髓芯减压加自体骨髓干细胞移植治疗股骨头坏死的早期随访结果****☆

孙伟，李子荣，王佰亮，史振才，石少辉

课题背景：课题获得国家自然科学基金、首都医学发展基金重大联合项目、卫生部部属（管）临床重点学科项目以及中日友好医院院级课题等多项资助，基金总数达 1 350余万。目前在干细胞治疗骨坏死的基础与临床研究中，取得部分成果，已在国内外发表文章10余篇，SCI收录2篇。

同行评价：最早将干细胞用于骨坏死治疗的是法国Hernigou教授，后来比利时的Gang教授，随后韩国、日本分别有关于髓芯减压加干细胞移植治疗骨坏死的报道，本单位为国内首先开展且是国内目前实行此类手术例数最多的单位。文章回顾性总结分析髓芯减压加自体骨髓干细胞移植治疗早期股骨头坏死的效果，观察其对于早期股骨头骨坏死治疗的有效性。选题新颖，研究手段较先进，结果有一定的可信度，为临床治疗早期股骨头坏死提供新的可行方法。

偏倚或不足：实验不足之处是病例相对较少，基于人道主义，无法严格的随机双盲选择病例，对照组多是干细胞抽取困难或失败的病例；此外随访时间相对较短。

孙伟☆，男，1974年生，山东省青岛市人，汉族，2004年中国协和医科大学毕业，博士，副主任医师，主要从事骨坏死、关节外科、组织工程方面的研究。
sun887@163.com

通讯作者：李子荣，硕士，教授，中日友好医院骨科骨坏死与关节保留重建中心，北京市 100029
lzr96@hotmail.
com

首都医学发展基金重大联合项目（2002-1007）*；国家自然科学基金面上项目（30672117）*；卫生部部属（管）临床重点学科项目（2007-2009）*；中日友好医院重点学科课题（ZDXK-LX03-
01）*

摘要
目的:早期股骨头缺血性坏死目前多采用髓芯减压术式，临床证明自体骨髓移植治疗骨不连可促进骨的修复与愈合。回顾性总结分析髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植治疗早期股骨头坏死的效果。
方法：①对象：选取2005-05/2006-08中日友好医院骨坏死与关节保留重建中心医院收治的股骨头缺血性坏死患者52例/71髋作为髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组，其中ARCO分期I~II期37例/49髋，III期8例/9髋。因干细胞抽取困难或失败，以同期收治的股骨头缺血性坏死患者15例/20髋作为单纯髓芯减压组，其中ARCO分期I~II期10例/13髋，III期3例/4髋。两组患者对治疗及实验均签署知情同意书，实验经医院医学伦理委员会批准。②实验方法：两组患者术前常规Harris评分，拍摄双髋关节正位、蛙式侧位X片、CT平扫加二维重建及MRI。髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组自患者双侧髂前上棘连续抽取骨髓300~400 mL，分离采集中间层单个核细胞2.16×1010 L-1。在C臂X光透视机引导下用2~3枚1.5 mm导针钻入，对照术前X线和二维CT反复确认坏死病灶后，以3 mm空心钻钻入，于骨坏死区的股骨头软骨下骨5 mm处用50 mL注射器将浓缩的细胞悬液缓慢注入股骨头内。单纯髓芯减压组仅行空心钻钻入坏死区。术后随访12个月。
结果：髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组45例/58髋、单纯髓芯减压组13例/17髋完成12个月以上随访。①术前两组Harris评分基本相似（P > 0.05）；术后与单纯髓芯减压组比较，髓芯减压加自体骨髓干细胞移植组Harris评分明显升高，优良率显著提高（F =3.149，P < 0.05）。②髓芯减压加自体骨髓干细胞移植组58髋中，9髋出现新月征和塌陷加重，其中6髋为术前ARCO分期IIIa期，1髋行人工关节置换。单纯髓芯减压组17髋中，6髋出现新月征和塌陷加重，其中4髋为术前ARCO分期IIIa期，1髋行人工关节置换。两组比较差异有显著性意义（F=3.032，P < 0.05）。
结论：髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植是治疗ARCO分期I~II期股骨头缺血性坏死安全有效的方法，临床Harris评分和病理影像学观察均优于单纯髓芯减压术式。对于ARCO分期III期患者，两种方法治疗效果均欠佳。
关键词：股骨头；缺血性坏死；干细胞；骨髓

