作者:山东第一医科大学第二附属医院关节与运动医学科 时一博
前交叉韧带(ACL)是维持膝关节稳定的关键结构。ACL损伤会导致膝关节失稳,进而引发半月板损伤和关节软骨退变,最终发展为骨关节炎。ACL重建手术作为主要治疗方式,尽管手术技术和材料不断进步,但移植物松弛、关节功能恢复不良仍常见,部分患者甚至需要二次手术。在这些问题的成因中,移植物与骨道壁间的腱骨愈合质量是关键,其影响因素包括移植物选择、固定方式等机械因素;生长因子、富血小板血浆、生物材料及物理治疗等生物化学因素;出院后居家康复因素等。而生物化学因素对腱骨愈合的影响已成为提高手术效果的研究重点。因此,本文对生长因子、富血小板血浆、生物材料、物理治疗、中医等方面对腱骨愈合的影响进行全面综述,以期为促进腱骨愈合寻求新的办法,以提高手术效果,加速术后膝关节功能恢复。
生长因子
生长因子是由多种细胞受到免疫原、丝裂原或其他刺激产生的低分子可溶性蛋白质,具有调节机体免疫、促进血细胞生成、促进细胞生长及受损组织修复等功能。当前已经有很多研究将生长因子应用到ACL重建后的康复过程中。转化生长因子β、骨形态发生蛋白、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子等都被证明对腱骨愈合有正向意义。
转化生长因子β 转化生长因子β(TGF-β)由肌腱细胞在肌腱受到损伤时产生,其会改变细胞外基质的成分以及含量、增强成骨细胞前体细胞的趋化、促进细胞分裂增殖等,从而促进受损组织的修复,同时能够调节机体免疫,缓解慢性炎症,降低移植物在人体中产生的排异反应。Yamazaki等将2.0ngTGF-β1和0.1mL纤维蛋白胶注射到骨隧道中,对照组仅注入0.1mL纤维蛋白胶,空白对照组不进行任何干预,结果显示实验组在生物力学检测中具有显著大于对照组和空白对照组的最大抗拉力。
骨形态发生蛋白 骨形态发生蛋白(BMP),特别是BMP-2,受到了大量研究,也被证实是可单独诱导骨组织形成的局部生长因子。Anderson等将胶原海绵载体中加入BMP-2,并将其附着在移植腱上,经组织学分析,实验组的移植腱与骨道壁上的新生骨结合更紧密,有些样本会生成纤维软骨区,而腱与骨交界区的组织也更加致密,细胞成分更统一有序;而在最大抗拉强度的测试中,实验组在各测试时间节点上均大于对照组,且在8周时两者相差最多,而平均值比对照组高65%。Crispim等则用金属钛作为载体,将BMP-2与钛相结合加入到移植物上,结果显示,这一处理方法使骨道内壁长出了更多的新生骨,促进了骨形成,同样能提高腱骨愈合的质量。
成纤维细胞生长因子 成纤维细胞生长因子(FGF),在不同的组织、器官中能发挥不同的作用,比如能够诱导新生血管的生长、促进骨组织生成等。Kobayashi等在研究中应用了碱性FGF浸渍的微球并重点检测了腱骨界面术后早期的情况,结果显示,实验组早期腱骨界面出现了更多的新生小血管,更厚、更致密的肉芽组织,从而能提供更强的腱骨交界稳定性。Kimura等将碱性FGF加入到水凝胶复合支架上,从而达到缓释的效果,结果显示,腱骨界面的骨整合水平更高,胶原更多,这意味着腱与骨具有更好的结合程度。酸性胶原FGF则可以促进软骨细胞的增殖和成熟,还可以促进分化过程中的迁移和集落形成。Lu等发现,酸性胶原FGF可以有效提高ACL重建后早期腱骨界面的厚度与质量,且将浓度保持在高水平时会有更好的效果。
血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子 血管内皮生长因子(VEGF)和血小板衍生生长因子(PDGF)对血管生成与骨整合起到至关重要的作用。Yoshikawa等用含有VEGF的溶液浸泡移植肌腱,术后12周时观察到实验组移植腱的新生血管显著多于对照组,而且腱骨界面拥有更好的机械性能。Weiler等用附着有PDGF的涂层缝线处理移植腱,实验组的生物力学属性优于对照组,具有更高的拔出负荷和抗拉能力。
