我们把肩袖补片类型分成四类:肌腱补片,不可降解肩袖补片,细胞外基质肩袖补片,人工合成可降解型肩袖补片。其中,人工合成可降解型肩袖补片是新兴领域,而不是临床常用修复选择补片。
肌腱补片
肌腱补片可以用来降低肌腱和骨之间的张力,且有可能通过提供生长因子和为细胞生长提供支撑的附着点的方式,有助损伤生物修复。在一个急性鼠肩袖撕裂的模型中,使用肌腱补片进行修复,发现鼠自体细胞开始增殖并移入肌腱补片中,然而(目前不能证实)却不知道自体细胞是否能在退行性病变和无血管病变肩袖撕裂中仍保持活性。
肌腱补片可以来自同种异体来源也可以自体来源。有研究使用同种异体跟腱补片、髌腱补片、或股四头肌腱补片修复28例患者的巨大肩袖撕裂,尽管患者的术后功能有改善,但相对于病情相似仅行肩峰成形和关节清理的患者并无明显差异。此外,在使用同种异体肌腱补片患者中,有1例患者出现感染,1例患者术后出现严重的免疫排斥反应。
自体肌腱补片来源与患者自体,能够降低术后患者出现免疫排斥反应。有文献报道使用切除的肱二头肌长头腱修复肩袖撕裂的疗效,除用有降低肌腱和骨之间的张力,且有可能通过提供生长因子和为细胞生长提供支撑的附着点的功能外,此方法不需要在机体的其他部位手术取肌腱,其次大多数肩袖撕裂患者同时合并肱二头肌长头腱的损伤,很多需要切除处理,此手术重新利用了肱二头肌长头腱。通过回顾性研究对比使用切除肱二头肌长头腱和不使用切除的肱二头肌长头腱修补肩袖巨大撕裂疗效,术后12月,患者肩关节的疼痛、活动范围、临床结果无明显差异,而研究组的肩关节强度明显高于对照组,修复的失败率也明显低于对照组。研究通过取自体股骨转子粗隆阔筋膜作补片修补24例合肩袖巨大撕裂并冈下肌轻度脂肪退变患者疗效),并与不使用补片部分方式修复24例合肩袖巨大撕裂并冈下肌轻度脂肪退变患者对比,发现两者在术后较术前功能均有很大改善,术后肩袖再次撕裂的概率明显低于对照组。而未能恢复腱骨结合点的正常结构是使用肌腱补片修复的重要原因。但现有技术对于肌腱与腱骨附着点愈合暂无好的解决方式。最新的研究报道使用同种异体带骨肌腱修复犬类巨大肩袖撕裂,相对于直接清创缝合及使用人真皮补片修复,同种异体带骨肌腱补片术后有更好的完整性,同种异体骨完整的与宿主骨结合,很好融合的异体肌腱。
不可降解型肩袖补片
使用非降解支架增加肱骨的冈上肌肌腱与最常见的修复方式,它包含一个简单的手术通过不可吸收锚钉把肌腱固定于骨实质上的过程。这种方法,类似于疝修补术,这是种机械修复和永久修复,修复后肩袖能自我愈合。基于这种理念开发及设计的各种非降解肩袖补片,以强大的抗拉强度,良好的组织相容性和出色的处理性能为主要特点。
第一个非对照研究中报告使用聚酯类如聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)补片修复肩袖撕裂,,25例修复中23例显示良好的宽容和改善功能。通过组织学研究发现使用聚四氯乙烯补片研究,发现补片与骨、补片与肩袖之间紧密的长成一体,而且周围未发现炎症反应证据。
最新聚酯类补片植入修复肩袖撕裂研究表明,在86个月的回访中,41例患者显示出良好的耐受性、功能明显改改善和疼痛明显缓解,3个病人补片和肌腱之间出现再次撕裂。作者注意到新一代聚酯补片,术后短期内在抗拉强度高、低摩擦和优秀的组织相容性方面有明显提高。类似的结果也出现在其他研究及聚酯类补片植入的病例报告,16年的随访期间。有研究通过对比使用直接缝合、胶原补片、聚丙烯补片修复疗效,3年随访发现聚丙烯补片修复较其他两修复方式,在功能、力量、复发率方面占有明显优势。
其他非降解补片材料正在开发和测试,从材料方面看,如聚碳酸酯聚氨酯和聚四氟乙烯,报告很有前景。这些材料通常加工成泡沫,有连通孔隙刺激好组织的生长功能。有研究使用聚碳酸酯聚氨酯补片修复10例患者肩袖巨大撕裂,术后ASES评分、UCLA评分、CADL评分都有明显提高,且补片的耐用性良好。有报道通过对37位肩袖不可修复撕裂患者6个月的随访研究,发现使用膨体聚四氟乙烯补片修复肩袖巨大撕裂,临床疗效明显高于直接缝合修复。
非降解植入补片材料的主要问题是他们的长期完整性的缺失。曾有研究,碳纤维补片被誉为理想的肌腱和韧带修复材料,有良好的机械强度,这些材料,长期体内存留,出现结构完整性遭到破坏,迁移到其他组织,引起慢性炎症和异物反应,需要进行翻修手术。
