组织修复与再生在骨科领域2015最新进展

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  2015朝阳国际医学大会骨科前沿高峰论坛由院士领衔、国内主要骨科专业组织的主委、副主委强力加盟,演讲嘉宾由国内外骨科各领域一线的顶尖专家组成,专家阵容强大。
  组织修复与再生:具有生物学功能的义肢或成真
  中国工程院院士付小兵——
  干细胞及其相关领域的研究
  据估计,几乎所有疾病都涉及到组织修复与再生,再生医学涉及面广泛,从分子基因、组织工程到生物学都有覆盖,保守估计每年1亿人以上。目前再生医学的治疗范畴主要着眼于各种组织损伤与再生、肿瘤、衰老、心脏病、遗传性疾病等研究。再生医学可为人类延缓20年“disable”的时间,因而受到全球科学家、企业、临床医生的密切关注。
  如何实现多种组织的同步修复与再生?首先iPS(诱导多功能干细胞)全能性的确定与相关模型的建立是一个重大突破。2006年国际上首先报告了iPS(诱导多功能干细胞)研究成功,2009年周琪小组和曾凡一小组合作在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。中国科学院动物研究所的周琪小组和北京生命科学研究所的高绍荣小组同时取得这项成果,分别发表在Nature和Cell·Stem Cell杂志上。最近几年再生医学进展迅猛,在基础医学领域,现在已经可以实现了将一个老的细胞繁殖为干细胞,再把干细胞繁殖成一个新的大鼠。
  模式动物iPS系的建立
  2008年12月北京大学生命科学学院邓宏魁教授的实验室在Cell·Stem Cell上报道,首次建立了恒河猴iPS系。2009年1月中国科学院上海生命科学研究院生化细胞所肖磊研究员的实验室在Cell· Stem Cell和美国Scripps研究所丁盛的实验室同时报道首次建立大鼠iPS系。2009年4月中国科学院广州生物医药与健康研究院裴瑞卿教授的实验室也在J Biol Chem上报道建立西藏小型猪的iPS系。这些大型动物的成功研究结果可能会在未来帮助人们研制出真正具有生物学功能的义肢。
  付小兵院士指出,2001年,付小兵院士等在国际著名的《柳叶刀》(The Lancet)杂志首先报告了表皮细胞可以“去分化”转变为表皮干细胞的重要发现,发现“去分化”是人类组织再生的重要细胞学基础。我们利用干细胞在国际上首先实现人体再生汗腺获得成功,通过神经、血管支配、汗液分析等指标检测,证明再生汗腺具有正常的发汗功能,两年后随访证明继续发汗,现在随访最长的是9年病例,移植汗腺仍保持了发汗功能。
  再生医学的基础是建立大规模的临床干细胞库,可为未来软骨、神经的修复提供细胞学的基础。
  干细胞治疗心脏和血管疾病,评价跟踪移植细胞的迁移、定位和分化及心功能的改善,建立了大小动物心肌梗死的标准化模型,开展了干细胞治疗心脏病的临床试验。现在在心脏病的治疗领域已有了新的突破,心肌梗死发部位心肌丧失了收缩能力,通过再生医学技术可减少心脏梗死灶,使70% ~80%的心脏射血功能得到恢复。阜外医院开展了心脏自身干细胞治疗,第三军医大学进行血管的组织工程研究,第二军医大学和军事医学科学院也进行了相关研究。
  他还指出,下肢缺血性疾病导致的感染、溃疡,必须恢复其血液循环,过去没有好的办法,间充质干细胞(MSC)的应用促进了下肢血管的再生,在需要生长的血管周围形成丰富的侧枝循环,对缺血性溃疡的愈合非常重要。糖尿病足患者没有得到好的治疗,过去有35%的截肢率,国内通过再生医学使这一数字下降50%左右。研究显示,利用角膜干细胞可治疗眼睛在化学事故中角膜严重损伤的患者,恢复光感和视力,成功率达到70%以上。