干细胞
干细胞是具有多向分化、自我复制功能的原始未分化细胞,因具有能够长期生存、自我更新和多系分化潜能,在组织工程中应用广泛。将不同种类的干细胞作用在腱骨界面,依靠其分化潜能来促进腱骨愈合的进程。
骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞(BMSCs)在促进骨折愈合方面得到了广泛的研究。由于骨隧道壁的骨再生与骨折愈合的过程类似,因此有些研究者将BMSCs应用在腱骨愈合的研究中。Bi等将BMSCs联合丝胶原支架应用于兔ACL重建模型,结果显示,BMSCs能促进腱骨界面的骨整合。Lim等将移植腱的表面涂抹用纤维蛋白胶包裹的BMSCs,结果显示,实验组的腱骨界面形成了更像正常ACL与软骨连接处的纤维软骨区;而且实验组在生物力学测试方面有更大的优势,术后8周时破坏载荷和刚度都有明显的提升。Liu等将BMSCs装载于聚乳酸/羟基磷灰石支架,结果表明,BMSCs组骨道壁的骨再生数量更多,腱骨界面的质量也明显好于对照组。Hur等将带有BMSCs的凝胶用于兔ACL重建模型,结果显示,腱骨界面有更多的细胞增生、更致密的胶原,且促进骨道壁的骨再生,使骨隧道的直径更小。王维军等发现,移植物中增加骨髓浓缩物与明胶海绵复合物,可以促进腱骨愈合。
肌腱/韧带源性细胞 研究表明,肌腱或韧带源性的细胞有促进ACL重建腱骨愈合的作用,其中ACL源性CD34+细胞为主要亚型。Mifune等将ACL源性CD34+细胞的细胞片附着在移植腱上,结果显示,移植腱中有更多的新生血管,腱骨界面的连接更紧密,生物力学性能更好。Mifune等在ACL断裂处提取的ACL来源的CD34+细胞上发现了干细胞的特性,能够促进腱骨愈合。Matsumoto等发现,CD34+细胞存在于ACL组织中,而且相较于正常的ACL组织,受损的ACL中CD34+细胞含量更高,它们可以迁移到ACL损伤位置促进愈合。Inokuchi等将人ACL损伤后的ACL残存组织中提取的CD34+应用在大鼠ACL重建模型中,移植腱中的新生血管以及骨道壁的新生骨都多于对照组。除了CD34+细胞,还有众多细胞有待研究与被利用。
骨膜干细胞 骨膜内有丰富的营养骨组织的血管,是骨生长发育的重要组织。骨膜内有很多间充质干细胞和成骨细胞,在适当的条件下可促进骨隧道出口愈合。骨膜干细胞(PSC)可被用来促进肌腱和骨之间的愈合过程。Chang等将PSC片应用于兔ACL重建模型,结果显示,实验组腱骨界面出现了成熟的纤维软骨成分,而且胶原纤维也比对照组更致密。Chen等在兔ACL重建模型中联合应用PSCs和BMP-2,结果二者的联用在腱骨界面处表现出了优异的诱导能力,能够促进肌腱与骨道壁的组织整合、连接能力。
可降解植入材料/黏附物
可降解植入材料/黏附物是ACL重建手术中植入人体的人工装置,而不同的固定物对腱骨愈合的过程有不同影响。此外,改进骨水泥并将之运用于ACL重建也是一项热门研究。
挤压螺钉 Weiler等在绵羊ACL重建手术中用聚乳酸挤压螺钉固定移植腱,他们发现,螺钉在降解过程中渐渐被新生骨代替;在术后9~12周可见螺钉和移植腱之间出现纤维软骨样组织和Sharpy纤维。Hunt等则用羟基磷灰石/聚乳酸复合螺钉固定移植腱,结果显示,实验组的骨道壁上的骨形成更加明显,有更多新生骨,同时骨道内的炎症被抑制,炎性细胞的数量明显减少。田科等发现,聚醚醚酮挤压钉具有良好的生物力学与生物相容性,更有利于移植腱与骨的结合。
