新鲜同种异体软骨移植治疗膝关节疾病
新鲜同种异体软骨（fresh osteochondral allograft,OCA）移植目前被广泛应用于膝关节软骨或骨软骨损伤患者的治疗中。基础医学和临床研究目前的证据支持该手术操作的安全性和有效性。将成熟的透明软骨细胞移植入受损伤的区域可以治疗软骨缺损。OCA在膝关节内移植的主要指征包括：膝关节软骨或骨软骨缺损，早先软骨骨移植术后失败的挽救。
同时，该方法可应用于骨坏死，骨折不愈合，创伤后骨关节炎。OCA移植的挑战包括：异体骨存储，大小匹配，组织适用性，软骨细胞活性，移植后宿主的免疫反应，手术技术等。未来的研究需集中于软骨生存力，愈合方面，同时需对现有的手术技术和手术适应症进行进一步的改进。
新鲜OCA移植指将大小匹配的异体软骨移植进入膝关节软骨或骨软骨缺损区域。除了重建骨缺损，OCA还可以移植将成熟透明软骨基质内的可成活软骨细胞进行移植。除膝关节软骨移植外，OCA还被用于肩关节及踝关节内的软骨移植。
基础医学和临床研究表明，OCA在处置巨大软骨或骨软骨缺损，局部骨坏死，创伤后骨关节炎等疾病中具有较好的安全性和有效性。OCA移植在治疗范围较广、较深的软骨或骨软骨缺损时可以提供比关节软骨修复技术更为满意的临床治疗效果。清创，微骨折，自体骨软骨移植（osteochondral autograft transplantation,OAT）在治疗缺损大于2平方厘米软骨或骨软骨缺损病灶时疗效较差或者可操作性较差。
阶段性软骨修复技术目前仍是治疗大块软骨缺损的一个方法，但因多次手术操作可能带来的各种问题目前并没有得到很好的解决。OCA移植是目前新发展的一项技术，其单次手术操作即可完成软骨缺损修复是较分阶段软骨移植最重要的一个进步。
为了防止软骨移植失败，手术医生应当对软骨移植过程中和移植后移植部位局部的病理学变化非常熟悉。目前OCA是细胞软骨修复移植失败，或者早期OCA失败，或大片软骨或骨软骨缺损，或大片剥脱性骨软骨炎等疾病可供选择、有效的唯一一个生物学治疗方案。因OCA适用范围较广，其适应症已经得到极大的扩展。
软骨移植的手术目的是恢复关节内软骨的分布，缓解症状，改善功能，并减少远期膝关节镜治疗的可能性。
流行病学
软骨病灶在年轻，活动度较多的人群膝关节中较为多见（年龄26-47岁）。这些软骨缺损病灶自愈的可能性极低。在多个大型的临床研究中发现，在行膝关节镜检查时，软骨病灶的发生率在60-66%；而在一项对1000例膝关节进行研究中发现，11%的膝关节有局限性，全层软骨缺损病灶，而符合手术软骨修复指征。
在年轻，活动较多的患者人群中，创伤性或发育性病因占据软骨缺损的较大比例。研究发现，高级别的软骨缺损约占所有膝关节关节镜手术治疗患者的5-20%；其中4-5%的患者年龄小于40岁。类似病灶发现时往往主诉运动时膝关节疼痛，肿胀。50%的患者软骨缺损病灶和创伤相关。
在年轻患者中，大的，症状性的软骨或骨软骨缺损病灶对日常生活的影响极大，包括不能剧烈运动，日常活动时有疼痛。在这一患者人群中，关节镜对缓解患者的症状意义不大，后期患者存在极大的可能需要进行关节置换以改善症状。
基础科学
异体骨获取，加工，储存
组织可用性和移植软骨的保存等限制了新鲜OCA在北美的广泛应用。在1998年前，仅两所研究所有获取，加工和储存软骨细胞的成套设备。在90年代末，美国组织银行联合会（tissue bank）在美国FDA的监督下建立了完整的软骨获取，加工，储存流程，使得OCA在临床商业化应用成为可能。异体组织应当在软骨组织完整的健康供体死亡后24小时内获取。