  组织工程皮肤及相关领域的研究
  付小兵院士介绍,组织工程皮肤的研究始于1997年3月,世界上第一个组织工程产品“组织工程皮肤”由FDA批准上市,2007年11月,我国第一个同类组织工程皮肤产品获得SDFA颁发的注册证书,在烧伤、创伤领域得到临床应用。软骨研究从实验室经历了质疑后,近20年开始走向临床,意义重大。曾以在裸鼠背上“种”出人耳形态的软骨而震惊世界的曹谊林教授,2014年已经将裸鼠背上的耳朵移植到了人体,已经完成几例,随访一年多,效果很好。2014年西班牙设立了专门的软骨修复实验室,皇家马德里球员膝盖软骨损伤严重,每次软骨修复需用几万欧元,但效果不错。
  组织工程技术也应用到子宫内膜再生领域,取得了突破性进展。《生物材料》(Biomaterials)杂志2014年报道了胶原蛋白(Collagen)和间充质干细胞(MSC),形成子宫内膜壁。中科院遗传发育所研究员戴建武团队“人工组织器官构建”项目,研制出了能特异结合干细胞或组织再生因子的智能生物材料,可主动诱导人体各种组织再生。2013年在南京鼓楼医院正式开展了单中心小病例子宫内膜再生临床研究。受试的9例患者已有4例怀孕,第一例子宫内膜再生临床研究婴儿于2014年7月17日在该院出生。
  第一代去细胞猪角膜的脱细胞过程和组织结构的动物实验成功完成后,目前已经进入临床应用阶段,如治疗真菌性角膜炎溃疡获得成功,2010年,共有47名患者在武汉协和医院移植“人工生物角膜”,经过5年临床试验观察,“人工角膜”的愈后效果已接近人体角膜。
  在组织修复与再生的药物领域,用于修复与再生的基因工程药物,如表皮细胞生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、神经生长因子(NGF)现已成为创伤治疗、神经再生的基本药物。上世纪90年代,我国最早报道的多中心研究表明,应用生长因子使急性创面愈合时间缩短了2~4天,慢性创面愈合率提高了10%,解决了长期难愈创面的治疗难题。由于综合技术的应用,治愈了28年静脉曲张溃疡治愈,52年的电击伤后慢性创面,68年的弹片伤创面,经过硅油注射隆胸后2个月溃疡治愈。究其原因是缺乏新的技术和产品去支撑治疗,才使这些创面久难愈合。一例70年没有愈合的典型创面的治愈病例,患者自述1942年日本进攻浙江金华,使用了化学和细菌武器(需进一步确定),之后患者下肢出现创面,反复70年没有愈合,通过清洗创面、清创、切除纤维板、负压治疗、皮肤移植等创新治疗,52天后愈合。   在治疗方面,把治疗作为在这一阶段对脊柱进行修复、调整的一个手段;在康复方面:维持脊柱平衡、健康,达到预防腰痛、减少复发的目的。面对腰痛患者,我们骨科医生、脊柱外科医生,手中不仅只有一把手术刀,我们还能做得更多。
  股骨颈骨折治疗2015策略分析
  北京大学医学部副主任、北京大学人民医院创伤骨科主任姜保国——
  与常规骨折相比较,股骨颈骨折没有明显的骨坏死及相应的清除过程,没有发现明显的血肿形成,没有发现大范围的炎症反应,没有发现明显的软骨内成骨现象,没有发现明显的外骨痂形成。
  股骨头血供来自于4个动脉:股骨头圆韧带内的小凹动脉,股骨干滋养动脉升支,旋股内侧动脉的分支骺外侧动脉和旋股外侧动脉,其中以旋股内侧动脉的分支骺外侧动脉为主要血供来源。
  股骨干骨折的分型
  按骨折移位程度的分型——Garden分型(Ⅰ型:不完全性骨折Ⅱ型:完全骨折,无移位;Ⅲ型:有部分移位;Ⅳ型:完全移位)。按骨折部位分为:头下型、经颈型和基底型;还有AO分型。
  股骨干骨折的治疗:保守or 手术?