镁螺钉/金属丝 镁在人体内参与基因复制、信号传导和代谢活动。镁的密度、硬度以及弹性模量与人体骨骼相近,未来或许可以广泛运用到骨科手术中。Cheng等等用镁制界面螺钉固定兔ACL重建中的移植腱,结果显示,腱骨界面基质金属蛋白酶13水平降低了,而VEGF和BMP-2的水平明显高于对照组。
磷酸钙骨水泥 磷酸钙骨水泥(CPC)相较于传统的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥在腱骨愈合方面有很大的优势,因为CPC不仅可以作为药物的载体,而且其降解过程能缓慢释放磷酸钙,促进骨组织生长。Wen等将CPC涂抹在移植腱上,结果显示,CPC使骨道壁的骨体积增加,而且使其产生了更多新生骨,术后6周,实验组腱骨界面具有明显高于对照组的极限强度和刚度。Huang等同样将CPC涂抹于移植腱,组织学显示,实验组腱骨界面在更短的时间内出现Sharpy样纤维、纤维软骨和钙化软骨,而且厚度和致密程度也明显更好。生物力学检查显示,术后4周时,实验组有更大的最大拔出负荷,稳定性比对照组更好。
富血小板血浆
富血小板血浆(PRP)是将自体血液经过离心处理提取到的血小板浓缩物,PRP中蕴含多种生长因子,能促进组织血管化和神经再生,而且还能促进骨、韧带的损伤修复,如今已经被广泛运用于骨关节炎、半月板修复等手术中。张豪等将PRP和BMSCs凝胶注射到兔ACL重建模型的骨隧道中,结果显示,肌腱和骨联结处的软骨纤维和软骨细胞相较于对照组增多,腱骨结合处骨密度增高,而且最大加载负荷也有所提高,他们认为,PRP联合BMSCs具有促进腱骨愈合的临床应用潜力。张玉芹等在临床ACL重建手术中及术后多次向关节腔内注射PRP,结果发现注射PRP的患者骨隧道的直径较未注射PRP的患者明显减小,而且腱骨愈合质量也有所提高。张明宇等研究表明,PRP明胶海绵复合物可以促进腱骨愈合。
物理治疗
超声治疗 低强度脉冲超声是一种比较温和的机械刺激,通过高频声波将能量传递到人体,有助于韧带损伤的修复、骨折愈合、软骨修复。Lovric等发现,低强度脉冲超声治疗能提高腱骨界面成骨细胞活性,而且能促进其血管化、矿化,以此使腱骨界面的力学特性更好。
体外冲击波治疗 体外冲击波通过多种效应可对多种细胞聚集、分化和多种活性因子表达发挥积极作用,能够促进新生血管生长、胶原沉积、损伤肌腱的修复、诱导骨软骨生长。有研究发现,体外冲击波治疗可有效加快腱骨愈合速度,促进腱骨界面新生血管的形成。
中医治疗
腱骨愈合在中医学包含在“筋骨病”这一大类中,其病位在于筋和骨,腱骨畅通是维持身体正常运动和行动的关键要素之一,将中药运用于促进ACL重建腱骨愈合并研究其相关机制也得到了广泛关注。陈能等研究发现,口服六味地黄丸可以促进患者术后腱骨界面TGF-β1基因表达,从而促进腱骨愈合以及关节功能康复。张磊等发现,三七总皂苷能够促进腱骨交界处胶原生长和新生骨的形成,从而促进腱骨愈合,增加愈合质量。而在后续研究中,刘晓华等证实,三七总皂苷通过增强肌腱干细胞的成骨分化来达到促进腱骨愈合的效果。
小结与展望
综上所述,当前针对促进腱骨愈合的方法已有广泛探索,有相当数量的实验证明,有多种治疗、干预方式能够有效促进腱骨愈合,使之在更短的时间内达到更高的愈合质量。然而,这些实验虽然给ACL重建术后的康复提供了更多潜在选择,但大多数尚处于动物实验阶段,故想要真正应用到临床治疗与康复中还需进一步的临床试验加以验证。随着对腱骨愈合的了解、研究逐渐加深,手术技术的优化,以及生物工程、新型材料的发展和应用,相信未来会有稳定、高效的手段来促进腱骨愈合,从而使各种涉及腱骨愈合的术后患者获得更好的康复效果。
来源:中国矫形外科杂志2026年3月第34卷第6期