孙伟，李子荣，王佰亮，史振才，石少辉.髓芯减压加自体骨髓干细胞移植治疗股骨头坏死的早期随访结果[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(12):2231-2234 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-12/12k-2231(ps).pdf]

中图分类号: R394.2
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)12-02231-04

Core decompression plus implantation of autologous bone marrow stem cells for early stage osteonecrosis of the femoral head: A follow-up evaluation

AIM:Early stage osteonecrosis of the femoral head is always treated with the core decompression, and clinical evidences show that autologous bone marrow transplantation could enhance bone repair and healing in the treatment of bone nonunion. This retrospective study was designed to analyze the curative effect of autologous bone marrow stem cells transplantation and core decompression for treating osteonecrosis of femoral head in early stage.
METHODS: ①Fifty-two patients (71 hips) with osteonecrosis of femoral head were treated with autologous bone marrow stem cells transplantation and core decompression in the Center for Osteonecrosis and Joint Preserving & Reconstruction of China-Japan Friendship Hospital from May 2005 to August 2006. According to the system of Association Research Circulation Osseous (ARCO), 37 cases (49 hips) were classified in stages Ⅰ-Ⅱ, and 8 cases (9 hips) in stage Ⅲ. Meanwhile 15 patients (20 hips) only treated with core decompression because of the failure or difficulty of aspirating stem cells, were taken as control group, including 10 cases (13 hips) in stages Ⅰ-Ⅱ and 3 case (4 hips) in stage Ⅲ. All the patients in both groups signed the informed consents, and the experiment was approved by the Ethics Committee of the hospital.②Before operation, all the patients were scored with Harris system. X-ray at anteroposterion and frog leg position, 2-dimensinal reconstruction and CT scan, MRI were taken for all the patients. Bone marrow of 300-400 mL was collected from bilateral anterosuperior iliac spine of patients.
Mononuclear cells were harvested and cell counting was 2.16×1010 L-1. Two or three guide pins with 1.5 mm diameter were drilled into necrotic zone, with the guide of C-arm X-ray fluoroscopic machine. In the experimental group, guide pin was affirmed to be in the zone of necrosis according to preoperative X-ray and 2-dimensional CT, and then drilled with the hollow drill for the injected of cell suspension into the 5 mm under subcartilaginous bone of femoral head with 50 mL injector. Control group was only treated with hollow drill putting into necrotic zone but without bone marrow aspiration. After operation, all the patients were followed up for 12 months.
RESULTS: There were 45 patients (58 hips) treated with autologous bone marroe stem cells transplantation and core decompression were followed up more than 12 months, while 13 patients (17 hips) of control group received the follow-up for more than 12 months as well.①There was no significant difference in Harris score between two groups before operation (P > 0.05), while the experimental group showed obviously increasing score and gained high fineness rate (F=3.149,P < 0.05) after operation.②Among 58 hips of the experimental group, 9 hips aggravated such as collapse or crescent sign, including 6 hips belonging to ARCO IIIa and 1 hip got total hip arthroplasty. While 6 hips of 17 cases in the control group appeared more serious collapse or crescent sign, among those 4 hips belonged to ARCO IIIa, and 1 hip got total hip arthroplasty. There were significant differences between two groups (F=3.032, P < 0.05).
CONCLUSION: Autologous bone marrow stem cells transplantation and core decompression is an easy and safe method for treating stage Ⅰ-Ⅱ osteonecrosis of the femoral head. It is better than simply core decompression in both clinical Harris scores and radiographic evaluation. But for stage III patients, curative effect of both methods is negative.

Sun W, Li ZR, Wang BL, Shi ZC, Shi SH. Core decompression plus implantation of autologous bone marrow stem cells for early stage osteonecrosis of the femoral head: A follow-up evaluation.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(12):2231-2234(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-12/12k-2231(ps).pdf]

股骨头坏死病因及发病机制尚不十分清楚[1]。早期股骨头缺血性坏死的治疗方法较多[2]，但治疗目的是防止股骨头塌陷，促进股骨头内坏死病灶的修复，髓芯减压手术方法是治疗早期股骨头坏死的主要方法。自体骨髓移植主要用骨不连等的治疗，临床证明可促进骨的修复与愈合。回顾性分析髓芯减压结合骨髓干细胞移植治疗股骨头坏死的临床效果。

