自体骨植骨联合浓缩骨髓移植在全膝关节置换术中修复骨缺损

汪庚申，周瑾，王世中，牛存良，赵海燕，潘铭

(1.甘肃武威市人民医院骨二科，甘肃 武威 733000；2.甘肃武威医学科学院检验科，甘肃 武威 733000；3.兰州大学第一附属医院骨科，甘肃 兰州 730000；4.甘肃武威市人民医院血液科，甘肃 武威 733000)

全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)是治疗终末期膝关节骨关节炎的有效手段[1-3]。如何修复严重的骨缺损是TKA手术成功的关键之一，甚至直接关系到手术成败和假体的使用寿命[4]。自体骨结构性植骨和自体骨打压植骨是修复Rand Ⅲ、Ⅳ型胫骨侧股缺损的常用方法之一，已有很多学者进行了相关报道[5]。但也有研究提出自体骨植骨术后有发生骨吸收、骨不愈合等风险[6]，这也成为在负重界面进行自体骨植骨的远期稳定性的安全顾虑之一。2014年1月至2018年1月甘肃武威市人民医院对12例合并骨缺损的重度膝关节骨关节炎患者行TKA术时采用自体骨植骨联合浓缩骨髓移植修复骨缺损，疗效满意，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准：(1)重度膝关节骨关节炎影响生活；(2)关节屈曲内翻畸形，X线片或CT证实胫骨侧存在严重骨缺损；(3)术中再次明确缺损深度≥10 mm，面积≥单侧平台的70%，属于Rand Ⅲ、Ⅳ型；(4)无明确手术禁忌，且为初次TKA患者。排除标准：(1)合并严重器官功能障碍难以耐受手术者；(2)术中平台截骨后采用其他方法进行修复；(3)关节外畸形；(4)既往有关节手术史；(5)随访资料不全。

共纳入患者12例(19膝)，其中男3例(4膝)，女9例(15膝)；年龄58～78岁，平均(68.0±5.5)岁。术前均行膝关节CT评估骨缺损为Rand Ⅲ、Ⅳ型。类风湿性关节炎3例(4膝)，创伤性关节炎2例(2膝)，原发性骨关节炎7例(13膝)。术中进行自体骨植骨联合浓缩骨髓移植。其中包容性骨缺损3膝，进行松质骨填塞打压植骨。Rand Ⅲ型14膝，采用结构性植骨；Ⅳ型5膝，差异结构性植骨联合松质骨打压植骨。12例中取髂骨植骨2例。所有膝关节假体均采用PS假体，3例(5膝)采用延长杆分散应力增加稳定性。

1.2 手术方法及术后处理 TKA手术均由同一治疗组医生完成，浓缩骨髓的制备由血液科医师协助进行。所有患者行腰麻或插管全麻，麻醉生效后即开始制备浓缩骨髓液。髂骨多点穿刺抽取50～100 mL骨髓血并收纳于无菌采集管(内含抗凝剂枸橼酸钠、柠檬酸钠、葡萄糖)。随后通过血液离心机对采集好的抗凝骨髓血进行离心，速度3 000 r/min，时间10 min，通过移液枪将骨髓基质干细胞层5～10 mL回收备用。常规内侧髌旁入路，按照常规操作依次截骨、处理软组织、修复胫骨侧骨缺损，而后按步骤安装假体。待骨水泥降温后由植骨块边缘向中央骨床方向用2.0 mm的克氏针多点钻孔，将备用的浓缩骨髓液用注射器注入其中，周围缝隙用骨蜡封闭。关节周围“鸡尾酒”局部注射，缝合后关节腔内注射氨甲环酸，不摆放引流管。术毕弹力绷带包扎。

1.3 围术期处理 术前半小时依次静脉滴注氨甲环酸并预防使用抗生素；术后8 h低分子肝素钙抗凝预防血栓，预防使用抗生素24 h后停药。麻醉恢复即行下肢肌肉收缩训练，次日步行器辅助下步行并摄X线片，患肢可部分负重逐步过渡为正常负重；1周后膝关节屈曲锻炼达到90°。定期门诊复查，摄X线片了解骨块愈合情况，观察假体位置。美国膝关节协会评分(knee society score，KSS)评价膝关节功能和疗效，85～100分为优，70～84分为良，60～69分为可。

