陳榮 孫志波 李相偉 禹志宏 劉幸卉

創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎 ( posttraumatic osteoarthritis，PTOA )是關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后骨性關(guān)節(jié)炎 ( osteoarthritis，OA )，以軟骨破壞退變、軟骨下骨硬化、關(guān)節(jié)周圍骨質(zhì)增生為主要病理改變，臨床上以反復(fù)疼痛及關(guān)節(jié)功能障礙為主要表現(xiàn)。與老年性原發(fā)性 OA 不同的是 PTOA 有明顯關(guān)節(jié)外傷病史，以關(guān)節(jié)內(nèi)骨折、前交叉韌帶撕裂、半月板損傷為主，發(fā)病年齡以中青年居多 ( 18～44 歲 )，嚴重影響患者工作和生活質(zhì)量，且加重國家醫(yī)療負擔[1]。

近年來，雖然骨折復(fù)位固定技術(shù)不斷改進及加強對軟骨損傷的重視，但關(guān)節(jié)內(nèi)骨折導(dǎo)致 PTOA 的發(fā)病率依然高達 75% ( 脛骨遠端 )，脛骨平臺骨折為 23%～44%[2]。急性脛骨平臺骨折關(guān)節(jié)內(nèi)有明顯的炎癥反應(yīng)，與未受傷膝關(guān)節(jié)相比，白細胞介素-1β( interleukin-1β，IL-1β )、IL-6、IL-8、IL-10、白細胞介素-1 受體拮抗劑 ( interleukin-1 receptor antagonist，IL-1ra ) 和單核細胞趨化蛋白-1 ( monocyte chemotactic protein-1，MCP-1 ) 高表達[3]。OA 患者軟骨內(nèi) IL-1β、TNF-α 高表達，而 IL-1β 抑制蛋白聚糖及 II 型膠原蛋白的合成，促進軟骨退變[4-6]。手術(shù)治療是恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整及關(guān)節(jié)穩(wěn)定的關(guān)鍵，但術(shù)后關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥的變化情況及術(shù)后炎癥增高是否表明遠期創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的可能性較大尚無研究。

Punzi 等[7]在綜述中指出關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥在 PTOA 發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用，但如何預(yù)測或評估 PTOA風(fēng)險性尚無法確定。PTOA 有明確起始時間，即關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后當時損傷及關(guān)節(jié)內(nèi)微環(huán)境變化可能導(dǎo)致遠期 PTOA，若早期預(yù)測 PTOA 發(fā)生而進行相關(guān)性干預(yù)，可能降低 PTOA 發(fā)病率。因此本研究通過分析脛骨骨折不同時間點手術(shù)前后關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥變化，為減少關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥反應(yīng)提供手術(shù)時間依據(jù)，為創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的研究奠定基礎(chǔ)。

資料與方法

一、納入與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) X 線片或 CT 檢查為單側(cè)脛骨平臺骨折者；( 2 ) 行手術(shù)治療及關(guān)節(jié)腔穿刺者。

2. 排除標準：( 1 ) 嚴重類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病、骨結(jié)核、骨腫瘤者；( 2 ) 年齡＞65 歲者；( 3 ) 術(shù)后 4 天白細胞計數(shù)異常者；( 4 ) 膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，定期使用非甾體類抗炎藥者；( 5 ) 開放性骨折，關(guān)節(jié)面粉碎嚴重難以恢復(fù)平整，繼發(fā)骨筋膜室綜合征者；( 6 ) 前后交叉韌帶損傷需重建手術(shù)，半葉板損傷需切除或二次手術(shù)，對側(cè)膝關(guān)節(jié)損傷者。

二、一般資料

本組 46 例，其中 2 例拒絕術(shù)后關(guān)節(jié)腔穿刺( Schatzker I、IV 型 )，1 例前交叉韌帶需二次重建 ( Schatzker VI 型 )，2 例術(shù)中行半葉板次全切( Schatzker II、V 型 )。共納入 41 例。A 組：36 例，受傷至手術(shù)時間平均 5.2 ( 3～7 ) 天，手術(shù)時間平均149.9 ( 90～219 ) min；B 組：5 例，受傷至手術(shù)時間平均 12.6 ( 12～14 ) 天，手術(shù)時間平均 198 ( 150～230 ) min。骨折按 Schatzker 分型：I 型 9 例，II 型7 例，III 型 6 例，IV 型 4 例，V 型 7 例，VI 型8 例；按受傷至手術(shù)時間不同分組，A 組：36 例，受傷至手術(shù)時間為 3～7 天，平均 5.2 天；B 組：5 例，受傷至手術(shù)時間為 12～14 天，平均 12.6 天。