软骨的生存能力和临床OCA移植成活率显著相关。若软骨细胞在体外存储时仍能保持活力，那么在细胞外基质和移植入受体部位时其细胞也可保持活力。
Gross等人在一项活体研究中发现，OCA存活的时间和移植体内软骨细胞活性，细胞外基质完整性，和宿主细胞整合能力等相关。软骨细胞的活性对关节表面软骨细胞移植后细胞长期的生存预后也非常重要。多个研究发现，移植后，软骨细胞的活性可以得到很好的保持。OCA翻修术的研究中发现，原先供体的软骨细胞在移植较多年后仍可持续存活。
OCA的储存方法（冷冻，冷藏，新鲜）对软骨细胞活性，免疫遗传性，可移植的时间等影响不同。随着储存时间的延长，软骨及软骨基质的生物力学和生物化学组成逐渐变差，最终可导致软骨的活性下降。在动物模型中，软骨细胞的平均活性水平随着储存时间的延长而相应的下降，储存60天时，其细胞活性可有第1天的100%下降为51.6%。
在目前已知的存储手段中，新鲜OCA有最好的软骨细胞活性。新鲜OCA储存在4摄氏度时，软骨活性在储存后14天开始下降，而其生物力学活性也开始逐渐恶化。从获取软骨细胞到软骨细胞移植的最佳期限为28天，保存于4摄氏度下的软骨在此周期内进行移植，软骨细胞活性可保存70%以上。
Pallante等人发现，新鲜的软骨存储于37摄氏度下28天，其软骨细胞活性比储存于4摄氏度时要高。作者报道，储存于37摄氏度下超过28天，在软骨块表面的细胞活性约有80%，而在稍深层次的细胞活性为70%，而最深层的细胞活性为65%，和新鲜的软骨细胞相比，细胞活性轻度下降（100%，95%，85%）。近期发表的一些研究则证实了上述研究结论，提示生理状况的储存温度可改善OCA细胞活性。
上述发现，使得获取的软骨块在保持足够细胞活性基础上可以储存较长时间。较长时间有利于供体相关疾病筛查，并为供体和受体软骨细胞进行血清学和免疫学配对提供充足时间，上述检测配对时间往往超过14天。
免疫反应
Langer研究提示完整的关节软骨不会诱发人体的免疫反应。对人体内获取的早期移植异体骨组织进行研究发现，患者对异体OCA免疫耐受，即使白细胞抗原或血型不匹配也没有免疫排斥反应。完整的透明软骨细胞外基质可以将软骨细胞包绕、隐藏，从而产生免疫豁免效应。软骨下骨和骨髓成分可以诱导极强的免疫反应，而随着骨折块面积的增加，系统免疫反应的强度也在逐渐增加。
临床评估
病史和体检
对怀疑软骨损伤的患者询问病史时应当聚焦于症状部位，持续时间，起病原因（股胫关节面 Vs 髌股关节面，急性 vs 慢性，创伤性 vs 内源性），膝关节肿胀是否肿胀，症状，是否存在膝关节的不稳定。局灶性的软骨缺损所带来的影响可能并不比关节炎和前交叉韧带轻，在某些患者中可以导致生活质量急速下降。
创伤性的软骨缺损通常见于运动较多的人群或者是高能量损伤后。剥脱性骨软骨炎通常没有明显的外伤病史，主要发生在骨骼发育未成熟的人群中，临床表现常为内源性疼痛和膝关节肿胀。
大部分的骨软骨缺损没有明显的临床症状，但对某些特殊部位的骨软骨缺损，存在特定的临床症状和体征。对有软骨损伤的患者，需特备警惕是否合并有其他的临床疾病，如韧带不稳，半月板损伤，恶性肿瘤等。在给予患者非手术或手术治疗前，需详细询问软骨缺损部位既往手术情况，并对患者骨坏死危险因素，OCA禁忌症等进行评估。
体格检查需特别关注患者的膝关节轴线和步态。需检测患者的膝关节肌力，并评估患者关节腔内是否存在渗出，触痛，韧带不稳等。若检查发现患者膝关节力量显著缺失，则在手术治疗前需对股四头肌进行力量锻炼。合并有其他病理情况，如韧带不稳定，肢体排列异常，半月板缺损等在体检时应当标明，并进行对应的影像学检查进一步明确。
影像学检查