设计：回顾性分析。
单位：中日友好医院骨科骨坏死与关节保留重建中心。
对象：选取2005-05/2006-08中日友好医院骨坏死与关节保留重建中心医院收治的股骨头缺血性坏死患者52例/71髋作为髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组，其中ARCO分期Ⅰ~Ⅱ期37例/49髋，Ⅲ期8例/9髋；年龄16~55岁，平均37.5岁；病因分类，激素性20例/28髋，酒精性17例/22髋，创伤性6例/6髋，特发性2例/2髋。因干细胞抽取困难或失败，以同期收治的股骨头缺血性坏死患者15例/20髋作为单纯髓芯减压组，其中ARCO分期Ⅰ~Ⅱ期10例/13髋，Ⅲ期3例/4髋；年龄19~49岁，平均37.3岁；激素性7例/10髋，酒精性5例/6髋，特发性1例/1髋。两组患者术前常规Harris评分，拍摄双髋关节正位、蛙式侧位X片、CT平扫加二维重建及MRI，对治疗及实验均签署知情同意书，实验经医院医学伦理委员会批准。
设计、实施、评估者：实验设计及干预实施为全部作者，结果评估为第一、二作者，均经过系统培训，未使用盲法评估。
方法：
髓芯减压与细胞移植：手术在蛛网膜下腔复合硬膜外麻醉下进行，术前30 min静脉给予头孢二代抗生素1次。髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组用骨髓穿刺针自患者双侧髂前上棘处连续抽取骨髓300~400 mL，每次抽取 15 mL，每10 mL中含肝素盐水2 mL；抽取骨髓注入含ACD液抗凝收集袋内，滤过红细胞、骨髓、脂肪残渣后，以（2 800~3 500）r/min将骨髓血梯度离心，取中间层采集骨髓干细胞，细胞计数2.16×1010 L-1，单侧收集25~30 mL，双侧收集50~60 mL。在C臂X线透视机引导下用二三枚1.5 mm导针钻入，对照术前X线和二维CT反复确认坏死病灶后，以3 mm空心钻钻入，如图1示达到骨坏死区的股骨头软骨下骨5 mm处，然后取出导针，用50 mL注射器将浓缩的细胞悬液缓慢注入股骨头内。单纯髓芯减压组不行骨髓抽取，仅行空心钻钻入坏死区。

术后处理：术后患者卧床休息一两天，第

3天可扶双拐保护下负重活动，第6周完全弃拐负重下地。
评估标准：采用Harris评分对髋关节功能进行评价，Harris评分90~100分为优秀，80~89分为良好。
随访标准：随访方式为电话、信笺、门诊检查，复查关节疼痛、活动功能，行X片摄片、CT平扫和二维重建，部分患者行 MRI，随访12个月以上。
主要观察指标：①髋关节功能临床Harris评分。②影像学观察。
统计学方法：由第三作者应用SPSS 10.0软件进行统计处理，数据以_x±s表示，采用方差分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

2.1 参与者数量分析髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组52例/71髋，45例/58髋获得12个月以上随访；单纯髓芯减压组15例/20髋，13例/17髋获得12个月以上随访。部分患者因地址变迁等原因缺失随访。
2.2 髋关节功能Harris评分术前两组髋关节功能Harris评分比较差异无显著性意义（P > 0.05）。与单纯髓芯减压组比较，术后髓芯减压加自体骨髓干细胞移植组髋关节功能Harris评分明显升高，优良率显著提高，两组比较差异有显著性意义（F=3.149，P < 0.05），见表1。

2.3 影像学观察髓芯减压加自体骨髓干细胞移植组58髋中，9髋出现新月征和塌陷加重，其中6髋为术前ARCO分期IIIa期，1髋行人工关节置换，余49髋X片未见影像学上分期进展。单纯髓芯减压组17髋中，6髋出现新月征和塌陷加重，其中4髋为术前ARCO分期IIIa期，1髋行人工关节置换，余11髋X片未见影像学上分期进展。两组比较差异有显著性意义（F =3.032，P < 0.05）。髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组1例男性患者手术前后影像学观察比较见图2。