三、治療方法

入院后完善相關(guān)檢查，術(shù)前準備充分后行手術(shù)治療。根據(jù)術(shù)前 X 線片、CT 等影像學(xué)資料評估關(guān)節(jié)骨折情況及骨折 Schatzker 分型，明確手術(shù)入路、鋼板放置位置及數(shù)量。關(guān)節(jié)囊切開前注射器抽吸關(guān)節(jié)腔內(nèi)積液，術(shù)中生理鹽水沖洗關(guān)節(jié)腔，術(shù)中 C 型臂透視下恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整，關(guān)節(jié)面塌陷需常規(guī)植入自體髂骨或人工異體骨壓實，Schatzker I～IV 型采用單鋼板，Schatzker V、VI 型采用雙鋼板固定，此外根據(jù)后柱骨折移位穩(wěn)定情況，進行相關(guān)固定。術(shù)后引流管 2 天拔除，術(shù)前 30 min 及手術(shù)時間超過 3 h常規(guī)使用抗生素，術(shù)后繼續(xù)使用 3 天，第 4 天關(guān)節(jié)穿刺抽取積液，患者平臥位，以髕骨內(nèi)上緣為穿刺點，助手協(xié)助擠壓膝關(guān)節(jié)，測量并記錄抽出的所有關(guān)節(jié)腔積液。

四、關(guān)節(jié)腔積液 ELISA 檢測

收集關(guān)節(jié)腔積液后立即離心 15 min，轉(zhuǎn)速為3000 rpm，收集上清液并分裝，于 -80 ℃ 保存。根據(jù) ELISA 檢測試劑盒 ( 沛瑜生物科技有限公司 ) 步驟檢測 IL-1β、TNF-α、IL-6、抗酒石酸性磷酸酶( tartrate-resistant acid phosphatase，TRAP ) 的表達情況。用 Excel 表作標準曲線，以吸光值作為縱坐標，以濃度作為橫坐標。根據(jù)樣品的吸光值在坐標上找出對應(yīng)的濃度。實驗重復(fù) 3 次，取均值。

五、統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

一、手術(shù)前后 X 線片及關(guān)節(jié)腔積液量

術(shù)前總共 46 例入選，A 組 2 例拒絕術(shù)后關(guān)節(jié)腔穿刺 ( Schatzker I、IV 型 )，B 組 1 例前交叉韌帶需二次重建 ( Schatzker VI 型 )，B 組 2 例術(shù)中行半葉板次全切 ( Schatzker II、V 型 )。A 組：36 例，受傷至手術(shù)時間 3～7 天，平均 5.2 天，手術(shù)時間 90～219 min，平均 149.9 min；B 組：5 例，受傷至手術(shù)時間 12～14 天，平均 12.6 天，手術(shù)時間 150～230 min，平均 198 min。術(shù)前 X 線片見 Schatzker III及 IV 型骨折移位較輕，而 Schatzker II 及 VI 型較嚴重。術(shù)后 2 天，白細胞計數(shù)＞10×109/ L 有 11 例( Schatzker VI 型 4 例，Schatzker II、IV 型各 3 例，Schatzker V 型 1 例 ) ，術(shù)后 4 天白細胞恢復(fù)正常，所有患者均無傷口感染。術(shù)前關(guān)節(jié)腔積液粘稠度高，呈暗紅色，術(shù)后大多數(shù)為紅色水樣積液，個別為暗紅色，粘稠度低，A 組術(shù)后關(guān)節(jié)腔積液量為 4～16 ml，平均 8.33 ml；B 組為 5～15 ml，平均 8.4 ml( 圖 1～6 )。

圖 1 患者，女，43 歲，車禍致右側(cè)脛骨平臺 Schatzker I 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片圖 2 患者，男，40 歲，1 m 高處摔傷致右側(cè)脛骨平臺 Schatzker II 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片F(xiàn)ig.1 Female, 43-year-old, Schatzker I fracture of the right tibial plateau caused by a traffic accident. a: Pre-operative X-ray film; b: Post-operative X-ray filmFig.2 Male, 40-year-old, Schatzker II fracture of the right tibial plateau caused by a high fall of 1m a: Pre-operative X-ray film; b: Post-operative X-ray film

