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编号:10216211
半月板移植实验研究及临床应用进展
http://www.100md.com 《中华外科杂志》 1998年第7期
     作者:周勇 唐农轩 范清宇

    单位:710038 西安,第四军医大学唐都医院骨科

    关键词:

    中华外科杂志/980719 近10余年来,针对半月板结构与功能重建,许多学者进行了异体半月板移植实验研究,并应用于临床实践。利用移植同种异体半月板在结构及功能上重建、修复被切除半月板的膝关节,被认为是半月板外科的一种重要的替代治疗措施[1~5]

    一、同种异体半月板移植的实验研究

    同种异体半月板移植的基础源于半月板的组织学及结构特征。与关节滑膜连接的外侧1/4到1/3半月板处,有数根动脉支形成血管网并发出侧支穿入半月板,支配半月板边缘20%的区域。半月板邻近滑膜缘的裂伤通过缝合可以愈合,不致引起半月板组织结构变化[6]。正是滑膜缘丰富的血管支成为移植半月板成活的基础并为移植半月板提供营养支持。成熟的关节软骨保存及临床应用方法是半月板移植的重要前提。众多学者研究及临床应用业已证明异体关节软骨可冷冻保存,经冷冻保存组织的免疫原性明显下降。由于细胞处于软骨基质的包裹之中,移植后不发生明显的免疫反应。经保存组织内40%~50%的软骨细胞可以存活,一俟营养通道建立,组织即恢复新陈代谢并保持原有组织结构[7]
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    William[8]进行了犬同种异体半月板移植的实验研究,观察了移植半月板的生物学行为,发现移植半月板边缘可与关节滑膜组织良好愈合,术后12周自滑膜缘向移植半月板内长入的血管数量增加,半月板内有软骨细胞存活,胶原纤维排列规则,无变性融合;移植半月板有传导载荷的力学性能。He[9]利用毛细血管成像技术研究移植的异体半月板血管再生的结果证实,术后12周有丰富的新生毛细血管由关节滑膜缘向移植半月板内生长。Keating等[10]对36只山羊进行了冷冻保存同种异体半月板移植的实验研究,结果表明移植半月板与滑膜缘牢固愈合,移植半月板形态正常;术后7个月内移植半月板及关节内未发生免疫反应,其原因被认为是可引起免疫反应的细胞成分被包裹于基质中而不能暴露致敏的缘故。Ochi等[11,12]进行的鼠新鲜异体半月板移植细胞及体液免疫反应的观察研究表明,新鲜异体半月板移植不引起宿主的细胞及体液免疫反应,新鲜异体半月板移植无明显免疫排斥反应发生,并认为新鲜异体半月板可能不需经特殊的处理措施即可应用。但Van等[13]和Khoury等[14]通过对新鲜及冷冻保存的异体半月板人类白细胞抗原(HLA)及ABH抗原的研究证实,半月板内纤维软骨细胞表面HLA-Ⅰ类抗原阳性并含有ABH阳性内皮细胞,异体半月板虽经冷冻保存,但细胞表面的HLA及ABH抗原分子结构仍存在,细胞成分虽被缺乏免疫原性的软骨基质包裹,但抗原成分一经暴露,仍可引发一定程度的免疫反应,并认为应用经冷冻保存的异体半月板较新鲜者更少免疫反应,从而保证较高的移植成功率。Arnoczky等[2]1992年以犬为实验对象进行了经冷冻保存半月板的细胞再生过程的实验研究,结果显示经液氮冷冻保存的自体半月板正位移植后即行Na235SO4核素标记检查其内缺乏核素标记,表明此时无活性细胞成分;Jackson等[15]用DNA探针技术研究新鲜异体移植半月板内活性细胞结果也表明未经移植的半月板内无供体DNA标记。但移植两周时移植半月板内10%的活性细胞成分再生,并认为活性细胞成分系源于受体关节滑膜缘内的滑膜细胞;4周后移植半月板内活性细胞数量明显增加,细胞代射活性增强,表现为细胞线粒体增生活跃,蛋白合成增加,宿主DNA含量接近正常对照组,术后12周至24周移植半月板内活性细胞数量、结构及分布与正常对照半月板相同,经冷冻保存的半月板及移植半月板生物力学性能及组织学性状无明显变化。Jackson等[16]进行的类似研究结果则表明,在-156℃保存30天移植的同种异体半月板内,结构完整的细胞数量仅有30%,而营养通道建立后,活性细胞数量迅速增多,再生的纤维软骨细胞可合成并分泌细胞外基质、胶原及蛋白多糖,水含量增加12%~24%,蛋白多糖含量移植早期降低,但6个月后逐渐增高接近正常对照组。
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    对移植半月板而言,细胞分布表现为半月板中间多退变细胞,而其接近滑膜缘及半月板上下表面的组织中增生活跃的活性细胞成分较多,这与接近营养区密切相关。正是关节腔的滑液及逐渐增生的滑膜血管通道为移植半月板提供了必要的营养支持。Nabeshima[17]1995年报告了纤维蛋白胶(fibrin glue)及内皮细胞生长因子(endothelial cell growth factor)局部注射对移植异体半月板早期愈合的影响。结果表明,应用纤维蛋白胶或(和)内皮细胞生长因子于移植半月板滑膜缝合缘局部注射,无免疫反应发生;单纯缝合组早期愈合率为22%;注射纤维蛋白胶者为52%;而注射纤维蛋白胶及内皮细胞生长因子者为64%,且早期移植半月板内即有细胞再生,术后8周移植半月板中央区大量再生活细胞增生。此研究将半月板移植研究向前推进了一步,为提高移植半月板成功率探索了一条新途径。贺力等[18]进行的犬膝关节半月板异体移植的实验研究结果也表明,半月板与周围组织愈合良好,半月板内软骨细胞存活,胶原纤维规整;术后12周植入半月板的边缘有血管长入;胫骨平台半月板覆盖区的关节软骨轻度退变,股骨髁部相应部位也有类似变化,而“裸区”关节软骨却呈正常外观。并对关节软骨退变的特点及机理进行了探讨,认为在关节活动受力过程中,移植的半月板既能由于其自身的延展使股骨髁随应力的增加而逐渐座于胫骨平台的“裸区”上,又可避免“裸区”应力过分集中而出现的软骨退变;同时又因其与胫骨面之间产生了较大的相对运动,半月板覆盖区某处产生了异常的剪切力,以致于该处关节软骨发生退行性改变;提出牢固固定移植半月板前后角可能是解决此问题的关键。同种异体半月板移植实验的成功,无疑为临床应用提供了理论支持。
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    二、同种异体冷冻保存半月板移植的临床应用