  保守治疗是持续牵引及穿防旋鞋制动,适合于GardenⅠ型、Ⅱ型骨折,骨折稳定,无移位;身体素质很差,不能耐受手术或不愿接受手术;保守治疗卧床时间长、死亡率高——逐步减少。手术方法选择内固定还是人工髋关节置换术?姜保国教授指出,一般年轻患者(<50岁)采用内固定治疗,对老年患者(>70岁)采用髋关节置换术,年龄介于之间的患者目前仍无共识。
  内固定( Intenal fixation)单钉类主要是三刃钉;多钉类有空心钉、Knowtes钉、Moore钉、Neufeld钉、斯氏钉、三角针、多根螺纹钉或多根带钩螺纹钉等;滑移式钉板类:DHS、Richard钉、PFN内固定;加压类固定类:加压螺旋钉、AO松质骨螺钉。空心钉的适应证有:头下型的GardenⅠ、Ⅱ型;基底型;骨质较好;55岁以下的股骨颈骨折;骨扫描提示股骨头有血运。
  空心钉内固定有5个优势:骨折端有效地加压;3根螺钉和骨组织组成稳定的立体框架结构,不易发生移位;中空螺钉有效减低骨折导致的骨内高压;小切口或闭合打入的方式可极大地降低手术的风险;常用术式是闭合复位7.3mm空心加压螺钉固定。其结果显示空心钉内固定可大大增加愈合率,没有增加股骨头坏死率的报道,但仍有较高的中远期坏死率。
  人工髋关节置换术适应证主要有:70岁以上头下型GardenⅣ型,部分Ⅱ型、Ⅲ型;60岁以上部分GardenⅢ、Ⅳ型;骨质不良疏松者。人工髋关节置换术方法:半髋关节置换术适用于高龄(>75岁),身体素质差,运动量相对小,可选用双极人工股骨头置换。全髋关节置换术分为骨水泥型与无骨水泥型(生物型),适宜人群为55岁以上有移位的股骨颈头下型骨折患者;骨水泥主要增加低密度骨的把持力;无明显骨质疏松的患者,宜采用生物型假体。而从老年移位型股骨颈骨折内固定与关节置换的疗效比较的meta分析来看,分别分析了外科并发症和一般并发症。
  外科并发症:术后2年外科并发症meta分析结果显示,关节置换可显著降低术后2年外科并发症的危险性(RR=0.31,P<0.001)
  术后5年外科并发症meta分析结果显示,2篇纳入文献(380例患者)报道术后5年外科并发症;关节置换可显著降低术后5年外科并发症的危险性(RR=0.18,P<0.001)。由此得出关节置换可显著降低术后2年、5年外科并发症的危险性(P<0.05)。
  一般并发症:meta分析显示,关节置换可显著增加术后深部感染的危险性(P<0.05)。
  深部感染后再手术率的12篇纳入文献共计1329例患者的meta分析结果显示,关节置换显著增加深部感染再手术的危险性(RR=2.40,P<0.05)。手术一般特征:17篇文献纳入meta分析结果显示,与内固定术相比较,关节置换手术时间长,术中失血量及术后输血量更多(P<0.05)。
  本研究结论是,与内固定相比较,关节置换显著降低术后2年、5年外科并发症的危险性;显著降低术后1年、2年及5年再手术率的危险性,内固定术后再手术率约为关节置换的4倍;显著增加术后深部感染及深部感染后再手术的危险性;手术时间长,术中失血量及术后输血量多。关节置换与内固定相比较,术后死亡率无差异;一年疼痛发生率无差异。
  老年髋部患者往往同时伴有多种疾病,如高血压、糖尿病、心血管系统疾病、呼吸系统疾病等,而这些伴随疾病往往是临床医生判断患者是否适宜手术治疗时需要认真考虑的。目前关于未接受手术治疗的老年髋部骨折住院患者的伴随疾病分析尚不多见。我们利用2006年至2010年北京市35家三级医院住院病案首页数据,系统分析老年髋部骨折住院患者的伴随疾病及数目在手术和非手术患者中的患病情况。
  结果显示,14577例患者中,女性9171例(62.9%),男性5405例(37.1%)。Figure1A显示老年髋部骨折住院患者2006年2299例,2010年3573例,2006年至2010年增加了55.4%。
