ) ONFH 患者应行常规大直径 ( 6～12 cm ) 髓芯减压。大直径髓芯减压具有多种优势：( 1 ) 坏死股骨头内高压能够获得有效的减压；( 2 ) 逐渐扩大的钻孔器能够完全清除坏死区内的死骨和脂髓；最重要的是髓芯减压启动了股骨头颈内较长时间的骨修复，可持续促进骨髓基质干细胞分化、增殖。

股骨头硬化区软骨下骨穿透是大直径髓芯减压的潜在并发症。笔者认为，保证髓芯减压空心钻的锋利是预防术中发生股骨头软骨下穿透的重要因素；此外，采用逐级扩大铰刀进行坏死部位的扩大髓芯减压应在影像学监测下分象限完成，盲目地进行铰刀旋转扩大最易发生股骨头前外侧区软骨下穿透。

本研究尚存在以下不足：( 1 ) 入组病例数量有限；( 2 ) 为回顾性对照临床研究；( 3 ) 缺少其它的手术对照组，如单独髓芯减压组；( 4 ) 随访期间较短；( 5 ) 未进行移植后 BMMCs 的示踪性研究[22]。

总之，髓芯减压羟基磷灰石人工骨植入结合浓集自体 BMMCs 移植可有效治疗中早期 ONFH。

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