影像学评估膝关节软骨或骨软骨病灶时，需包括双侧负重前后位片，屈曲后前位片，侧位片，Merchant位片。完整的下肢轴位片对诊断膝关节内翻或外翻排列非常重要。
组织银行依据临床医生提供的膝关节前后位X片上缺损的大小来提供软骨块（图1）。通常依据患者受累及的股骨髁作为一个测量尺寸的参照物，但需要注意的是，以股骨髁作为参照物时并没有将合并其他关节病变的情况考虑在内，例如，合并有剥脱性骨软骨炎的患者的股骨髁可能比正常的人群要宽和扁，此时若进行软骨移植时需要较常规测量更大的软骨供体面。与此类似，胫骨平台宽度的测量从内侧至外侧骨皮质。
图1：术前双侧膝关节负重位X片，高密度白影为大小比对器。黑色箭头所示右侧股骨内侧髁巨大剥脱性骨软骨炎病灶。
病灶面积测量可以通过磁共振进行测量，并同时评估需要何种植骨。但是，有学者认为，通过MRI测量软骨缺损大小可能会低估软骨实际缺损的面积。在一项38例软骨缺损手术治疗的患者研究中发现，术中探查得出的软骨缺损面积大小较MRI检查上测量出的软骨面积大小要大60%以上。
其他高级影像学检测手段在评估骨软骨缺损病灶大小时也非常有用。如软骨特异性MRI检测序列允许对软骨缺损的大小，部位，累及的层次结构，软骨下水肿，是否合并韧带损伤等进行准确的检测（图2）。CT在评估髌股关节面发育不良，骨质发育不良累及范围，OCD患者的骨质量等方面有重要作用。此外，骨显像可以评估既往有过关节半月板切除术患者的间室内符合情况。
图2：膝关节MRI冠状位T2像，黑色箭头示股骨内侧髁巨大的软骨缺损，并伴有软骨下水肿。
患者选择
和其他膝关节软骨手术类似，OCA移植的适应症是：有反复、持续膝关节症状，保守治疗放方法无效，年轻，活动度较多的患者。大部分患者手术治疗的目的在于改善整体的生活质量，在日程活动中不出现明显的疼痛。在年轻的运动员人群中，治疗的目标是恢复高水平运动。
一项对43例软骨缺损行新鲜OCA治疗的患者调查研究发现，34例患者最终可以恢复损伤前的运动水平。患者自身因素，如年龄，性别，体重指数，身体素质，情感状态等均是软骨移植术后成败重要的影响因素，在选择手术患者时需要充分的权衡上述因素影响。
研究表明，年龄小于25岁，症状持续时间小于1年的年轻运动员在OCA移植术后功能预后更好，返回运动场的概率更高。与此类似，创伤后或者剥脱性骨软骨炎的年轻患者（<25岁）性OCA移植后可以获得更好的运动能力。慢性、局灶性软骨缺损而年龄较大的患者其对功能的需求或预期较低，此类患者治疗的目标是降低日常活动时的疼痛。
软骨缺损病灶的处置
在软骨损伤治疗策略中，OCA移植是处置特发性或者创伤局灶性软骨缺损的一个选择方案。其他的方法包括：手术清创，微骨折，OAT（自体骨软骨移植），ACI（自体软骨细胞移植）等。目前并没有研究证明清创或微骨折在治疗内源性或创伤性软骨缺损病灶中长期的疗效。
一项纳入11例研究的meta分析发现，随着时间的发展，微骨折治疗软骨缺损的疗效逐渐恶化，若软骨缺损大于2平方厘米，疗效恶化更明显。尽管目前有文献报道，对小的软骨缺损病灶（<2平方厘米）使用OAT方法治疗的疗效好于微骨折，但对软骨病灶大于2平方厘米的患者该方法并不适用，因自体软骨供体部位破坏过多容易出现临床症状。
细胞学技术，如ACI等是目前治疗大型软骨缺损的一个方法。但是，一旦软骨缺损病灶累及软骨下骨板，或者软骨下存在严重的水肿时，该手术方法并不是最佳选择。OCA移植在治疗类似病例时较ACI有更多的优势：因OCA移植是一此即可完成的移植手术，其移植入人体的是成熟的，有活力的透明软骨；而ACI是一个二阶段手术，移植入人体的基质是透明样软骨，并非真正的软骨。此外，OCA是目前膝关节ACI手术或者初次OCA手术失败后唯一的一个补救措施。