非降解材料修复肩袖撕裂,增强的好处是相对短期内,但可能携带一个不必要的长期风险。然而,考虑到其他因素,比如年龄,大小、非降解肩袖补片仍是一部份患者当前最好的选择。目前仍需要更好的临床证据来了解非降解植入材料的长期安全性。
细胞外基质肩袖补片,即生物肩袖补片
研究表明,修补后肌腱老化和随后的修复失败与组织矩阵结构的变化、刺激细胞行为改变密切相关。基于这种理念,补片设计目的是内在细胞种群通过提供一个临时的矩阵结构胶原附着点。体外实验表明生物相容性好的细胞会植入到补片上,生物细胞自我完成撕裂组织的修复。此类补片设计需要提取自如猪小肠粘膜下层、猪真皮,和皮肤的细胞外基质结构。
体外实验表明,此类补片是优秀的人类肌腱细胞附着点及培养基,尤其是在缺乏化学交联。然而,动物实验时产生了困惑,,在一些案例研究中,安全性和有效性的报道相互矛盾。有时,这是由于不恰当或不一致的选择控制造成。在一项研究中,使用一种急性鼠肩袖撕裂模型中, 使用用猪小肠粘膜下层进行肩袖修复,发现实验组在修复生物力学方面优于未缝合修复、加强的对照组。后来研究在两大鼠模型中进行相同植入,一个“急性”,另一个“慢性”,只在“慢性”组发现有明显的疗效。然而,此次研究,仍无适当的控制。在犬模型使用黏膜下层材料来替代肌腱,结果显示补片内有新生的组织生长,补片重新塑形,集成植入肌肉和骨骼内。然而,在一个羊模型研究中,比较猪真皮补片和猪小肠粘膜下层补片的效果时,真皮补片在炎症血浆纤维蛋白原标志和和骨化程度方面显示出更为优越的性能。作者观察到的猪小肠粘膜下层补片退化速度比真皮快,9周内几乎完全吸收。有报道在非洲绿猴模型研究中,使用猪真皮补片修复冈上肌腱损伤,术后3、6月的组织学研究发现,补片重新塑造出类似肌腱的结构,补片内纤维细胞均匀分布,胶原纤维平行分布,大量血管长入到肌腱中,6月时血管减少到受体肌腱的正常水平。有研究使用人同种异体真皮补片修复肩袖巨大撕裂,对45位患者进行24―68月随访发现,患者术后均较术前有明显提高,患者的手术满意率高,极少患者需要二次手术。 另有报道通过随机对照实验对关节镜下人真皮补片修复人巨大肩袖撕裂的的安全性、有效性进行评价,试验组使用单排固定+肩袖补片修复,对照组使用单排固定修复,术后1-2年随访发现,试验组和对照组均较术前有明显提高,实验组术后评分明显优于对照组;实验组完整修复率85%,对照组仅为40%。
2007年使用富含血小板血浆的支架使羊胫骨缺陷模型完整愈合,16周后,机械强度、生物相容性、骨诱导性明显优于对照组。有研究报道富含血小板血浆可以干扰人类破骨细胞前体的完整分化。随后对富含血小板血浆对肌肉骨骼软组织损伤修复的研究展开。有研究通过队列研究对比修复肩袖撕裂使用血小板血浆和不使用的差别,并没有明确的数据表明血小板血浆能加速肩袖损伤的修复及临床症状的改善,然而,这项研究并不能够发现组织结构完整性的重要差异。研究发现使用血小板纤维基质构建的补片能降低肩袖再次撕裂发生的可能。研究发现使用血小板纤维基质构建的补片相对不使用补片治疗肩袖撕裂,在术后临床功能及组织结构完整性方面二者无明显差异。此外最新的询证医学证据,通过收集19个单中心实验研究,1088研究对象,进行META分析,发现缺乏足够的证据证明血小板疗法治疗肌肉骨骼软组织损伤的有效性。
细胞外基质补片缺点包括很差的缝合固定性能,以及很差的机械性能,已有研究报告其弹性及韧性远低于正常肌腱。在某些情况下,为克服这些缺点加用可降解聚合物纤维等加强固定。另一个问题是在某些细胞外基质补片中已确定有DNA和细胞内容物的痕迹存留,这可能引起不利的炎症反应和疾病的传播。此外,有报道一些细胞外基质补片与慢性炎症有关,虽然这是报道一只老鼠腹壁模型并不是一个关节模型。
最近的一项临床试验显示结果,源于猪真皮的细胞外基质补片及人真皮补片细胞外基质补片临床效果有不少提高。通过前瞻性随机研究使用人真皮补片修复22例肩袖巨大撕裂患者,相对于20例直接清创缝合患者,肩袖完整修复比例更高,且未发生人真皮补片不良事件。然而,这些植入物的功效仍然被质疑。一个临床研究表明使用猪小肠粘膜下层肩袖补片修复巨大肩袖撕裂临床疗效十分差,结果有91%复发率。这个结果被其他研究进一步证实,采用猪小肠粘膜下层补片加固组相对非加固组疗效同样差。而修复失败是归因于猪小肠粘膜下层补片的迅速吸收和修复撕裂后提供的机械支撑不足。
