自体骨髓间充质干细胞移植联合髓心减压术对老年缺血性股骨头坏死的临床疗效及作用机制

侯园园 闫灿 吴建军 雷哲

(1郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460；2郑州市骨科医院下肢科)

股骨头坏死(ONFH)是骨科多发病，呈进展性、破坏性发展，也是骨科难治病，以血供不足引起骨细胞死亡为特征〔1〕。近年来其发病率呈逐渐上升趋势，每年新发病例数远超过美国等发达国家水平，并且趋于年轻化，当前患病年龄多处于30～50岁〔2〕。未经治疗的ONFH超过80%会在1～3年内发生股骨头塌陷，最终不得不进行人工髋关节置换术。早期对ONFH进行及时治疗，可以延缓进展，有效避免和延缓行人工髋关节置换术治疗〔3〕。当前的治疗方法主要有物理疗法、药物治疗、手术治疗等〔4〕。对于早期病变多采用药物及物理治疗，股骨头塌陷等晚期病变则以人工关节置换为主。而髓芯减压术是治疗早期股骨头缺血性坏死的最常用方法，可有效阻断骨坏死进展，取得了较好的治疗效果〔5〕。近年来发现股骨头缺血性坏死患者骨组织修复能力下降与股骨头自体骨髓干细胞数量减少、成骨能力下降有关〔6〕。自国外学者首次报道〔7〕自体骨髓间充质干细胞(BMSCs)移植治疗ONFH后，在治疗ONFH的临床应用越来越多。但是关于自体BMSCs移植治疗老年ONFH报道较少。本文观察采用自体BMSCs移植联合髓心减压术治疗老年ONFH的临床疗效，且对治疗机制进行探讨。

1 资料与方法

1.1临床资料 2016年1月至2018年6月在郑州市骨科医院老年单侧缺血性ONFH患者120例，纳入标准：(1)年龄60～75周岁；(2)符合《成人股骨头坏死诊疗标准专家共识(2012年版)》早期股骨头坏死的诊断标准〔8〕，并且经X线、计算机断层扫描或磁共振成像(MRI)及血管造影检查确诊；(3)根据国际骨循环研究学会(ARCO)分期标准〔9〕为Ⅰ期或Ⅱ期；(4)愿意接受BMSCs移植和(或)髓心减压术治疗；(5)患者或家属知情同意，并且愿意配合后期随访检查。排除标准：(1)ARCO分期为Ⅲ期及以上的患者；(2)有股骨头或股骨颈骨折病史，或者有其他既往髋部手术史，如髓芯减压、截骨术等的患者；(3)并发心脏、肝脏、肾脏、肺等重要脏器严重疾病的患者；(4)并发肿瘤或者其他系统性疾病如类风湿关节炎、强直性脊柱炎、糖尿病等的患者。其中男79例、女41例；年龄61～75岁，平均年龄为(66.63±5.76)岁；ARCO分期Ⅰ期75例、Ⅱ期45例；ONFH位置位于左侧65例，右侧55例；病史分类情况如下：激素性50例、酒精性36例、创伤性21例、特发性13例。患者依随机数字表分为A组、B组和C组，3组年龄、性别、ARCO分期、坏死侧边、病史差异均无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 3组临床资料比较〔n(%),n=40〕

1.2治疗方法 A组接受髓心减压术治疗，B组接受单纯自体BMSCs移植治疗，C组接受自体BMSCs移植联合髓心减压术治疗。术后常规抗感染治疗，术后根据恢复状况对髋关节功能进行训练，根据X线再骨化检查结果确定弃拐时间。

1.2.1髓心减压术 患者接受硬膜外麻醉后取平卧位，在股骨大转子处做3 cm切口，结合CT或MRI检查确认病灶，于ONFH区域钻入1枚直径为3 mm的克氏针，引导直径8 mm套管至股骨头关节软骨面下 2～3 mm处。经隧道取出粗隆区及股骨颈部位自体骨，用刮匙彻底刮除股骨头坏死区域内坏死组织。

1.2.2自体BMSCs移植 术前2 h在髂前上棘处抽取20 ml骨髓于含2 ml肝素钠(200 U/ml)的注射器，使用骨髓干细胞分离纯化试剂盒进行分离，调整骨髓有核细胞浓度为(1～3)×109个 /ml。采用流式细胞仪测定CD34、CD90、CD133和CD166。经套管插入硬膜外导管针至股骨头中心，经导管于股骨头内注入自体 BMSCs悬液，利用骨蜡封堵钻孔。

