干细胞移植在中晚期股骨头坏死治疗过程中的应用

[王洪伟]

解放军第四六三医院，1骨科，2血液科，辽宁省沈阳市 110042

王天胜，男，1962年生，辽宁省大连市人，汉族，1985年中国医科大学毕业，主任医师，主要从事骨病、关节方面的研究。
4...@463.cn

中图分类号: R394.2
文献标识码: B
文章编号: 1673-8225
(2008)03-00505-04

收稿日期:2007-08-18
修回日期:2007-11-22
(07-50-08-4505/ZS Q)

 

 

Stem cell transplantation for middle and late stages of femoral head necrosis

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Artificial joint replacement has been carried out in the youths and adults due to femoral necrosis, and the failure rate is obviously higher than those in cases due to other reasons, thus palliative therapy of preserving femoral head is strongly recommended before surgery to obtain the satisfactory effect, that is to prevent articular surface collapse and delay joint replacement. Totally 38 patients, including 34 adults of femoral necrosis and 4 children of epiphyseal ischemic necrosis, were adopted in the study at Department of Orthopaedics, the 463 Hospital of Chinese PLA from June 2005 to December 2006. They were all diagnosed pathologically after surgery. Each patient or their guardians signed an informed consent. Cord blood stem cells were donated by puerperant after full term normal delivery, which was offered by Beike Institute. Informed consents were obtained from all the puerperants, and this experiment was approved by the hospital ethical committee. Adult cases received the treatments, including synovectomy, femoral drilling, sequester erasion, grafting, blood vessel implant, and autogenous bone marrow stem cell transplantation. While the child cases were treated identically, except cord blood stem cell transplantation at the last step. At month 9 after surgery, radiography results showed the distinct femoral head, sclerotin and bone trabecula. A large amount of new bones were found in the femoral head, and collapse appeared obvious improvements, bone density was approximal to the normality; VAS score for pain decreased from 6.2 points before surgery to 2.2 points after surgery; Harris scores for hip joint function increased from (54.3±5.32) points before surgery to (89.6±10.5) points after surgery. No complications, such as vessel or nerve injuries, occurred in each patient. There was no adverse effect of the infection and hematoma in the blood collection area of iliac bone. It is indicated that the synovectomy, femoral drilling, sequester erasion, grafting, blood vessel implant, in combination with autogenous bone marrow stem cell transplantation can remarkably relieve the pain, promote the blood transport in the necrosis area, ameliorate the femoral bone density and improve the hip joint function in the femoral necrosis patients.

Wang TS, Liu YC, Guo L, Ding HJ, Wang F, Zhang YX, Yang XF, Wang HM.Stem cell transplantation for middle and late stages of femoral head necrosis．Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(3):505-508(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-3/3k-505(ps).pdf]

摘要
青壮年因股骨头坏死而行人工关节置换术后，其失败率明显比由于其他原因而行关节置换的病例高，故术前应选择保留股骨头的姑息性治疗，理想的治疗结果是避免关节面塌陷，推迟甚至免去行关节置换。2005-06/2006-12解放军第四六三医院骨科共收治股骨头坏死患者38例，其中成人股骨头坏死34例，儿童股骨头骨骺缺血性坏死4例，所有病例均经术后病理证实诊断，对治疗均签署知情同意书。脐血干细胞来源于足月正常分娩产妇捐赠的脐带，由北科细胞工程生物研究所提供，产妇对本实验知情同意，实验经医院医学伦理委员会批准。成人股骨头坏死采用滑膜切除+股骨钻孔+死骨刮除+植骨+血管植入+自体骨髓干细胞移植的综合治疗方法，儿童股骨头骨骺缺血性坏死仅将移植过程中的自体骨髓干细胞更换为脐血干细胞。术后9个月，放射线检查示股骨头、骨质、骨小梁清晰，股骨头内新骨大量生长，塌陷区域明显改善，骨质密度接近正常；VAS疼痛评分由术前6.2分降至2.2分；Harris髋关节功能评分由术前（54.3±5.32）分升高至（89.6±10.5）分。无一例发生血管、神经损伤等并发症，髂骨采血部位无感染及血肿等不良反应发生。证实采用干细胞移植结合滑膜切除、股骨钻孔、死骨刮除、植骨、血管植入等方法能够明显缓解股骨头坏死患者的疼痛程度，改善股骨头坏死区域的血运及股骨头骨质的坏死状况，改善髋关节功能。
关键词：干细胞移植；股骨头坏死；综合治疗