OCA移植的适合软骨或软骨下骨缺损大于2平方厘米而要求行挽救手术治疗的患者。其适应症的确立需结合患者诊断，软骨下水肿，病灶特征，包括部位（股骨髁，胫骨，髌股关节），大小（2-10平方厘米），深度（是否累及软骨下骨板）。诊断性膝关节镜可以用于确定病灶特征，并指导复杂病例的手术步骤，如是否需要分期手术等。
OCA移植也可由于治疗局部的骨坏死。股骨髁或者后髁的大片坏死病灶（5-10平方厘米）并不是手术治疗的禁忌症，可以通过特殊的软骨移植技术进行软骨移植。近些年OCA移植技术有了极大的进展，因此其治疗骨坏死的适应症已经有所扩展：包括股骨半髁的表面或者整髁移植。
通常，治疗髌股关节面软骨缺损时使用肢体软骨移植临床效果较差。ACI或者其他细胞技术在这类患者中的应用较为成功，特别是well-shouldered的病灶。但是，对ACI治疗失败的病例，则需考虑使用OCA移植；对髌股关节面软骨或骨软骨缺损面积较大，需要完整软骨修复的患者，则只能行OCA移植。
目前临床上关于胫骨软骨病灶缺损使用OCA移植的文献报道较少。较小的胫骨软骨面缺损病灶可以不治疗，或者通过清创，微骨折，逆行性的OAT或者ACI等细胞技术进行治疗。而对胫骨平台软骨缺损病灶较大或者早先治疗手段失败的患者，OCA移植可以作为一个治疗选择。
OCA移植手术技术
OCA移植技术的选择取决于软骨缺损的大小和位置。手术切口通常选择中间入路，依据软骨缺损病灶的部位选择从内侧或外侧切开关节腔。切开关节腔需要注意不要损伤健康的软骨组织。
对小的或者单独的缺损病灶，可以选择保留股四头肌的小关节切开术。若软骨缺损部位可以很好的暴露，则可以使用软骨塞技术进行移植（solitary plug）。软骨塞的直径需和缺损部位的大小匹配，完整覆盖缺损的软骨区域，并能和周围的宿主骨和软骨面进行整合固定（图3）。
图3：OCA移植软骨塞（plug）技术。A，矢状位MRI T2相提示内侧股骨髁髁间巨大的缺损；B，C，D图示钻孔术前，术中，术后，使用和病灶疾病基本接近的钻孔器钻孔，深度6-8mm，钻孔时注意大量冲洗；E，从供体骨上获取的和病灶部位基本接近的软骨塞；F，软骨块填塞进入病灶内。
对大的或者多个病灶，需要行完整的关节切开术。对整个损伤区域进行完整暴露对确保损伤软骨全部得到移植，并保证移植软骨块周围并不存在损伤软骨非常重要。对大的或者多个软骨缺损进行OCA移植时宜使用snowman技术。该技术允许软骨移植覆盖的面积更大，特别是软骨缺损病灶的长度远大于宽度时（图4）。应用此技术时需要特别注意避免在移植的软骨块间存在较大的空间，若空间较大，则容易形成纤维软骨增生，在移植软骨块间出现不均匀的鹅卵石表面，从而影响临床预后。
图4：OCA移植snowman技术。A，术中照片示股骨内侧髁大片软骨损伤病灶，外侧髁后方孤立的小片软骨损伤病灶；B，股骨内侧髁病灶，第一个OCA塞放置方式和单独病灶类似，在进行第二个区域的病灶钻孔前先使用克氏针临时固定第一个OCA塞，第二个病灶孔钻好后植入软骨块，要求覆盖第一个软骨塞下缘；C，股骨外侧髁病灶移植后的整体图像。
对不对称的病灶或者病灶位置较难暴露的病例，可以考虑使用shell技术（图5）。
图5：OCA移植shell技术。A，图左侧，可见髌骨上有一软骨缺损病灶，面积较大，右侧为供体髌骨；B，髌骨软骨OCA移植术后片。将受体髌骨表面所有的软骨及软骨下骨全部切除，并使用供体的髌骨软骨进行匹配，塑性等；C，术后侧位X片，OCA骨块使用螺钉固定。
小片自体软骨移植技术适用于胫骨平台创伤后多处软骨损伤合并有半月板功能障碍的病例（图6）。
