肩袖补片治疗肩袖损伤研究现状Word格式.docx
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肩袖损伤是骨外科最常见肌腱损伤之一[1],是导致肩关节疼痛、活动度降低、功能减弱的常见原因[2]。
据统计,肩袖全层损伤在>60岁人群中的发病率为28%~40%[3]。
对经保守治疗无效的肩袖损伤患者及肩袖大面积损伤患者,通常采取外手术治疗方法[3,4]。
美国每年有3~7.5万例肩袖损伤患者接受肩袖修补手术[5]。
由于受年龄、损伤面积、肌肉萎缩、肌腱退变、脂肪变性、术后康复锻炼等因素的影响[6-8],肩袖修补手术失败率为20%~70%[9,10],其中肩袖修补术后肌腱与骨交界面处(腱-骨界面)不易愈合是导致手术失败的主要原因之一[11]。
针对目前传统手术治疗方法存在的难点,许多生物材料得以开发、测试并应用于临床,旨在促进受损肩袖组织愈合,提高手术修复成功率,改善患者术后功能[12]。
在此基础上,相关学者进行深入研究并提出施行肩袖修补手术时可采用肩袖补片进行加强,这尤其适用于肩袖损伤长度>3cm患者及慢性肩袖损伤伴有冈上肌回缩患者。
此外,肩袖补片用于大面积肩袖损伤修补时,能有效缓解患者疼痛、提高肌力、增加肩关节活动度,长远看还可有效避免假体植入[13,14]。
1肩袖补片机制及特性
所谓肩袖补片,实质是一种组织移植物,是组织工程技术研究的重要部分。
肩袖补片主要置放于经传统手术方法修复后的大面积肩袖损伤部位,发挥支架作用,即通过细胞招募及细胞黏附作用,促进细胞增殖、组织再生及腱-骨界面修复,从而达到诱导并促进肩袖修补术后肩袖组织损伤部位快速愈合的目的[15-17]。
相关文献报道[9,18]显示,肩袖补片可提高肩袖损伤修补术后肩袖组织的力学性能,同时在生物性能方面增强肌腱内在的愈合潜能,进而提高肩袖损伤修复手术的成功率。
欲使损伤的肩袖组织在功能和结构上达到完整性修复,理想的肩袖补片应该具备以下特性:
①生物相容性,较少或不引起机体排斥反应;
②生物可降解性,在保持生物相关力学性能的同时可以被新生组织逐步替代;
③安全性,应用时不存在感染传染性疾病的风险;
④手术过程中容易操作,易缝合于待修补的肩袖组织表面;
⑤具有类似机体原生肌腱所具备的力学性能,以满足相应的生理需要;
⑥模拟原生肌腱的超微结构,促进宿主细胞介导的腱-骨愈合;
⑦通过促进原生肌腱的腱-骨界面再生,达到原生肌腱与周围骨组织的牢靠结合;
⑧易于手术室储存。
目前,虽然尚未发现一种材料同时具备上述各种性能,但组织工程学研究已就此围绕生长因子、种子细胞等展开实验探索,试图尽早改变这一现状,进而弥补传统手术方法对肩袖损伤治疗的不足[19,20]。
2分类及应用现状
近年随着组织工程技术的逐步提升,肩袖补片材料的研发与应用进入了一个崭新阶段。
众多肩袖补片材料表现出良好的性能,各种材料制作的肩袖补片优缺点各异,但是至今仍未找到一种绝对优于其他材料的肩袖补片。
2.1合成材料补片
合成材料所制肩袖补片主要成分为多聚合物,包括可降解型和非可降解型两类。
目前实验研究和临床应用研究中常见的肩袖补片有SportMesh、X-Repair和RCRPatch。
总体而言,非可降解型合成材料补片虽然存在不能被组织降解,阻碍肩袖组织中肌腱增长,易引起术后长期并发症及较高的手术失败率等诸多缺点,但它具有良好的抗拉伸强度,可以为宿主组织的愈合提供稳定的力学性能保障;
可降解型合成材料补片能被组织降解,可促进肩袖组织细胞增殖、沉淀新合成的细胞外基质(ECM),正日益受到组织工程学研究的关注[21]。
McCarron等[22]采用聚乳酸合成的肩袖补片X-Repair对人类尸体模型肩袖组织作加强修复,发现应用该补片能够使冈上肌腱-骨间的屈服载荷增加56%~92%,极限载荷提高56%~76%。
但是,由于合成材料补片缺乏适宜的生物相容性,有增加机体异物排斥反应的风险[8,23];
因此,该类补片的应用受到一定限制,不作为肩袖修补手术时的首选。
2.2生物材料补片
生物材料补片多来源于组织移植材料,依据其来源不同,大致分为自体组织移植、同种异体未加工组织移植和脱细胞化组织移植等3类材料。