王天胜，刘永灿，郭利，丁海蛟，王法，张英霞，杨晓凤，王红梅.干细胞移植在中晚期股骨头坏死治疗过程中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(3):505-508
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-3/3k-505(ps).pdf]

0 引言

股骨头缺血性坏死是一种致残性疾病，因骨坏死而需行全髋关节置换的患者平均年龄在40岁以下，但青壮年因股骨头坏死而行人工关节置换术的失败率较因其他原因而行关节置换的病例高，故在采用人工关节置换术前，应选择保留股骨头的姑息性治疗，理想的治疗结果是避免关节面塌陷，延缓疾病的发展，推迟甚至免去行关节置换[1-3]。

1 病例介绍

1.1 对象 2005-06/2006-12解放军第四六三医院骨科共收治股骨头坏死患者38例，所有病例均经X线和CT检查，部分病例经MRI检查，所有病例均经术后病理证实诊断，对治疗均签署知情同意书。38例患者中，成人股骨头坏死34例，男21例，女13例；年龄21~57岁，平均年龄36岁；按Ficat分期3期18例，4期16例；单侧股骨头坏死29例，双侧股骨头坏死5例；创伤所致

13例，糖皮质激素类药物所致9例，酒精中毒所致6例，减压病所致2 例，其他4例。剩余4例为儿童股骨头骨骺缺血性坏死（Legg-Peryhes病），年龄3~7岁。病例组术前基本资料见表1。

 

脐血干细胞来源于足月正常分娩产妇捐赠的脐带，由北科细胞工程研究所提供，产妇对本实验知情同意，实验经医院医学伦理委员会批准。重组人粒细胞集落刺激因子（吉粒芬，杭州九源药业公司，国药准字S20033004）。
1.2 方法
骨髓干细胞的制备：成人股骨头坏死患者手术前一晚于皮下注射重组人粒细胞集落刺激因子300 U/次。术前患者取俯卧位，常规消毒麻醉后，抽取双侧髂后上棘的骨髓血，单侧股骨头坏死患者采取骨髓血约300 mL，双侧股骨头坏死患者约400 mL，Ficoll法密度梯度离心，分离单个核细胞（1~4）×1011 L-1个（含CD34+细胞1.4%~3.5%，CD133+细胞1.13%~3.25%），制成单个核细胞悬液备用。
手术方法：成人股骨头坏死患者采用硬膜外麻醉，患侧局部垫高，采用改良的Smith-Petersen切口，保护股外侧皮神经，暴露股直肌后，在其髂前上棘的止点处切断，游离至神经支配处。暴露旋股外侧动静脉升支与水平支，游离血管束后予以结扎，通常保留长度5.0~7.0 cm，利多卡因棉片予以保护。十字切开关节囊，切除增生关节囊及增生滑膜，暴露股骨头，将股骨头赘生物予以切除。大转子下用克氏针定位后使用0.4空心钻行股骨钻孔减压，沿股骨头、颈交界处向股骨头方向钻孔后，根据患者术前放射线及MRI检查结果，彻底刮除股骨头内的死骨及囊性变组织；根据患者股骨头关节面塌陷情况，取自体同侧髂骨；根据股骨头塌陷程度，进行大块植骨或局部松质骨植骨，并同时取多量的髂骨碎块备用。将制备的骨髓干细胞悬液与纤维蛋白胶、髂骨碎骨块溶和，移植入股骨钻孔处，再抽取骨髓干细胞悬液2.0~4.0 mL注射入已游离的旋股外侧动脉的升支与水平支的血管腔内，将该血管束植入股骨钻孔处，予以固定。冲洗后，放置引流管后逐层关闭切口。股骨头骨骺缺血性坏死患儿手术方法同上，仅将移植过程中的骨髓干细胞悬液更换为脐血干细胞悬液8~ 10 mL，细胞数量1×107。
术后处理：术后予以髋人字石膏或支具外固定，术后48~72 h拔除引流管。根据患者术前髋关节功能情况，石膏或支具固定6~8周，床上活动3个月，患肢不负重行走半年。
评估标准：①临床疼痛测定采用视觉模拟标尺法评分标准：0分为无痛，0分 < 轻微疼痛 ≤ 3分，4~6分为疼痛影响睡眠但能忍受，7~10分为疼痛强烈难忍。②Harris髋关节功能评分标准[4]：满分100分，≥ 90分为优，80~89分为较好，70~79分为良，< 70分为差。
1.3 病例解析
1.3.1 术后X线检测结果 术后3，6个月随访，2例股骨头坏死患者及1例股骨头骨骺缺血性坏死患儿X线检测结果见图1-3。
 

