前交叉韌帶重建術(shù)后腱骨界面愈合及軟骨修復(fù)的實驗研究.pdf

1、研究背景和目的： 隨著體育活動逐步被重視，前交叉韌帶損傷的發(fā)生率也相應(yīng)提高。流行病學(xué)統(tǒng)計美國的發(fā)生率為1／3000，我國雖無相關(guān)統(tǒng)計，但臨床病例數(shù)也呈逐年增加的趨勢。近20年來，隨著基礎(chǔ)和臨床研究的開展，ACL損傷的治療取得了明顯改善。 ACL斷裂保守治療難以取得良好的效果，常遺留長期膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)和慢性膝關(guān)節(jié)疼痛等并發(fā)癥，生物力學(xué)及臨床研究均提示ACL功能的長期缺失可使半月板損傷的發(fā)病率明顯增高。ACL損傷的外科手術(shù)治療包

2、括原位縫合、加強原位縫合、人工韌帶重建和各種生物移植材料重建?；仡櫺约扒罢靶匝芯烤砻鰽CL原位縫合在大多數(shù)患者不能達到重建ACL功能的要求，ACL原位縫合已不再應(yīng)用。由于長期隨訪難以接受的高失敗率，人工韌帶重建ACL目前也不被推薦。一個為期15年的研究表明，人工韌帶重建ACL失敗率高達78％，另一個為期9年的隨訪研究也發(fā)現(xiàn)83％的患者有明顯的骨性關(guān)節(jié)炎。因為ACL原位縫合和人工韌帶重建ACL效果均不佳，目前最常用的手術(shù)方式是生物材料重

3、建ACL。多數(shù)研究認(rèn)為采用關(guān)節(jié)鏡下生物材料重建ACL可改善大多數(shù)患者的膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和獲得良好的膝關(guān)節(jié)功能。 多種生物移植材料可重建ACL，目前最常用的材料是自體骨-髕韌帶-骨和胭繩肌肌腱(半腱?。杀〖〖‰?。骨-髕韌帶-骨具有較強的最大載荷(2300N)和剛度(620N／mm)，還可以通過兩端骨塊與骨隧道堅強固定并形成牢固止點，一度是ACL，重建的“金標(biāo)準(zhǔn)”。近年來，由于相對較低的供區(qū)損傷，胭繩肌肌腱作為ACL重建材料的比率逐

4、步增高。胭繩肌肌腱作為移植材料具有不損傷伸膝裝置、創(chuàng)傷小和膝前痛發(fā)病率低等優(yōu)點。胭繩肌肌腱移植包括從單股半腱肌肌腱移植到四股半腱?。杀〖〖‰煲浦?，四股半腱?。杀〖〖‰炜梢蕴峁└哌_4108N的最大載荷，四股半腱?。杀〖〖‰煲浦策€可以提供雙束重建，更好地模擬正常ACL前外側(cè)束和后內(nèi)側(cè)束的功能。但是由于胭繩肌肌腱兩端不帶骨塊，因此存在缺乏骨-骨堅強固定愈合而導(dǎo)致的腱-骨愈合問題。骨-髕韌帶-骨重建ACL止點形成過程類似骨折的愈合過程，可

5、形成牢固的直接止點，而胭繩肌肌腱止點形成過程則復(fù)雜得多。一些實驗提示腱骨界面在愈合過程中形成縱向纖維連接，而不是正常ACL的直接止點結(jié)構(gòu)。腱骨止點的愈合情況仍然是不清楚的。因此有必要進一步研究腱骨和骨骨界面的超微結(jié)構(gòu)和其愈合機制的差異，并通過引入干預(yù)機制促進腱骨的愈合強度與速度，以促進術(shù)后早期康復(fù)，降低重建失敗率。 前交叉韌帶斷裂常常并發(fā)或繼發(fā)關(guān)節(jié)軟骨的損傷。由于自我修復(fù)能力有限，關(guān)節(jié)軟骨損傷通過自身增殖難以達到完全修復(fù)，因此關(guān)

6、節(jié)軟骨損傷最終可導(dǎo)致?lián)p傷關(guān)節(jié)的繼發(fā)性退變。為使損傷的關(guān)節(jié)軟骨獲得更好的修復(fù)，已進行了許多實驗研究和臨床研究，包括：關(guān)節(jié)成形術(shù)、微骨折術(shù)、軟骨移植、軟骨膜或骨膜移植、半月板移植及骨軟骨移植，然而上述方法仍無法完全修復(fù)受損的關(guān)節(jié)軟骨以及修復(fù)組織仍難以維持正常軟骨的表型?；诩?xì)胞培養(yǎng)的組織工程技術(shù)是目前最有希望修復(fù)各種組織缺損的方法，其中也包括關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。組織工程軟骨包括三個部分：種子細(xì)胞、三維培養(yǎng)支架和細(xì)胞因子。在關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)過程

7、中，生長因子能發(fā)揮重要作用。幾種生長因子，包括：轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(BFG)，已經(jīng)被體外及體內(nèi)實驗證實具有促進軟骨細(xì)胞增殖和軟骨基質(zhì)合成的作用。骨骼發(fā)育學(xué)及體外實驗己證實BMP-2有促進軟骨發(fā)生的作用，在軟骨發(fā)生過程中可以觀察到BMP-2的高表達。前期研究已經(jīng)證實細(xì)胞-增強型纖維蛋白膠支架在組織工程軟骨修復(fù)實驗中具有明顯優(yōu)勢，因此擬在細(xì)胞-增強型纖維蛋白膠支架復(fù)合物中，加入rhB