2 结 果

12例患者均获得门诊或微信平台随访，随访时间12～48个月，平均(23.0±6.5)个月。2例取了自体髂骨，造成患者术后短期内髋部疼痛不适，1个月后复查时疼痛缓解。末次随访时KSS功能评分为(87.2±5.3)分，与术前(23.9±5.3)分比较，差异有统计学意义(t=-35.8，P<0.05)；临床评分为(85.4±7.2)分，与术前(25.7±6.2)分比较，差异有统计学意义(t=-29.4，P<0.05)；优2膝，良16膝，可1膝，优良率94.6%。术后3个月植骨区域均已达到愈合，末次随访时未见假体松动、下沉、感染等。

典型病例一为64岁女性患者，“因双膝疼痛伴活动受限10余年”入院。入院查体：双膝屈曲内翻畸形，影像学评估：Rand Ⅲ型胫骨侧骨缺损。KSS评分：左膝35分，右膝40分。间隔1年先后行TKA手术，术中均行结构性植骨修复胫骨侧骨缺损，术后抗凝、止痛、功能训练。末次随访时KSS评分均上升至80分(见图1～6)。典型病例二为74岁男性患者，因“右膝关节疼痛伴活动受限7余年”入院。查体：左膝轻度内翻畸形，影像学评估为：包容性骨缺损Rand Ⅳa型。行右膝自体骨打压植骨，术后24个月复查植骨区域愈合良好(见图7～11)。

3 讨 论

对于一些严重的膝内翻患者往往伴有胫骨平台的骨缺损，术中对各种类型的骨缺损也有相应的修复方法[7]。如自体骨结构性植骨或打压植骨[8]、螺钉加骨水泥技术[9]、同种异体骨块及金属垫块修复[10]等。目前有关膝关节置换术中骨缺损的分型常用的有Stokley分型[11]，它是根据骨缺损的范围是否累及外周的骨皮质来进行相应的划分，提出了包容性骨缺损和非包容性骨缺损的理论。本研究有2例(3膝)术中发现平台下方局部骨坏死，进行病灶清除后出现了包容性骨缺损，术中进行截骨后松质骨回填植骨打压来修复骨缺损。Rand分型[12]能很好地评估初次膝关节术中骨缺损。RandⅠ型缺损深度小于5 mm，缺损面积≤单侧平台的50%；Rand Ⅱ型缺损深度为5～10 mm，缺损面积占单侧平台的50%～70%。此两型缺损者在进行常规截骨后配合螺钉、骨水泥技术常可以修复骨缺损。Rand Ⅲ型缺损70%～90%，缺损深度常常大于10 mm，缺损面积占单侧平台的70%以上；Rand Ⅳa型为平台空腔性骨缺损，周围边缘完整(此型符合包容性骨缺损)；Rand Ⅳb型为平台空腔性骨缺损，周围边缘也同时存在骨缺损。此三种类型的骨缺损可供选择的修复方式较多，难度也较大，通过适当增加胫骨侧截骨，部分病例可用骨水泥和螺钉的方式来修复。

图1 术前双膝正位X线片示胫骨侧骨缺损 图2 截骨前术中照 图3 截骨后术中照

图4 左膝结构性植骨后术中照 图5 离心后的骨髓血大体照 图6 术后18个月X线片示植骨区域愈合良好

图7 术前X线片示右膝平台下方类圆型低密度影 图8 截骨并病灶清除后术中照 图9 自体骨打压植骨后术中照

图10 术后正侧位X线片示植骨后区域形态 图11 术后24个月X线片示植骨区域愈合良好

但仍有部分面积较大、缺损较深的病例，无法单纯靠螺钉骨水泥获得较强的稳定性，同时过多的加截胫骨平台会使得关节线降低，反而影响假体的稳定性。众多学者选择自体骨结构性植骨或自体骨打压植骨或二者联合的方式来修复此种复杂类型的骨缺损。Windsor等[13]首先报道了采用自体骨进行修整后移植修复来治疗胫骨侧骨缺损。骆浩等[14]报道在TKA术中应用自体骨结构性植骨来修复胫骨平台存在的骨缺损，可最大限度保留骨量，使缺损部位达到了良好的修复效果。相比金属垫块修复骨缺损的方法，自体骨修复胫骨近端骨缺损具有相容性好、价格低廉、取材广泛、且可以最大限度的保留骨量等优势，尤其对于年龄偏低的患者，为将来可能存在的翻修提供了良好的骨量基础。虽然目前尚无报道证实自体骨植骨后出现骨不愈合而影响假体稳定性的病例，众多学者也仍然在术中使用各种技巧加强其植骨后的稳定性，促进植骨区域愈合。如修整缺损缺损区域为垂直型规则的骨床、骨水泥的调制时机以及选择植骨块带皮质侧作为外侧等手术操作中的技巧。