1.2.3自体BMSCs移植联合髓心减压术 同法制备自体BMSCs。患者接受同法髓心减压术后向钻好的骨孔内注入自体BMSCs悬液，利用骨蜡封堵钻孔。

1.3观察指标 术前、术后3、6和12个月时对患者髋关节功能、髋关节疼痛、髋关节骨密度、ONFH面积进行评价。术前和术后3个月时抽取外周静脉血测定血骨桥蛋白(OPN)、骨保护素(OPG)、骨钙素(OST)和Ⅰ型胶原C端肽(CTX)。

1.3.1髋关节功能 采用Harris评分〔10〕对髋关节功能进行评估，评分内容主要包括疼痛、畸形、活动度、行走时需要辅助、跛行、行走距离、爬楼梯、日常生活等情况，总分为100分，分数越低生活质量越差。

1.3.2髋关节疼痛 髋关节疼痛采用疼痛视觉模拟评分(VAS)，疼痛评分为 0 ～10 分，表示“无痛”至“最痛”。

1.3.3骨密度测定 采用Discovery-Wi型双能X线骨密度测定仪(美国Hologic公司)测定坏死侧髋部骨密度，包括Neck、Troch和Ward区，取均值。

1.3.4骨坏死面积 采用三维计算机断层扫描，层厚为0.4 mm，间隔为0 mm。获得髋关节三维CT图像的DICOM格式数据。利用ONFH测量软件测量股骨头及其坏死组织区域的体积，计算ONFH面积的百分比=坏死组织区域体积/股骨头体积×100%。

1.3.5血清OPN、OPG、OST和CTX的测定 抽取清晨空腹外周静脉血5 ml于普通采血管，室温下静置30 min，待血液完全凝固后离心，分离得上清液，-20℃保存。OPN和OPG采用双抗体一步夹心法酶联免疫吸附法测定，OST和CTX采用电化学发光法检测严格按照说明书的步骤，检测患者血清 OPG 水平。

1.4统计学方法 采用SPSS22.0软件进行t检验、F检验、LSD-t检验、χ2检验。

2 结 果

2.13组治疗前后髋关节功能Harris评分的比较 3组术后3、6和12个月髋关节功能Harris评分均较术前显著提高(P<0.05)。治疗前3组髋关节功能Harris评分差异无统计学意义(P>0.05)；术后3、6、12个月时C组髋关节功能Harris评分较A组和B组显著提高(P<0.05)，术后3个月A组和B组髋关节功能Harris评分差异无统计学意义(P>0.05)；术后6个月和12个月，B组髋关节功能Harris评分较A组显著提高(P<0.05)。见表2。

2.23组治疗前后髋关节疼痛评分的比较 3组术后3、6和12个月髋关节疼痛评分均较术前显著降低(P<0.05)。治疗前3组髋关节疼痛评分差异无统计学意义(P>0.05)；术后3个月、6个月和12个月时 C组髋关节疼痛评分较A组和B组显著降低(P<0.05)，B组髋关节疼痛评分较A组显著降低(P<0.05)。见表2。

表2 3组治疗前后髋关节功能Harris评分及疼痛评分的比较分)

2.33组治疗前后髋关节骨密度的比较 A组和B组术后6和12个月时髋关节密度较治疗前显著增加(P<0.05)，C组术后3、6和12个月时髋关节密度较治疗前显著增加(P<0.05)。组间比较显示，治疗前3组髋关节密度差异无统计学意义(P>0.05)；术后3个月时C组髋关节骨密度较A组和B组显著增加(P<0.05)，A组和B组髋关节骨密度差异均无统计学意义(P>0.05)；术后6个月和12个月时 C组髋关节骨密度较A组和B组显著提高(P<0.05)，B组髋关节骨密度较A组显著提高(P<0.05)。见表3。

表3 3组治疗前后髋关节骨密度及坏死面积的比较

2.43组治疗前后ONFH面积的比较 3组术后3、6和12个月时ONFH面积较治疗前显著减少(P<0.05)。治疗前3组ONFH面积差异无统计学意义(P>0.05)；术后3、6和12个月时 C组ONFH面积较A组和B组显著减少(P<0.05)，B组ONFH面积较A组显著减少(P<0.05)。见表3。