图6：胫骨半月板异体移植。A，术前标准膝关节正侧位X片示外侧间室单发的创伤后关节炎；B，冠状位T1相MRI提示膝关节外侧平台骨折后畸形愈合，胫骨软骨丢失，外侧半月板缺损，但股骨外侧髁完整；C，膝关节术中X片，课件胫骨面半月板损伤，行完整切除；D，植入OCA+半月板，并使用螺钉固定；E，术中透视X片；F，术中图像。
目前软骨移植时采用的彻底清洗，减少移植部位软骨下骨的宽度（6-8mm）来减少术后宿主的免疫反应。因异体骨移植通过爬行方式愈合，因此，减少骨移植的大小可以使患者获益。减少移植骨块的大小可以减少置换的手术时间，并允许骨块快速的和宿主骨进行整合。在获取软骨时对软骨块进行大量的冲洗可以避免供体骨部位的热损伤。软骨细胞损伤和后续的死亡通常发生于植骨块打压的过程中，因此在植骨打压过程中需尽可能的减少打压力量。
在大部分病例中，植骨打压的目的是获得良好的匹配，软骨植入时的独立软骨块可使用生物可吸收螺钉或者软骨铆钉钉进行固定；对非单个的软骨植骨块，可以考虑使用低切迹的骨折块间螺钉或者微型骨折钢板进行固定。
合并损伤的处理
和其他的软骨修复技术一样，OCA移植手术要取得成功需明确是否存在合并损伤，若存在则需对损伤进行处理。合并损伤可以和软骨移植同时进行，也可以分期进行。下肢轴线不良可以在临床体检中发现，并通过负重位影像片进行确认。若患者下肢轴线位置经过软骨缺损区域，则需在术前对轴线对位不良进行截骨校正。经校正后的下肢轴线可以减少植骨块部位的应力，从而提高软骨生存率。
Comoll等人对软骨修复后高位胫骨截骨术进行了描述。作者推荐胫骨高位截骨的指征是下肢轴线内翻或外翻达到3度。通常，开放的楔形高位胫骨截骨术可以纠正内翻畸形，开放远端股骨外侧楔形截骨可以纠正外翻畸形。在髌股软骨关节疾病中，胫骨结节截骨术可以将关节负重区域由原有的软骨区域转移至其他健康区域。
韧带损伤可以通过体检发现，并通过MRI检查确认。恢复膝关节旋转及横向的稳定性对软骨移植的成功非常重要，因不均匀的膝关节内剪切力可导致OCA远期的损伤。同时或者分期韧带修复包括前后交叉韧带重建，后内侧或后外侧角修复等。在髌骨不稳的病例中，可以考虑行内侧髌股韧带修复或重建。
膝关节半月板暴力吸收，负荷分布，预防膝关节退变性骨关节炎中有着非常重要的重要。OCA移植对膝关节半月存在损伤或缺陷的病例并不适用。若患者既往有过失败的半月板部分切除病史时，手术医生应当高度怀疑患者半月板存在缺陷。MRI或者诊断性的膝关节镜检查可以确诊半月板疾病。
外周半月板撕裂后经过成功的半月板修复后可以重建半月板的功能至接近正常状态。若患者有半月板缺陷，半月板异体移植是更合适的治疗方法；较多研究发现，半月板存在缺陷的患者，OCA移植联合异体半月板移植可以明显改善OCA植骨块的成活率。
术后康复锻炼
OCA移植术后的康复锻炼策略和其他软骨移植术类似。锻炼早期（0-6周）的主要目标是植骨块保护。不同软骨移植病灶的负重要求不同，但最基本的目标是避免移植骨块区域的压力或剪切力。
目前软骨移植术后的支具使用尚没有明确统一的意见。但是，很多学者推荐在术后使用支具。通常，对髌股病灶移植术后的患者，允许支具固定膝关节于伸直位时进行负重锻炼。但也有作者推荐，对髌骨或者滑车部位病灶移植术后4-6周内膝关节屈曲幅度应小于45度。对股骨或者胫骨平台病灶，在影像学证明植骨块整合入宿主骨前仅允许指尖负重（toe touch weight bearing）。鼓励患者在CPM机器辅助下早期无负重渐进性膝关节运动度锻炼。若患者存在合并的损伤，则对负重和关节运动度锻炼策略进行调整。