  Figure1B显示,75岁至84岁患者所占比例最高(43.7%),其次是65岁至74岁患者(27.5%)。Figure1C可看出,不伴随有疾病的老年髋部骨折患者占18.1%,伴随有1种、2种及3种疾病的患者较多,分别占20.0%,16.4%和13.8%。Figure1-A、B、C为所有老年髋部骨折住院患者在不同出院年份、年龄组及伴随疾病数目中的分布情况。
  老年髋部骨折非手术住院患者出院年份、年龄组及伴随疾病的分布情况来看,Figure2A可见,2006年非手术患者所占比例为32.6%,而2010年这一比例降至20.9%。Figure2B可见,随年龄增长,非手术患者所占比例增加(≥85岁年龄组中非手术患者占39.7%,55岁至64岁患者中非手术患者占18.3%)。Figure2C可见,伴随有1种、2种疾病的非手术患者分别占17.6%及21.6%。随着伴随疾病数量的增加,非手术患者比例明显增加,伴随有6种、7种疾病的非手术患者比例分别为49.5%及56.9%。伴随疾病:老年髋部骨折住院患者伴随疾病的分布情况来看,所有老年髋部骨折住院患者中,原发性高血压最常见(40.81%),其次为骨质疏松(21.44%),2型糖尿病(不伴有并发症)占21.23%,冠状动脉粥样硬化(15.43%)等。   非手术治疗患者中最常见的伴随疾病也是原发性高血压(44.15%),其次为2型糖尿病(不伴有并发症)占22.65%,冠状动脉粥样硬化性心脏病(22.4%), 肺部感染(19.16%)等。由结果我们同样发现,在不同年龄组患者中,非手术组的肺部感染、脑梗死、呼吸衰竭、褥疮发生率高于手术组患者。在≥75岁患者中,慢性阻塞性肺疾病、心功能不全、泌尿道感染、水电解质及酸碱平衡紊乱、糖尿病并发症、不稳定性心绞痛等伴随疾病在≥75岁非手术患者中明显高于手术组患者。而<75岁的患者中,慢性肾功能不全、下肢深静脉血栓形成在非手术患者中明显高于手术组患者。年龄分层后,高血压、2型糖尿病(不伴有并发症)及骨质疏松手术组患者仍然明显高于非手术组患者。
  研究结论显示,老年髋部骨折患者伴随肺部感染、脑梗死、呼吸衰竭、褥疮时,临床医生可考虑非手术治疗。年龄≥75岁患者伴随慢性阻塞性肺疾病、心功能不全、泌尿道感染、水电解质及酸碱平衡紊乱、糖尿病并发症、不稳定性心绞痛时,也应慎重选择手术治疗。
  高血压、糖尿病及骨质疏松不是老年髋部骨折患者手术治疗的禁忌症。
  老年髋部骨折患者伴随疾病手术风险预测模型
  根据老年髋部骨折住院患者的伴随疾病建立了手术风险预测模型。研究方法:数据来源于原北京市卫生局医疗卫生信息管理系统的住院病案首页数据。在14577例老年髋部骨折住院患者中,随机选择约80%的患者(11637例)用于建立Logistic回归模型及确定各变量值的β系数。约有20%患者(2940例)用于验证模型并计算本模型的预测错判率,将各模型中确定的各自变量及其β系数代入Logistic回归模型,得到各模型的Y预测值。若Y预测值≥ 0,T1=1,表示非手术;若Y预测值<0,T1=0,表示手术。结合患者实际是否手术(T0),计算错判率。错判率=(Σ|T0-T1|/2940)×100%,T0代表该患者实际是否手术,T1代表根据模型预测该患者是否手术。精确率=(1-错判率)。模型中代入的主要伴随疾病越少,错判率越小,精确率越高,表示该模型预测效能越好。
  本研究建立的3个Logistic回归模型,其中模型3代入的主要伴随疾病少,错判率小,精确率高;其中模型3预测效能好。模型3为Y3=-2.039+0.147×X年龄分组dum1+0.267×X年龄分组dum2+0.707×X年龄分组dum3+0.190×X并发症数目+0.542×X肺部感染+0.606×X脑梗死+0.501×X慢性阻塞性肺疾病(慢性支气管炎肺气肿)+0.318×X泌尿道感染+0.538×X慢性肾功能不全+0.991×X褥疮+1.041×X不稳定性心绞痛。研究结论提示,老年髋部骨折患者,年龄越大,伴随疾病数目越多,伴随有肺部感染、脑梗死、慢性肾功能不全、褥疮及不稳定心绞痛,将增加手术风险。
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