自体组织移植材料主要来源于自体的阔筋膜、肱二头肌长头肌腱等组织。
大面积肩袖损伤患者常并发肱二头肌长头肌腱病变,如肱二头肌长头肌腱纤维化、部分或全层断裂、从二头肌腱槽内脱出等[24]。
在修复上述病变的肱二头肌长头肌腱时,可采用腱切割或腱固定的方法来减轻患者前肩部疼痛[25]。
因此,肩关节内部分肱二头肌长头肌腱可成为自体组织移植的来源,并通过外科手术用于肩袖损伤的修复。
自体组织移植类补片最大的优点是具有良好的生物属性,不引起机体的炎症反应[26,27],主要缺点之一在于取材时可能会给自体带来额外创伤,影响肩关节稳定性。
Sano等[28]报道选取不可直接修复的大面积肩袖损伤患者14例(男12例,女2例),通过切开手术把来源于患者自体的肱二头肌长头腱作为肩袖补片缝合在撕裂的冈上肌的腱-骨两端,对损伤的肩袖组织进行修补,并于术后随访1年以上,结果显示所有患者的肩袖组织均得到成功修复,无一例患者出现感染或炎症反应。
同种异体未加工组织移植材料通常来源于同源肩袖组织、异体髌腱组织、跟腱组织及股四头肌肌腱组织等。
该类补片虽然较容易取材,但缺乏稳定的力学性能保证,不能较好地解决术前或术后发现的肌腱退变或肌腱损伤等常见的生物性问题。
此外,异体组织移植后容易使机体产生免疫反应,存在感染传染性疾病的风险[29]。
脱细胞化组织移植材料类补片在肩袖修补术中具有明显的优越性,逐渐成为研究及应用的热点。
其组织来源主要有以下两种:
①异种组织移植:
主要来源于动物的真皮、小肠、心包膜等组织,如Restore、CuffPatch、Conexa、TissueMend等。
②同种异体组织移植:
主要来源于人类皮肤的真皮组织或阔筋膜,如GraftJacket、AlloPatch等[20]。
组织移植物经物理方法或化学方法脱细胞化操作后,可去除细胞DNA中的免疫成分,同时保留ECM中原有的三维结构及胶原纤维成分,因此该类补片又简称为ECM补片。
ECM中含有的三维结构、胶原蛋白、非胶原蛋白及生长因子等成分为宿主细胞黏附、增殖、分化提供适宜的环境,有助于肌肉及肌腱等组织的功能性重建[30,31],进而促进肩袖修补术后腱-骨界面的愈合。
脱细胞化组织移植材料类补片具有良好的生物相容性及抗拉伸的力学特性,有效促进术后肩袖组织中胶原纤维及血管的再生[32];
与宿主细胞共存时,极少或不引起机体炎症反应,这可能取决于补片的组织来源、加工方法、灭菌方法以及补片所承载的力学负荷强度。
但此类补片在力学强度方面比人体原生肌腱或韧带弱。
Shea等[33]选取6具人类新鲜冰冻尸体构建肩袖损伤模型,将双侧冈上肌肌腱自“足印区”剥离,使用来自于同种异体真皮细胞的ECM补片并借助单排缝合技术对一侧受损的肩袖组织进行加强修补,另一侧行直接缝合修复;
生物力学分析发现,在加强修复受损肩袖组织过程中,ECM补片的应用能够使腱-骨界面之间的距离减少至少40%,使腱-骨界面所能承受的最大负荷增加28%。
来源于异种组织的脱细胞化组织移植物中,SIS-Restore得到最广泛研究,近年研究表明其具有免疫原性,因而在肩袖修补术中的应用饱受争议[34]。
来源于人类真皮ECM的脱细胞化组织移植物,如GraftJacket在遵循各国监管移植中心对人体组织移植管控的相关规定后可用作人类组织移植物。
Ide等[32]在两种不同的动物实验中将GraftJacket用于修补大面积肩袖损伤,术后6周形态学研究证据表明在逐渐愈合的肩袖组织中有原生肌腱细胞浸润,术后数月可明显看到脱细胞化的真皮ECM渗入到类似原生肌腱的组织中。
至今报道的所有临床研究中,GraftJacket用于损伤肌腱的加强或是肌腱桥接[35,36]均取得了较满意的效果,并且未出现生物不良反应。
来源于哺乳动物ECM的生物材料补片及多聚合物材料合成的补片均已获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准,可作为医疗器材用于人类肩袖修补[9,37]。
这些补片主要包括Restore、CuffPatch、GraftJacket、ArthroFlex、ZimmerCollagenRepair等[38]。