术后康复的第二阶段（6-12周）目标是恢复日常活动的功能。通常，可以充分控制自己股四头肌肉功能，进行伸直抬高的患者，在此阶段内无需支具辅助。有些学者推荐在使用非负重性功能支具至术后4月，这个建议对双侧软骨病灶移植的患者可能有用。在此阶段，患者可以锻炼膝关节运动度至最大值，并练习正常步态，close chain exercise。
锻炼的最后阶段为术后3个月后，其目标和患者的需求相关。若患者仅要求日常生活中无疼痛，那么此时可以逐渐过渡到家庭内锻炼，并逐渐恢复工作。若患者是运动员，则要求在此时加强力量等各个方面的训练。运动员在锻炼时需要注意避免那些对移植软骨部位有极大冲击的动作。如果可能，则在术后6-12月内应避免高负荷的运动。在恢复高强度运动前需确保膝关节的关节运动度，韧带稳定性良好，关节内无渗出，膝关节肌力状态良好。
结果
文献报道OCA移植治疗特发、局灶性软骨或骨软骨缺损疗效较好。表1示近期膝关节OCA移植治疗的研究结果。通过对这些研究结果的解读我们发现，大部分研究病例均为小样本，缺乏证据水平I的证据。尽管因样本数量较小而存在研究局限性，但大部分文献报道软骨移植骨块的生存率5年时为84.5%-100%，10年时为71%-89%，15年时为74%-76%，20年时为66%左右。
表1：OCA移植术后功能预后比较
研究证明，OCA移植治疗剥脱性骨软骨炎或者是激素相关的骨坏死也有较好的临床效果，文献报道其5年生存率在79-94%之间。但对双侧，大（>10平方厘米），慢性病灶，年龄较大，膝关节轴线对位不良，医疗赔偿的患者效果较差。
目前有关于创伤后胫骨不愈合的病例行OCA移植的报道，治疗结果令人满意，5,10,15-20年的生存率分别为95%，71%-80%，65%-66%。有膝关节炎的患者中，治疗效果较差，有一项研究发现其植骨块的失败率达到48%。治疗髌股关节面的OCA移植效果仍不满意，一项研究报道认为其植骨块5年成活率仅为43%，而10年生存率为29%，另一项研究者报道平均8年随访时其存活率为75%。
目前关于运动员接受OCA移植治疗的研究报道较少。一项43例患者的研究发现，38例患者可恢复运动，而其中34例患者可以恢复至原先的运动水平。运动员年龄大于25岁，症状持续超过12月时恢复原先运动水平的可能性降低。
总结
新鲜OCA移植在治疗大块的软骨或骨软骨缺损时非常有效。该手术技术具有独特的技术优势：将成熟的，有活性的透明软骨移植进入受损区域促进软骨愈合。在复杂手术中，OCA移植重建骨储备。目前在软骨获取，加工，储存方面仍存在较多的技术难题，后期需要更多的基础研究攻克。移植患者的选择取决于病史，体检和影像学检查结果。
对合并有肢体轴线不良，韧带损伤，半月板损伤的患者，处理合并损伤对软骨植骨块预后非常重要。因其为单阶段手术，该手术技术在处置较大软骨缺损、OCD病灶或合并有较严重的软骨下水肿时较其他软骨移植手术更具优势。OCA移植同时也是目前细胞软骨修复失败后二期修复的唯一选择。
OCA移植的手术适应症已经扩展到局灶性的骨坏死，骨折不愈合，肿瘤切除后的关节重建，部分关节炎患者。依据病灶部位和大小不同，可以选择不同的手术技术，软骨塞是目前最为常用的手术技术。OCA移植术后的康复锻炼策略和其他软骨移植手术类似，同时需依据合并的损伤进行康复策略的调整。
OCA移植治疗软骨损伤的中-长期结果令人满意。临床效果较差的病例见于慢性，巨大，双侧病灶；髌股关节面病灶；年龄增大。OCA移植的挑战包括：异体骨存储，大小匹配，组织适用性，软骨细胞活性，移植后宿主的免疫反应，手术技术等。未来的研究需集中于软骨生存力，愈合方面，同时需对现有的手术技术和手术适应症进行进一步的改进。