    1986年~1988年,Garrett等[19]首先进行了半月板移植的临床应用,6例患者接受半月板移植手术(4例内侧、2例外侧),随访22~44个月,关节镜下观察移植半月板外观正常,膝关节功能良好。3例关节无痛,3例有偶发轻度疼痛但无关节绞锁现象。Cameron等[3]报告63例67个异体移植半月板的1~5年随访结果,膝关节功能优良率为86.6%,而膝关节功能欠佳者关节镜随诊均为移植半月板前或后角固定不牢移位所致。

    1.同种异体半月板的保存:供体半月板目前主要由器官组织库提供,按Malinin等[7]所介绍的方法保存。无菌条件下取带胫骨平台的半月板,15%甘油浸泡,逐级冷冻至-80℃后转入液氮中冻存。研究表明,如此保存半月板,即保存了一定数量的活性细胞,又降低了移植半月板的免疫抗原性,应用时一般不做组织相容性检查。
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    2.移植半月板的选择:Pollard等[20]在供体半月板选择研究中总结出,移植半月板大小合适与否,将直接影响愈后,前后位X线片半月板的宽度计算从胫骨髁间隆突至胫骨干骺端外侧为宜;侧位片半月板的长度计算以胫骨平台的长度为宜,且内侧半月板长度减去测量值的20%,外侧半月板长度减去测量值的30%;如此测量误差为7.8%。Johnson等[21]应用计算机技术选择移植半月板,通过膝关节镜置入测量器于受测部位,通过三维成像显示测量半月板精确图形,以指导选择供体半月板。