我们除了在使用常见的各种手术操作技巧外，还将浓缩后的自体红骨髓注射在植骨区域里，提供骨折愈合所需的生物活性因子，避免术后发生骨坏死，吸收骨不愈合等风险。自体红骨髓移植技术的原理是基于骨髓基质干细胞及其相关的生长因子基础之上的骨髓血浓缩移植技术。我们曾经将此技术运用在Garden Ⅲ、Ⅳ型股骨颈骨折手术的治疗上，取得了满意的临床效果[15]。自体骨红骨髓来源广泛，取材方便，不存在伦理学的争议，且供区并发症少，操作简便，具有较强的成骨作用。已被众多学者运用在动物实验研究，细胞学基础研究和临床应用研究等方面，其有效促进骨折愈合的发生已经得到了充分证实[16-18]。骨折愈合和胚胎时期骨骼形成的过程基本相似，红骨髓内含有骨髓基质干细胞，可在特定条件下被诱导分化为成骨细胞和软骨细胞[19-20]。同时它还具有合成骨基质的作用，最后形成骨组织，从而达到骨愈合[21]。骨髓基质干细胞是中胚层细胞共同的前体细胞[22]，不但具有极强的分化能力，还具有很强的自我更新能力。它们在体内外特定的条件下可以分化成为成骨细胞、软骨细胞，脂肪细胞等多种细胞，具有明确的成骨能力[23]。但是植入的单体骨髓基质干细胞并不能有效地形成新的组织，在其向成骨细胞等分化的过程中，仍需多种生长因子的协调和诱导。而自体红骨髓中恰含有大量的促进骨折愈合的生物活性因子。

成年人的红骨髓主要分布在身体的扁骨，不规则骨和长骨干骺端的松质骨当中，其造血功能活跃。红骨髓的主要组成为造血组织和血窦构成，在造血组织的网状结缔组织网眼中，充满着不同发育阶段的各种血细胞、造血干细胞、巨噬细胞等有核细胞，是用于促进骨折修复及加快骨折愈合的首选移植材料[16]。另外，多点穿刺抽取适量骨髓血后，还会诱发局部乃至全身的成骨反应[17]。本研究中我们在血液科医师的帮助下，选择髂骨多点穿刺抽取骨髓血约50 mL，在无菌操作室内通过全封闭的血液处理机进行离心，骨髓成分随密度差别进而由上而下依次为血浆层、有核细胞层和红细胞层。骨髓基质干细胞聚集在中间层，充满着促进骨折愈合所需要的大量活性因子。在TKA术中修复骨缺损时，Rand Ⅲ、Ⅳ型患者无论是自体骨打压植骨还是结构型植骨，我们都在植骨后的区域人为的用2.5 mm的克氏针进行多点穿刺直达骨床，而后将浓缩后的红骨髓注射于其中，周围缝隙用骨蜡封闭。移植后的红骨髓可迅速渗透到植骨块与骨床的松质骨当中，为其提供促进骨折愈合所需的新鲜的种子细胞，从而加快了植骨区域愈合，促进骨的修复与重建。我们将此技术理论与TKA术中骨缺损的自体骨修复需求相结合，对12例(19膝)患者进行治疗，其中包容性骨缺损3膝，非包容性骨缺损16膝，Rand Ⅲ型14膝、Ⅳa 3膝、Ⅳb 2膝，均取得到了良好的治疗效果。术中通过对缺损区域以及植骨块的修整，必要使用螺钉对较大的骨块进行辅助的固定，获得了良好的即刻稳定，因此并不影响患者术后下床活动时间。植骨区域在3个月复查时达到了完全愈合，KSS评分也明显提升，至末次随访时优良率达到94.7%，治疗效果肯定。

本次研究为回顾性研究，仍有诸多不足。如病例数较少，只是进行了本方法的治疗前后对比，缺乏对照组，观察指标单一等。我们将继续收集样本，分组比较，进一步研究浓缩骨髓移植在促进骨愈合方面的优势。