二、手術(shù)前不同 Schatzker 分型骨折關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β、TNF-α、TRAP、IL-6 的表達情況

Schatzker III 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β 表達較其它 4 型都低 (P＝0.001，P＝0.000，P＝0.001，P＝0.000 )，與 Schatzker IV 型脛骨平臺骨折中比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.607 )；IL-1β 在 Schatzker II 及VI 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中的表達高于 Schatzker III 及IV 型，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.001，P＝0.003 )。Schatzker III 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中 TRAP 的表達較其它 4 型都低 (P＝0.003，P＝0.042，P＝0.017，P＝0.032 )，與 Schatzker IV 型骨折相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.173 )。Schatzker III 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中 IL-6 的表達較其它 5 型都低 (P＝0.000，P＝0.000，P＝0.001，P＝0.000，P＝0.000 )；IL-6 在 Schatzker II 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中的表達高于 Schatzker I、III、IV 及 V 型，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.008，P＝0.000，P＝0.038，P＝0.015 )；IL-6 在 Schatzker VI 型骨折關(guān)節(jié)腔積液中的表達高于 Schatzker I、III 及 V 型，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.027，P＝0.000，P＝0.046 )。然而 TNF-α 在各分型中的表達，差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＝0.134 ) ( 圖 7 )。

圖 3 患者，男，39 歲，1 m 高處摔傷致右側(cè)脛骨平臺 Schatzker III 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片圖 4 患者，男，37 歲，車禍致左側(cè)脛骨平臺 Schatzker IV 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片圖 5 患者，女，45 歲，車禍致右側(cè)脛骨平臺 Schatzker V 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片圖 6 患者，男，42 歲，高處墜落致左側(cè)脛骨平臺 Schatzker VI 型骨折 a：術(shù)前正位 X 線片；b：術(shù)后正位 X 線片F(xiàn)ig.3 Male, 39-year-old, Schatzker III fracture of the right tibial plateau caused by a high fall of more than 1m while working a: Pre-operative X-ray film; b: Post-operative X-rayfilmFig.4 Male, 37-year-old, Schatzker IV fracture of the left tibial plateau caused by a traffic accident a: Pre-operative X-ray film; b: Post-operative X-ray filmFig.5 Female, 45-year-old, Schatzker V fracture of the right tibial plateau caused by a traffic accident a: Pre-operative X-ray film; b: Postoperative X-ray filmFig.6 Male, 42-year-old, Schatzker VI fracture of the left tibial plateau caused by a high fall a: Pre-operative X-ray film; b: Post-operative X-ray film

三、手術(shù)前后關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β、TNF-α、TRAP、IL-6 的表達情況

A 組和 B 組術(shù)后關(guān)節(jié)腔內(nèi) IL-6 的表達量均較術(shù)前增高，A 組術(shù)后關(guān)節(jié)腔內(nèi) IL-1β、TNF-α、TRAP的表達水平較術(shù)前降低，而 B 組術(shù)后反而增高( 表 1～2 )。

表 1 A 組手術(shù)前后關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β、TNF-α、TRAP、IL-6的表達情況Tab.1 Pre- and post-operative expressions of IL-1β, TNF-α, TRAP and IL-6 in the articular effusion of Group A

表 2 B 組手術(shù)前后關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β、TNF-α、TRAP、IL-6的表達情況Tab.2 Pre- and post-operative expressions of IL-1β, TNF-α, TRAP and IL-6 in the articular effusion of Group B

圖 7 不同 Schatzker 分型術(shù)前關(guān)節(jié)腔積液中 IL-1β、TNF-α、TRAP、IL-6 的表達情況 ( 注：*#與其它組相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P < 0.05 )Fig.7 Expressions of IL-1β, TNF-α, TRAP and IL-6 in the articular effusion before operation in different Schatzker types ( Notice: *#Compared with other groups, P < 0.05 )