    3.半月板移植手术、术后处理及功能评价:Stone等[22]总结移植半月板手术原则时指出,移植成功与否的关键因素在于:(1)应选择大小合适的半月板;(2)关节组织的损伤应在最小限度;(3)半月板前后角置位应精确;(4)应确实牢固地与关节囊缝合;(5)前后角的固定。较为成熟的手术操作应当是:内或外侧膝关节探查切口入路,将内或外侧腓肠肌止点从关节囊上分离,牵开血管神经束,切开关节囊,保留侧副韧带,保留关节囊前方胫骨附着。供体半月板置于0.9%生理盐水中复温。移植半月板置于所植关节间隙内,6-0~9-0不吸收缝合线缝合移植半月板及关节囊。术后支具保护避免负重,5天后开始被动关节运动,术后9周开始逐渐负重[4,5,9,10,22,23]。Miki等[24]主张在关节镜下进行手术操作以减少损伤,选髌前外侧小切口入路,先镜下观察关节内部结构,清除影响移植手术的结构,置入移植半月板,镜下缝合固定移植半月板。
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    早期移植半月板只注意半月板与关节滑膜牢固愈合与否,随术后合并症的增多,尤其是术后移植半月板松动及关节软骨退行性变的发生,众多学者开始注意移植半月板的固定问题[5,18,19,22]。贺力等[18]将移植半月板的前角与原残端及前交叉韧带的后部缝合固定,后角则通过在股骨内髁半月板后角附着处钻孔,然后由一丝线穿出缝合固定于内侧关节囊上。Vail等[25]通过关节镜在胫骨平台相应部位钻骨孔并将移植半月板前后角固定在骨孔部位,一定程度上解决了半月板的固定问题。

    临床移植效果根据KASS评分法[26]评定,与术前KASS评分相比,至少要增加10分或保持在75分以上方可认为移植成功。Patten等[27]通过临床移植半月板核磁共振(MRI)随诊指出,MRI能很好地反应移植物的形状、位置及变化,并能通过信号变化情况了解移植半月板退变与否及功能状况。

    Herman等[23]通过镜检对移植半月板的半月板软骨转归进行了研究,结果显示:关节囊有极轻微的炎症反应;关节囊细胞增生活跃,半月板内无淋巴细胞或吞噬细胞;纤维软骨细胞增生,代谢活跃,增生的细胞以处于S期者为主,极少静止期细胞,无退变征象。Herman等[5]对移植失败的半月板进行了研究,认为失败的原因主要是移植半月板与滑膜连接处愈合不佳,存有裂隙,松动;过于严重的已发生骨性关节炎的关节软骨缺损区会造成移植半月板磨损;不稳定的关节由于应力分布不均匀可致移植失败。Ewoud等[4]进行的长期随访显示,移植半月板无钙化或骨化现象;移植半月板或关节内均未见免疫反应征象。
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    同种异体移植半月板为缺失半月板膝关节的结构及功能重建开辟了一个新的领域,严格掌握适应证、精细的手术操作以及完善的术后处理,将使半月板移植术更加成熟。此外,促进损伤半月板再生修复的方法还有很多而且较为成熟,如修复无血运区半月板可由滑膜缘向无血运区的裂伤做通道,渗出的血液可填充于通道及裂伤内,通过血肿机化而使裂伤愈合等[28]

    参 考 文 献

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    3Cameron JC,Saha S.Meniscal allograft transplantation for unicompartmental arthritis of the knee.Clin Orthop,1997,337:164-171.

    4Ewoud RA,Arkel V,Herman H,et al.Human meniscal transplantation:preliminary results at 2 to 5 years follow-up.J Bone Joint Surg(Br),1995,77:589-595.