2.53组治疗前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比较 术后3个月时B组血清OPN、OST和CTX水平较术前显著降低(P<0.05)，OPG水平较术前显著升高(P<0.05)；A组术前及术后3个月时血清OPN、OPG、OST和CTX水平差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗前3组血清OPN、OPG、OST和CTX水平差异均无统计学意义(P>0.05)；术后3个月时C组血清OPN、OST和CTX水平较A组和B组显著降低(P<0.05)、OPG水平较A组和B组显著升高(P<0.05)，B组血清OPN、OST和CTX水平较A组显著降低(P<0.05)、OPG水平较A组显著升高(P<0.05)。见表4。

表4 3组治疗前后血清OPN、OPG、OST和CTX水平的比较

3 讨 论

ONFH致病因素大体上可分为创伤性和非创伤性，而长期大剂量糖皮质激素是其主要致病因素之一〔11〕。ONFH的具体病理生理机制现在尚不完全清楚，均表现为股骨头血液供应不足，缺血区骨细胞及软骨细胞变性坏死，导致关节疼痛及功能障碍〔12〕。对于ONFH及时治疗以防止股骨头的塌陷是获得良好临床结局的基础。对于老年ONFH的患者，由于患者机体功能衰退，并且容易合并类风湿、哮喘、糖尿病、颈肩腰腿痛等疾病，一方面增加了治疗的难度，另一方面还使患者承受着极大痛苦。

目前临床上治疗ONFH采用的方法包括手术疗法和非手术疗法，而药物治疗疗效有限。手术疗法包括髓心减压术、骨髓干细胞移植术及髋关节置换术等。髓心减压术是治疗早期缺血性ONFH的主要措施〔13〕，可改善股骨头血液供应和降低股骨头内压力，从而减轻髋部疼痛。虽然髓心减压可以延缓骨坏死进展，但是易导致患者股骨头出现塌陷，最终不得不进行髋关节置换。骨坏死发生后股骨头内的干细胞数量及成骨分化活性均降低〔14〕，因此将正常部位的干细胞移植到坏死区有利于提供充足的细胞数量，为骨修复创造更加合理有效的条件，这是BMSCs治疗ONFH的理论基础。

BMSCs具有多向分化潜能，在骨形态蛋白及多种生长因子的作用下向成骨细胞方向分化，可促进骨再生。BMSCs主要由骨髓、脂肪组织、滑膜、骨膜、骨骼肌及脐带中生成，其中以骨髓来源的BMSCs的成骨分化能力比脂肪组织来源的BMSCs分化能力强〔15〕。由于取自自体，不存在免疫排斥等问题，在组织损伤的修复与重建方面起重要作用〔16〕。

本研究结果说明自体BMSCs移植、髓心减压术及两者联用均可显著改善患者的髋关节功能，而两者联用的临床疗效优于单纯自体BMSCs移植或单纯髓心减压术治疗。自体BMSCs移植联合髓心减压术可通过改善髋关节疼痛评分、髋关节骨密度和ONFH面积而发挥作用。

OPG主要是由成骨细胞分泌的无跨膜结构可溶性糖蛋白，可与成骨细胞膜核因子 κB 受体活化因子配体结合，抑制成熟破骨细胞的活化来发挥作用。OPN是一种分泌型的糖基化蛋白，广泛的分布于多种组织和细胞中，可介导骨细胞与骨基质的连接，加速血管生成，参与骨基质的重吸收进程〔17〕。OST属于非胶原酸性糖蛋白，主要由成骨细胞、成牙质细胞合成，在调节骨钙代谢中起重要作用，是骨组织特有的代谢标志物，血中OST含量与体内成骨细胞活性相关；骨基质在不断重建时Ⅰ型胶原会被分解为CTX释放入血，血中CTX的含量可反映出骨基质的吸收状态〔18〕。本研究结果提示自体BMSCs移植联合髓心减压术降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平而对ONFH具有较好的临床治疗作用。

综上，自体BMSCs移植联合髓心减压术可显著改善老年缺血性ONFH患者的髋关节功能，降低髋关节疼痛，增加髋关节密度，减少ONFH面积，并且降低血液OPN、OST和CTX水平、升高OPG水平。