 

1.3.2 术后VAS疼痛评分测定 38例股骨头坏死患者术前VAS疼痛评分为5~9分，平均6.2分；术后9个月VAS疼痛评分为1~4分，平均2.2分。提示患者疼痛程度得到明显缓解。
1.3.3 术后Harris髋关节功能评分测定 38例股骨头坏死患者术前Harris髋关节功能评分平均(54.3± 5.32)分，术后9个月平均为（89.6±10.5）分，优24 例，良11 例，差 3 例，优良率92.1%。提示患者髋关节功能得到显著改善。
1.3.4 不良事件与副反应 38例股骨头坏死患者无一例发生血管、神经损伤等并发症，髂骨采血部位无感染及血肿等不良反应发生。
1.3.5 术后综合评定结果 见表2。

 

2 结论

缺血性无菌性股骨头坏死是一种严重危害人类健康、致残率极高的疾病。其发病机制复杂多样，病因及致病危险因素主要是由于创伤、应用激素、酗酒及结缔组织病等。创伤性股骨头缺血坏死是因为股骨头血液循环被破坏而发生；非创伤性股骨头缺血性坏死一般认为是骨质与骨髓内血管腔被栓塞所致。目前由于对血液在骨内的循环有了新的认识，即血液在骨内流动，是按照Starling阻抗原理进行的，位于坚硬外壳的管壁薄且柔软的血管，在推动血液流动的压力保持不变的情况下，压力增高会相应地减少血管内血流量。由此可见，骨髓内压力增高可导致股骨头缺血坏死。股骨头缺血坏死，造成骨小梁断裂及股骨头塌陷，发生髋关节功能障碍。无论何种原因所致的股骨头坏死，其根本是造成股骨头血液供应遭到破坏而导致坏死，引起髋关节功能障碍。最终治疗目的是改善股骨头的血液供应，改善髋关节的功能，延缓疾病的发展，推迟甚至免去行关节置换。目前在治疗上要解决以下几方面问题：①清除死骨及肉芽组织，排除新骨再生的屏障。②增加股骨头内血运及诱导成骨因素，促进新骨再生及新生血管长入。③增加股骨头内骨质的支撑力，防止或治疗股骨头塌陷。④减低股骨头内压及髋关节内压，促进静脉回流[5]。
股骨头坏死采用股骨钻孔减压、部分关节囊及滑膜切除、死骨刮除、植骨、血管束植入及干细胞移植是一种综合的对股骨头坏死的治疗。股骨钻孔减压可以降低股骨头内骨质的压力，尤其是降低骨坏死区域骨质的压力，改善微循环，阻止骨质进一步坏死，并能清除骨坏死的碎片。在股骨头坏死患者髋关节功能受限，很大的原因是因为髋关节内压力过大，股骨头坏死，关节面不平整，造成了关节囊增生、水肿、肥厚，限制关节的活动度。对于增生的关节囊的切除，第一，可以减轻关节囊内的压力；其次可以缓解增生肥厚的关节囊对髋关节活动的限制。但是，在切除关节囊时，切记单纯为了改善关节功能而切除过大的关节囊，造成术后的髋关节脱位，滑膜增生侵蚀股骨头关节面软骨，加重股骨头坏死的关节面的破坏。在术中可见股骨头坏死的髋关节滑膜明显增生、肥厚、滑膜颜色呈暗紫色，术中要求尽可能的切除增生肥厚的滑膜，操作时，注意尽量使用电刀，以减少出血。股骨头、颈交界处向股骨头方向钻孔，可以有效的减低股骨头内的压力，促进静脉回流，并且可以通过钻孔骨道，进行股骨头内的死骨刮除，刮除死骨时，要求按照术前放射线及MRI检查情况，彻底刮除死骨及囊性变组织，但应注意避免对股骨头关节软骨的破坏。