    5Herman H,Boer MD,Koudstaal J.Failed meniscal transplantation:a report of three cases.Clin Orthop,1994,306:155-162.

    6Arnoczky SP,Warren RF.Microsvasculature of the human meniscal. Am J Sports Med,1982,10:90-96.
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    7Malinin TL,Martinez OV,Brown MD.Banking of massiive ostroarticular and intercalary bone allografts:a 12 years experience.Clin Orthop,1985,197:44-57.

    8William CA .Study of biological behavior of the meniscus as a transplantation in the medical compartment of dog knee.Am J Sports Med,1986,14:376-381.

    9He L.Allotransplantation of meniscus in dog`s knee:an experimental study. Chung Hua Wai Ko Tsa Chih, 1992,30:21-24.
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    10Keating EM,Malinin TI,Belchic G.Meniscal transplantation in goats.ORS 34th annual meeting.Atlanta Georgia,1988,2:1-4.

    11Ochi M,Ikuta Y,Ishida O,et al.Cellular and humoral immune responses after fresh meniscal allografts in mice.a preliminary report.Arch Orthop Trauma Surg,1993,112:163-166.

    12Ochi M,Ishida O,Daisaku H,et al.Immune response to fresh meniscal allografts in mice.J Surg Res,1995,58:478-484.
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    13Van Arkel ER,Van den Berg-Loonen Em,Van Wersch JW,et al.Human leukocyte antigen sensitization after cryopreserved human meniscal transplantation.Transplantation,1997,15:531-533.

    14Khoury MA,Goldberg VM,Stevenson S.Demonstration of HLA and ABH antigens in fresh and frozon human menisci by immunohistochemistry.J Orthop Res,1994,12:751-757.

    15Jackson DW,Whelan J,Simon TM.Cell survival after transplantation of fresh meniscal allografts.DNA probe analysis in a goat model.Am J Sports Med,1993,21:540-550.
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    16Jackson DW,McDevitt CA,Simon TM,et al.Meniscal transplantation using fresh and cryopreseved allografts.an experimental study in goats.Am J Sports Med,1992,20:644-656.

    17Nadeshima Y,Kurosaka M,Yoshiya S,et al.Effect of fibrin glue and endotheliial cell growth factor on the early healing response of the transplantation allogenic meniscus:a pilot study.Knee Surg Sports Traumatol Arthosc,1995,3:34-38.

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    20Pollard ME,Kang Q,Berg EE.Radiographic sizing of meniscal transplantation.Arthoscopy,1995,11:684-687.

    21Johson Dl,Swenson TM,Livesay GA.Insertion-site anatomy of the human menisci gross arthoscopic and topographical anatomy as a basis for meniscal transplantation.Arthroscopy,1995,11:386-394.
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    22Stone KR,Rosenberg T.Surgical technique of meniscal repalcement.Arthoscopy,1993,9:234-237.

    23Herman H,Boer MD,Koudstaal J.The fate of meniscal cartilage after transplantation of cryopreserved nontissue-antigen-matched allograft:a case report.Clin Orthop,1991,266:145-151.

    24Miki,Somer T,Brankov M,et al.Transplantation of the meniscal in dogs-preliminary report.Acta Chir Ingosl,1990,37:25-27.

, 百拇医药     25Vail TP,Koukoubis TD,Schenkman D,et al.Graft-bone healing of a meniscal autograft anchored in bone tunnels.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc,1995,3:105-110.

    26Mahomed MN,Beaver RJ,Gross AE.The long-term success of fresh,small fragment osteochondral allografts used for interarticular post traumatic defects in the knee joint.Orthopedics,1992,15:1191-1199.

    27Patten RM,Rolfe BA.MRI of meniscal allografts.J Comput Assist Tomogr,1995,19:243-246.

    28王亦璁,毕五蝉.膝半月板损伤后临床处理的实验依据.中华骨科杂志,1991,11:184-186., http://www.100md.com