软骨损伤及修复

软骨损伤是目前常见的疾病 ,应用组织工程的方法来进行软骨的修复研究是目前科学家正在努力的一个方向。

　　软骨不易修复的原因是由于软骨的代谢活跃而修复能力有限 ,没有血管的供应 ,在损伤之后不能形成纤维凝块 ,没有炎性细胞迁移进入 ,也没有血管未分化细胞进入损伤的部位 ,所以不易进行修复。第二个原因是软骨本身在损伤部位缺乏未分化的细胞 ,软骨细胞是一个高分化的细胞 ,损伤之后不能够迁移生长到损伤的软骨之中 ,而随着年龄的增长 ,软骨细胞的分裂能力是降低的 ,同时产生细胞基质的能力也是降低的。

　　软骨损伤可以分为三类 :一、软骨浅层的损伤 ,是指损伤在软骨浅层范围不超过 10%～ 1 5%,在损伤早期肉眼无法看见 ,只能在电镜下看见一些绒毛 ,之后是粗糙 ,纵行裂隙加深 ,最后形成软骨表层的损伤 ,软骨表层形成绒毛样改变。如果损伤进一步改变 ,就会造成软骨碎片的剥脱 ,暴露的软骨下骨出现硬化 ,而这种浅层损伤的退变一般不超过潮线。这类损伤是不能够自行修复的。如果成熟软骨损伤是纵行撕裂 ,并只是纵行损伤部位细胞的死亡 ,但其与切线位和平行裂伤是不同的 ,纵行损伤的软骨长期不产生退变。二、软骨对钝性损伤的反应关节软骨可以接受单次或多次中度和重度冲击 ,多次的低阈值的反复损伤可以造成软骨的损坏 ,软骨细胞死亡 ,基质裂开 ,软骨下骨发生增厚 ,由于潮线增多造成软骨受力的改变 ,软骨下骨发生硬化 ,软骨变薄 ,在软骨应力及应变方面的改变从而导致骨关节炎。三、软骨及软骨下骨同时损伤与软骨损伤合并有软骨下骨损伤的修复有很大的不同。软骨下骨的损伤有血凝块和炎性细胞的长入 ,产生生长因子 ,同时有毛细血管未分化细胞的迁移 ,形成基质而形成新生骨或纤维组织或软骨加基质。而软骨的损伤部位 ,由于生长因子刺激未分化的间质细胞 ,形成圆形未分化类软骨细胞 ,并产生含有Ⅱ型胶元的基质。在损伤区有大量的类透明软骨组织并不蜕变而改造成类似软骨组织。

　　以上这些改变启示我们 ,同样修复细胞在不同的环境下可以有不同的分化 ,同时提示软骨损伤区的损伤软骨有潜在的恢复能力。

　　要想恢复正常软骨的功能必须注意到正常软骨生物力学功能的变化 ,正常软骨的生物力学是一个粘弹浮悬机制 ,它本身有抗张力和应力的作用 ,由于软骨修复组织的功能不具有正常软骨的力学功能 ,粘弹性低 ,在关节的应力增加时 ,液压悬浮的功能减少 ,同时纤维组织的无序排列 ,失去网状结构 ,失去了组织中张力的限制 ,因此减低了耐磨性。所以在修复软骨组织的时候 ,特别在组织工程软骨修复的时候 ,我们不只应注意细胞的来源和生长因子的来源 ,同时要注意其支架是否合理 ,产生的修复软骨的结构是否符合力学的原理。

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中国工程院院士卢世璧教授提出软骨损伤发生骨关节炎的机制分为三个阶段。

　　卢世璧院士说 ,软骨损伤后发生骨关节炎的第一个阶段是软骨损伤后软骨基质大分子网架结构破坏或分子改变。在这一阶段 ,Ⅱ型胶原保持正常形态 ,大、小分子胶原酶的关系发生改变 ,软骨组织中水分增加 ,蛋白多糖单体肿胀 ,造成蛋白多糖减少 ,浓度下降 ,致使软骨硬度下降 ,软骨受损。

　　第二阶段 ,由于损伤造成软骨组织渗透压、ＰＧ浓度、应力、介质发生改变 ,使软骨细胞起了激活反应。在这一阶段 ,代谢细胞因子起了重要刺激作用 ,表现为胶原基质增多和软骨细胞增殖。此外 ,ＮＯ对软骨细胞也产生作用 ,导致产生ＩＬ - 1,而ＩＬ - 1能产生金属蛋白酶 ,降解基质大分子。Ｆｉｂｒｏｎｅｃｔｉｎ破碎片等也促使产生ＩＬ - 1,释放Ｐｒｏｔｅａｓｅｓ(蛋白酶 )。酶的作用是清除损伤及正常的基质 ,释放细胞因子。另一方面 ,Ⅸ型和Ⅺ胶原退变使Ⅱ型胶原网松弛 ,水分增加 ,蛋白多糖退化使剩余胶原网及软骨细胞承受更大应力。

　　第三阶段 ,软骨细胞恢复反应能力下降 ,导致细胞死亡 ,基质减少。表现为软骨细胞对细胞因子的反应下降 ,连续软骨丢失因而导致临床出现骨关节炎症状。

　　卢世璧院士指出这三个阶段老年人相对发展更快。他还指出软骨细胞恢复可持续很长时间 (以年计算 ) ,治疗干预可有利于修复。