討 論

炎癥在 OA 疾病病理發(fā)展過程中起關(guān)鍵性作用，促炎癥因子加劇軟骨退變、加重滑膜炎及關(guān)節(jié)疼痛[4-5,8]。PTOA 是有明確起始時間及創(chuàng)傷因素的OA，Lieberthal 等[9]認為關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥在其疾病發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用。關(guān)節(jié)內(nèi)骨折導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎是多因素引起的，最主要包括兩個方面：一方面是關(guān)節(jié)軟骨急性損傷 ( 包括暴力損傷及炎癥損傷 )，另一方面是由于關(guān)節(jié)面不平整、關(guān)節(jié)不穩(wěn)及關(guān)節(jié)力線不良引起的慢性關(guān)節(jié)超負荷[2]。Haller 等[3]對脛骨平臺 Schatzker 6 種分型根據(jù)受傷能量分為低能量組( Schatzker I、II、III 型 ) 和高能量組 ( Schatzker IV、V、VI 型 )，發(fā)現(xiàn)低能量組與高能量組間關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥無明顯差異。本課題研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥高表達是Schatzker II 和 VI 型，而低表達是 Schatzker III 和 IV型，這可能與關(guān)節(jié)面軟骨損傷情況及髓腔內(nèi)容物滲入關(guān)節(jié)腔加重關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥有關(guān)。Lewis 等[10]通過小鼠膝關(guān)節(jié)內(nèi)骨折研究發(fā)現(xiàn)嚴重關(guān)節(jié)面損傷將加重滑膜炎癥。有學(xué)者利用兔膝關(guān)節(jié) PTOA 模型發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)內(nèi)非負重區(qū)鉆孔可引起關(guān)節(jié)內(nèi)積血及髓腔內(nèi)容物滲出，促進滑膜炎癥發(fā)展，髓腔滲出某些成分可引起機體免疫反應(yīng)，進一步損傷軟骨，最終導(dǎo)致 PTOA[11]。

無論是 OA[8]還是急性關(guān)節(jié)損傷[12]，關(guān)節(jié)腔積液中炎性因子增高，尤其是 IL-1β、TNF-α 通過抑制軟骨細胞外基質(zhì)形成或促進其降解導(dǎo)致軟骨退變[5-6]。Sward 等[12]收集膝關(guān)節(jié)損傷后 0～23 天不同時間點關(guān)節(jié)腔積液，檢測發(fā)現(xiàn)傷后 1 天炎性因子如IL-1β、TNF-α、IL-6 等達到高峰，后續(xù)逐漸下降。筆者在后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)合并有軟骨骨折的膝關(guān)節(jié)急性損傷關(guān)節(jié)腔積液 TNF-α 表達較高[13]。受傷后 7 天以內(nèi) ( A 組 ) 手術(shù)的大多數(shù)患者術(shù)后 IL-1β、TNF-α 較術(shù)前表達水平降低，除外個別患者表達增高，回顧性分析發(fā)現(xiàn)這些患者復(fù)位固定后術(shù)中發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨面部分缺損或者關(guān)節(jié)面骨折縫隙較大，此外，受傷后 12 天以上 ( B 組 ) 行手術(shù)治療患者術(shù)后關(guān)節(jié)腔內(nèi)炎性因子 IL-1β、TNF-α 表達較術(shù)前增高，可能是由于手術(shù)復(fù)位困難創(chuàng)傷增大或復(fù)位不理想。創(chuàng)傷后疼痛是關(guān)節(jié)功能康復(fù)鍛煉的最大障礙，而關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥增高直接或間接導(dǎo)致疼痛，例如 IL-1β 通過增加環(huán)氧化酶-2 ( cyclooxygenase-2，COX-2 ) 及前列腺E 合酶 1 ( prostate E synthase 1，mPGES-1 ) 合成間接導(dǎo)致疼痛[14]或直接作用于疼痛感受器產(chǎn)生疼痛過敏[15]。因此關(guān)節(jié)內(nèi) IL-1β、TNF-α 增高不僅促進軟骨退變導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎作用，而且增加患者疼痛，影響關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，對于術(shù)后關(guān)節(jié)內(nèi) IL-1β、TNF-α 表達能否作為創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎高風(fēng)險人群篩查指標仍需進一步研究。