2.4 不良事件及副反应两组各1例患者出现术后切口渗血，经加压包扎24 h后好转。髓芯减压联合自体骨髓干细胞移植组13髋、单纯髓芯减压组3髋在术后2~5个月负重活动后仍存在关节疼痛及不适感，MRI示关节内有积液，经保守治疗3~6个月后好转，症状消失。

股骨头坏死的治疗是骨科的难题，寻找微创、安全且有效的股骨头坏死治疗方法一直是骨科研究的热点[3]。髓芯减压手术是最经得起时间考验的早期股骨头坏死的微创手术治疗方法，目的是通过减压降低骨内压力，打通阻碍修复骨坏死的硬化带[4-6]。但许多研究已发现这类患者的股骨头颈及股骨近端骨髓干细胞的数量减少并活性减弱，由于骨髓干细胞活化程度降低，造成该处成骨能力下降，使坏死骨在吸收后不能有效修复而使病变进展，导致股骨头塌陷[7-9]。
早在20世纪60年代 Friedenstein[10]首次报道，骨髓标本中小部分贴附细胞在培养过程中能够分化类似骨和软骨的集落，后来证实这些集落是存在于骨髓基质系统中具有多项分化潜能的干细胞，能被不同的诱导因子诱导，分化为骨、软骨、肌肉、脂肪，称为骨髓间充质干细胞。干细胞的主要特点是结构比较简单，是不具有特定机能的原始细胞，能以自我复制的方式增生，在一定的条件下能向特定的方向分化，产生几个亚系的前体细胞[11-12]。骨髓间充质干细胞，具有强大的分化潜能和增殖能力，现在已经广泛应用于促进成骨、成软骨以治疗骨折不愈合和软骨缺损等组织工程和临床领域。
最早将干细胞用于骨坏死治疗的是法国的Hernigou教授[13-16]，他回顾性分析了116例（189髋）患者行髓心减压及骨髓移植术的疗效，经平均随访7年（5~11年），在塌陷前期（I和II期）进行治疗的 145髋，只有9髋需要再次手术行髋关节置换，而在塌陷后期（III和Ⅳ期）行治疗的55髋，有25髋需要再次手术行全髋置换。Gangji等[17-18]对13例（18髋）I和II期股骨头坏死患者分别行单纯髓心减压组（对照组）和髓心减压加骨髓单核细胞移植组（骨髓移植组），经24个月随访发现：骨髓移植组患者疼痛及其他关节症状明显减轻，两组病例进展到关节塌陷的时间有明显差异。这些研究均证实骨髓干细胞移植治疗骨坏死的有效性，和本实验结果一致。
对股骨头坏死的治疗应根据患者年龄、坏死面积、坏死位置及塌陷危险性等进行个体化选择[19-20]。只有正确地掌握治疗原则，针对各期采用相应方法，才能获得最佳疗效。在本实验中，骨髓干细胞移植组有9髋出现新月征和塌陷加重，其中有6髋为术前分期为ARCO IIIa，对照组6髋病情进展中有IIIa患者4髋，这说明对III期患者，此种手术方法疗效欠佳，对III期以后，即塌陷后期的股骨头坏死患者的保存股骨头的治疗是当前骨科棘手的问题。因为随着病变的进展，股骨头会出现软骨下力学结构的破坏，导致关节塌陷和骨关节炎的发生。一旦软骨面下力学结构遭破坏，病变将是不可逆的，最终只能行全髋置换术。对干细胞移植来说另一需要考虑的因素就是年龄。随着年龄增大，骨髓中基质干细胞的数量和功能将出现相对不足。另外随年龄增长，骨本身的修复能力也必然存在下降。
本实验显示髓芯减压加骨髓干细胞移植是ARCO I/II期骨坏死的有效治疗方法，能明显减轻患者的髋关节疼痛症状，并延缓股骨头坏死的进展。但也存在如下一些问题，如骨髓前体细胞能在无血状态下分化为成骨细胞吗？能否血管化？能否成骨？这些分离的干细胞以单核细胞为主，计数为多数可达最优治疗效果，是否可加入其他细胞因子来提高临床的疗效？这都需要进一步研究。此外，本实验不足之处是病例相对较少，基于人道主义，无法严格的随机双盲选择病例，对照组多是干细胞抽取困难或失败的病例；同时随访病例的缺失以及随访时间相对较短，这使本实验存在一定缺憾。

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