目前,肩袖补片的植入多采用切开手术和关节镜手术两种方法[39]。
来源于人体细胞的EMC补片,似乎是最安全的组织移植物。
Rotini等[20]报道将人类皮肤真皮细胞经脱细胞化处理后得到脱细胞化的人类真皮ECM(AHDM)补片,并经严格的动物实验测试和医院伦理委员会审查后于2009年应用于临床;
选取5例大面积肩袖损伤且有高需求的中年男性患者(平均年龄48岁),给予AHDM补片修补(3例行切开修复,2例行关节镜修复),术后30d内以外展支具悬吊患肢并逐渐开展康复训练,3个月后行肌力训练;
术后1、3、6、12个月进行随访,术后12个月MRI检查结果显示所有患者的临床症状有较大改善,Constant肩关节功能评分平均提高24分,无一例患者出现生物不良反应,AHDM补片具有良好的免疫耐受性,最后有3例患者成功修复,1例外伤后再发部分撕裂,1例无明显诱因下再发完全性撕裂。
综上不难发现,以目前的经验采用AHDM补片施行大面积肩袖损伤修复手术,可能会带来较高的术后再发率。
Kew等[29]报道就目前常用肩袖补片的优缺点进行简要对比分析,提议将以合成胶原纤维束(SCF)为原料的生物型补片用于修复受损的肌腱组织。
Ⅰ型胶原纤维具有良好的物理特性和生物特性,并且与机体原生肌腱组织具有相似性,因而在肌腱组织工程学中具有较好的适用性。
模仿机体原生肌腱构成、肌腱方向及肌腱微观结构合成该生物型补片,在修复受损肩袖组织的同时促进肌腱组织再生。
虽然该补片的成功应用尚需在特定生物环境下作进一步评估,但这无疑会为受损肌腱的修复和再生提供一种新方法。
3生物实验研究新进展
目前,肩袖补片相关生物实验研究大多集中在力学性能及生物学性能方面。
生物医学、基因治疗等技术的发展为各类肩袖补片的生物实验研究开辟了广阔领域。
此外,组织工程复合材料的研究将有利于肩袖组织损伤后的愈合。
Kim等[40]报道构建新西兰白兔肩袖损伤模型,取其髂嵴部位骨髓间充质干细胞(MSC)并经培养后填充到聚乳酸合成的可降解型肩袖补片中,然后将该复合材料构成的补片用于肩袖修补;
6周后经免疫组化染色及电镜观察发现,植入补片中的MSC在肩袖肌腱组织损伤处存活并在短期内通过合成类似Ⅰ型胶原纤维的ECM促进受损肌腱组织的愈合。
但是,目前对MSC促进肌腱组织愈合的确切机制尚不明确。
组织工程技术模拟肌腱或腱-骨界面愈合过程的研究,将会使肩袖补片治疗肩袖损伤的临床疗效得到改善。
近年相关研究[41,42]表明,多数生长因子(GF)含有独特的时序性基因表达谱,可以通过运载体进行转运,同时在诱导肌腱组织愈合过程中发挥重要作用。
目前最常以组织工程补片、溶解纤维蛋白密封剂等作为运载体,将GF输送到肌腱损伤局部,借助基因治疗方法促进肌腱组织修复[43]。
此外,经各类模拟人肩袖损伤的动物模型研究发现,采用肩袖补片作为GF运载体将GF运送到肩袖损伤处,其成功表达后可促进损伤处瘢痕组织形成,增加腱-骨界面愈合后的韧性[44]。
4展望
肩袖补片用于肩袖损伤的修复,是一项具有无限潜力的新技术。
随着近几年材料制造工程的发展及相关实验研究的深入,该技术得到迅猛发展。
但是,必须清楚地认识到:
①肩袖补片生产及临床应用经验还不足,材料不便储存(尤其在手术室内)有可能会限制其发展;
②在实际应用过程中,需要提升肩袖补片植入技术,制定标准的手术方法,有效缩短手术时间,减少手术创伤,提高手术质量;
③由于人体肩袖组织的解剖结构、功能特点及愈合情况与动物模型有所不同,多数动物实验研究存在一定的局限性,其研究结果不能直接应用于临床。
展望今后一段时间的研究方向,会主要集中在几个方面:
①努力寻找综合性能优良的肩袖补片材料;
②动物实验进一步探索补片与骨髓MSC等种子细胞、GF之间的结合;
③制定肩袖补片临床应用的安全性评价与质控标准。
可以预测,在不久的将来,随着生长因子、种子细胞、基因治疗等技术的提升,肩袖补片的研发将会得到进一步发展,在临床应用中也会发挥更大的作用。
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