这些证据支持或反对猪源性细胞外基质肩袖补片疗效,因此其安全性和有效性仍然很难确定。对人源性细胞外基质肩袖补片是另一个探究的方向。
人工合成可降解型肩袖补片
为了克服细胞外基质肩袖补片相关的成本和安全问题,而且能达到细胞修复,开始出现人工合成、仿生和可降解肩袖补片。这种补片设计基于一种理念,为自我修复提供一个非永久性附着点,补片可在适当长时间内被吸收,又拥有良好的生物相容性,良好的机械性能和适宜的弹性。
可降解肩袖补片常用的可降解聚酯材料包括左旋聚乳酸共聚物,乳酸羟基乙酸共聚物,聚己内酯,聚丙二醇共聚物。此外,还有些研究建议使用简单,合成的可降解材料, 大多数强调制造模式化结构体的好处。
正常肌腱的胶原束沿肌腱长轴走向。由电纺的技术的应用,新颖的肩袖补片,可以创建和模仿与肌腱胶原纤维走向相同的补片,在某些情况下,纤维还可以从在肌腱骨结合处从对齐过渡到随机走向。许多结钩对齐的肩袖补片已被证明直接影响附着细胞排列走向以及影响矩阵结构蛋白的表达。
实际这些通过电纺技术制造的可降解肩袖补片的设计理念,还包括把生物有机体结合到生物合成补片中。这是通过各种策略,如添加干细胞植入补片中,制造时在里面添加基质蛋白胶原蛋白或将能随补片降解缓慢释放的生长因子植入到补片。旨在模仿腱骨结合部位物质含量的方法也已提出。因此,使用可降解肩袖补片生物修复肩袖撕裂是目前的一种趋势。
体外研究证实,通过电纺技术加工的乳酸羟基乙酸共聚物补片和聚丙二醇补片都表现出良好的细胞反应和生物相容性。进一步的研究也证明,对于相同材料,通过电纺技术加工比其他普通加工更能降低体内免疫反应。
合成可降解补片在动物模型的初步疗效测试中显示良好的结果。将未使用电纺技术的纤维聚补片入一个山羊模型中,术后前三周表现出明显的力量改善,尽管这不是统计学上说的有意义。通过电纺技术加工的聚己内酯补片植入大鼠模型8周后表现出良好的耐受性,具有良好的细胞渗透,一个随机对照实验表明,使用电纺技术加工左旋聚乳酸补片修复相对于非加固修复,明显提高杨氏模量。
然而,与这些好的研究结果相对,也有对这些聚合物的降解产物的担忧。高浓度的乳酸和羟基乙酸被发现对肌腱细胞和成骨细胞有毒,无毒浓度时会减少肌腱细胞增殖和使成骨细胞分化。因此,降解速率和酸性降解产物的积累对人工合成可降解补片的安全性十分重要。研究也表明,在体外实验中不同聚合物降解物的毒性不同,但降解产物有组织依赖性是十分清楚的,目前没有具体的数据说明可降解补片在肩关节或肩峰下滑囊怎样降解。因此,未来的研究应该致力于使补片植入体内能完全降解,确保产品的整个生命周期中释放酸性降解物仍在安全范围内。
电纺可降解补片的另一个问题是他们的机械性能,相对较低,,即使是对齐的结构也一样。即使使用多分子层方法,将机械性能结构更好的材料如针织乳酸羟基乙酸共聚物纤维或快速原型聚己内酯结构融合在补片中,以提高机械性能,仍不能未达到满意的程度。
电纺材料更深层次的问题是补片上毛孔间隙过小,阻止细胞进一步迁移到补片内,因此新生的组织结构并不与我们需要的完全一样。为了克服这个问题,最近已有多种方法被开发出来,其中包括使用盐或聚合物浸出和先进的收集系统.
关于这些补片的性能的临床证据需要进一步收集。有临床研究使用聚酯类可降解补片修复21例肩袖巨大撕裂,术后患者患肩的功能及活动范围均有明显提高,患者术后满意度90%,2例修复失败患者,一例术后1年补片断裂,一例术后出现感染。另有研究报道使用左旋聚乳酸补片修复18例巨大肩袖撕裂,术后肩关节功能评分均较术前有明显提高,术后12月修复成功率为83%,术后42月修复成功率为78%。目前,仍缺乏大样本的临床研究或随机对照研究的支持。
总结
近年来肩袖修复手术量的增加非常迅速,但尚不能保证很好的治愈率,需要改善患者的预后。修复历程从视觉上有的静态的修复,到机械修复,到生物活性补片修复,为机体细胞提供附着点达到自我愈合。目前没有一种方法能提供了令人满意的结果,也没有确凿的证据,说明修复失败的原因,比如的机械支持强度不足或由于感染、炎症等并发症。
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