切除阻碍股骨头血管和新骨再生的囊性变组织和死骨，可提供新骨形成的空间。研究表明，坏死骨周围的应力集中可导致股骨头内骨折，阻断坏死组织的修复，形成囊性变，是负重区软骨下骨难以得到骨性修复，这是病情进展的主要原因[6]。彻底刮除死骨和囊性变组织，精确地将移植骨放置到病灶内，这是非常重要的。刮除死骨及囊性变组织后，对于已经明显塌陷的股骨头进行大块植骨，尽可能地将塌陷股骨头腾起。
自体干细胞移植血管及骨组织再生技术是目前国内外研究的热门课题，由于干细胞具有多向分化潜能，在特定的环境中和细胞因子作用下定向分化为其他细胞，促进受损组织修复[7]。骨髓干细胞动脉灌注在兔股骨头坏死实验研究结果表明，骨髓干细胞可疏通发生病变的股骨头内血管，改善股骨头坏死区及周围组织血液循环，促进血管再生[8]。杨晓凤等[9]报告63例股骨头坏死经动脉骨髓干细胞移植治疗股骨头坏死，局部缺氧条件下干细胞可向血管内皮细胞分化，新生出多条血管以改善股骨头供血。本实验将移植的骨髓干细胞与需要移植的自体髂骨碎块采用纤维蛋白胶相互混和，首先可以保证骨髓干细胞早期在植骨区维持较高浓度并大量提供骨活性细胞，补充骨基质，可以形成新骨以填充死骨刮除后的空间，有利于骨修复。其次，骨髓干细胞与纤维蛋白胶混合，可以保持局部骨髓干细胞的数量，混合的骨髓干细胞可以缓慢释放，持续保持对于植骨区域的骨再生作用。骨髓干细胞具有多分化潜能，可在体内微循环环境影响、应力作用及血液供应条件诱导下，向成骨细胞分化，是构建组织工程骨的重要细胞[10]。
游离的旋股外侧动静脉血管束的植入，可以重建或增加股骨头的血供，从而解决股骨头缺血状态，为骨组织修复创造必要的条件。植入血管束后，一方面保证股骨头血供得到重建、增加；另一方面通过血管束周围新生的毛细血管和纤维母细胞的增生，提供了骨组织修复的细胞成分，为死骨吸收和新骨形成、塑形创造了条件[11-12]。在植入的血管内注入骨髓干细胞，干细胞可在缺氧条件下分化形成新生血管，使缺血组织得到有效血流灌注，防止组织进一步坏死，缺血状态得到改善[13]。即血管束植入坏死股骨头内，与自体骨、干细胞形成新的血供系统与骨组织，重建或增加股骨头的血液供应，为成骨活动及血管再生提供营养。还通过血管周围新生的毛细血管和纤维母细胞的增生与植入自体骨共同促进坏死股骨头的修复。
对于60岁以上的中晚期股骨头坏死患者，由于其血管及细胞再生能力的缺乏，术后关节功能的改善不明显，主张对于60岁以上的中晚期股骨头坏死患者应以人工关节置换为最佳选择。
本实验38 例中晚期股骨头坏死治疗结果提示，采用滑膜切除、股骨钻孔、死骨刮除、植骨、血管植入、干细胞移植的综合治疗方法是目前治疗股骨头坏死的一个确实、有效的治疗方法。尤其是目前干细胞移植治疗方法，为股骨头坏死提供一个新的治疗领域。但目前尚有很多问题，如干细胞移植的时机、干细胞在体内向成骨细胞及血管内皮细胞转化及影响因素等，需要在今后的工作中进一步研究。

4 参考文献

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