8、MP-2，以其達到更好、更快的軟骨修復(fù)效果。 實驗分四個部分進行觀察研究： (一)兔前交叉韌帶重建術(shù)后腱骨和骨骨界面愈合的比較實驗研究。目的：探討并比較兩種移植物重建前交叉韌帶后早期移植物隧道界面愈合的生物學(xué)機制。方法：取成年新西蘭兔對側(cè)1／3髕韌帶作為自體移植材料，髕韌帶一端帶脛骨骨塊，另一端不帶骨塊。建立50只新西蘭兔單側(cè)前交叉韌帶重建動物模型，分別于術(shù)后第2、4和8周取材，進行大體、光鏡觀察及生物力學(xué)檢測。結(jié)果：骨

9、骨界面術(shù)后逐步形成骨性愈合，術(shù)后8周完成骨性愈合，形成直接止點。腱骨界面術(shù)后2周主要為肉芽組織，術(shù)后4周界面可見成骨反應(yīng)及大量成纖維細(xì)胞，術(shù)后8周界面部分區(qū)域可見Sharpey纖維，形成間接止點。生物力學(xué)檢查結(jié)果證實，術(shù)后4周和8周，腱骨界面止點的拔出率(85％和95％)要遠(yuǎn)高于骨骨界面止點(15％和5％)，兩者統(tǒng)計學(xué)上有顯著性差異(P<0.05)。結(jié)論：前交叉韌帶重建術(shù)后早期骨骨界面較腱骨界面在愈合的強度和速度上具有優(yōu)勢。臨床上可能需

10、要分別針對兩種移植物建立不同的康復(fù)鍛煉計劃和重返運動、工作時間表。 (二)rhBMP-2增強前交叉韌帶重建術(shù)后腱骨界面愈合能力的實驗研究。目的：探討rhBMP-2增強移植腱骨隧道界面愈合能力。方法：取成年新西蘭兔同側(cè)半腱肌肌腱作為自體移植材料，建立30只新西蘭兔雙側(cè)前交叉韌帶重建動物模型。實驗組在移植腱-骨隧道界面注射填充以纖維蛋白膠作為載體的rhBMP-2，對照組僅填充纖維蛋白膠，完全空白對照組則不作任何填充。分別于術(shù)后第2、

11、4和8周取材，進行大體及光鏡觀察。結(jié)果：對照組術(shù)后2周界面組織主要為肉芽組織，術(shù)后4周界面可見成骨反應(yīng)及大量成纖維細(xì)胞，術(shù)后8周界面部分區(qū)域可見Sharpey纖維，形成間接止點。實驗組術(shù)后2周界面組織主要由軟骨細(xì)胞和軟骨基質(zhì)構(gòu)成，術(shù)后4周界面可見類似直接止點的四層結(jié)構(gòu)，術(shù)后8周界面主要由直接止點構(gòu)成。結(jié)論：rhBMP-2在術(shù)后早期誘導(dǎo)腱骨界面形成類似直接止點的特有結(jié)構(gòu)，直接止點緩沖應(yīng)力的力學(xué)性能要優(yōu)于間接止點，增強了腱骨界面的結(jié)合力。

12、 (三)rhBMP-2增強腱骨界面愈合的生物力學(xué)研究。目的：探討rhBMP-2增強移植腱骨隧道界面愈合能力。方法：取成年新西蘭兔同側(cè)半腱肌肌腱作為自體移植材料，建立70只新西蘭兔雙側(cè)前交叉韌帶重建動物模型。實驗組在移植腱-骨隧道界面注射填充以纖維蛋白膠作為載體的rhBMP-2，對照組僅填充纖維蛋白膠，完全空白對照組則不作任何填充。分別于術(shù)后第2、4和8周取材，進行生物力學(xué)檢測。結(jié)果：實驗組最大載荷在2、4、8周較對照組分別增強13

13、.63％、82.13％、93.21％。實驗組與對照組剛度術(shù)后2周無顯著性差異，實驗組剛度在4、8周較對照組分別增強71.91％、115.97％，差異在統(tǒng)計學(xué)上顯著。結(jié)論：rhBMP-2在術(shù)后早期提高腱骨界面的最大載荷和剛度，增強了腱骨界面的結(jié)合力，促進腱骨界面愈合。 (四)rhBMP-2增強型纖維蛋白膠組織工程支架修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損的組織學(xué)實驗研究。目的：探討rhBMP-2在修復(fù)軟骨損傷中的應(yīng)用。方法：取3周齡新西蘭兔關(guān)節(jié)軟骨體外

14、培養(yǎng)，通過在FG中加入抑肽酶和氨甲環(huán)酸構(gòu)建軟骨細(xì)胞-增強型FG支架復(fù)合物，然后在培養(yǎng)液中加入rhBMP-2構(gòu)建軟骨細(xì)胞-增強型FG支架-rhBMP2復(fù)合物，體外短暫培養(yǎng)后移植入新西蘭兔股骨髁部取損區(qū)。實驗組缺損區(qū)植入軟骨細(xì)胞-增強型FG支架-rhBMP2復(fù)合物，對照組植入軟骨細(xì)胞-增強型FG支架或僅增強型FG支架，完全空白對照組不做任何植入。新生組織定期接受大體及組織學(xué)檢查。結(jié)果：術(shù)后8、12周實驗組新生軟骨組織優(yōu)于對照組。實驗組新生軟