IL-6 由巨噬細胞或成纖維細胞產(chǎn)生，在免疫調(diào)節(jié)、炎癥甚至腫瘤發(fā)生中具有多重和本質(zhì)的功能，是許多慢性炎癥或自身免疫性疾病發(fā)展的關(guān)鍵因素；它可促進炎癥相關(guān)的 B 細胞和 Th17 細胞的分化以及急性期蛋白的合成，與 IL-1 共同誘導(dǎo)金屬蛋白酶 ( metalloproteinases，MMPs ) 的產(chǎn)生，降解軟骨細胞外基質(zhì)，此外誘導(dǎo)破骨細胞 ( osteoclast，OC ) 分化，造成關(guān)節(jié)骨質(zhì)損傷[16-18]。Hwang 等[19]研究發(fā)現(xiàn)IL-6 和 IL-8 分泌增高可通過促進破骨細胞活化導(dǎo)致骨吸收。本研究發(fā)現(xiàn)術(shù)后所有患者關(guān)節(jié)內(nèi) IL-6 表達較術(shù)前增高，這可能與手術(shù)應(yīng)激再次創(chuàng)傷有關(guān)，雖然 IL-6 目前認為具有抗炎及促炎雙向作用，但在關(guān)節(jié)炎癥方面研究側(cè)重引起關(guān)節(jié)退變等作用。Haller等[3]對平均受傷 9.5 ( 3～21 ) 天脛骨平臺骨折患者研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)內(nèi) IL-6 表達較未受傷膝關(guān)節(jié)仍明顯增高，認為其在關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)中作用時間長。Adams等[20]對踝關(guān)節(jié)骨折 6 個月患者研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)內(nèi)滑膜積液 IL-6、IL-8 等仍高表達，并提出針對這些因子治療可能預(yù)防 PTOA。OC 來源于骨髓中造血干細胞、巨噬細胞等，活化的 OC 在酸性環(huán)境下促進骨內(nèi)無機礦物質(zhì)丟失，骨基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維裸露，有利于各種組織蛋白酶充分接觸骨外基質(zhì)，導(dǎo)致骨質(zhì)吸收疏松。IL-1β、TNF-α、IL-6 等炎性因子通過影響核因子 κB 受體活化因子配體 ( receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL ) 或直接作用于 OC前體細胞，促進 OC 增殖活化及增強其功能[21]。關(guān)節(jié)內(nèi)骨折后關(guān)節(jié)腔內(nèi)髓腔內(nèi)滲出物中 OC 前體細胞及滲出的巨噬細胞將是破骨細胞活化的來源，而活化的 OC 可通過骨折縫隙進入骨內(nèi)，破環(huán)骨質(zhì)再生與吸收之間平衡，從而導(dǎo)致骨或軟骨退變。TRAP是 OC 及其前體細胞的細胞標志物之一，TRAP 陽性表達的多核細胞具有破骨細胞功能[22]。本研究發(fā)現(xiàn)術(shù)后關(guān)節(jié)內(nèi) TRAP 表達較術(shù)前降低，這可能與手術(shù)恢復(fù)骨折完整性減少髓腔內(nèi)容物滲出及關(guān)節(jié)內(nèi)積血有關(guān)；而受傷后 12 天以上 ( B 組 ) 術(shù)后 TRAP 升高，可能是由關(guān)節(jié)內(nèi)增高的炎性因子所活化或者是骨折復(fù)位不理想仍有較多髓腔內(nèi)容物滲入關(guān)節(jié)腔所致。Bertuglia 等[23]研究認為鈣化軟骨微裂縫及退變將通過軟骨 RANKL 促進 OC 聚集，而 OC 分泌組織蛋白酶 K 降解關(guān)節(jié)軟骨，促進軟骨退變。

綜上所述，提示受傷后 7 天內(nèi) ( A 組 ) 手術(shù)，術(shù)后關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥較術(shù)前降低，因為手術(shù)恢復(fù)骨折完整性，清除關(guān)節(jié)腔滲出的髓腔內(nèi)容物及積血，減少后續(xù)髓腔內(nèi)容物滲出及關(guān)節(jié)內(nèi)積血，從而降低關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥，但是受傷后 12 天以上 ( B 組 ) 手術(shù)將導(dǎo)致關(guān)節(jié)再次發(fā)生炎癥反應(yīng)。但是本研究也存在一些不足，如樣本量較小，仍需增加其它因子檢測如 MCP-1、IL-1RA，術(shù)后炎癥增高的患者后續(xù)疼痛、功能情況以及是否發(fā)展為創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎尚需跟蹤隨訪。