外置式人工关节控制下的家兔膝关节再生与功能恢复

目的探讨仿生运动生物力学环境下关节再生的可能性。方法采用实验家兔7只,在实验家兔一侧股骨干和胫骨骨干各穿2枚直径1.5 mm克氏针,分别安装框架平台。然后在体外通过在膝关节内、外侧分别安装模拟膝关节矢状面运动轨迹的平面四杆机构,连接股骨和胫骨上已经安装好的框架平台。在股骨髁和胫骨平台同时截骨去除关节软骨、部分软骨下骨及十字交叉韧带和半月板等结构,但不损伤肌腱起止点,保留关节囊及囊外韧带,保留髌骨和籽骨。术后家兔自然活动。在关节截骨后的愈合过程中定期拍摄X线片,测量关节矢状面的活动度和骨性间隙。结果 7只实验家兔中6例成功安装外置式人工关节,截骨微创骨穿针仿生运动外置式人工关节控制下自然活动。膝关节被动活动范围分别为:术后第1周,极限屈曲位(144.7±15.62)°,极限伸直位(44.2±25.77)°,活动度(100.5±29.03)°;术后第12周,极限屈曲位(139.4±12.92)°,极限伸直位(40.4±22.04)°,活动度(99.0±23.39)°。截骨术后第12周与截骨术后第1周相比,屈曲位、伸直位和活动度均没有显著差异。X线显示骨性关节间隙依然存在。截骨侧骨性关节间隙明显减小,由截骨术后第1周(4.03±1.84)mm减小到第12周(2.32±1.05)mm,而对侧正常骨性关节间隙为(1.27±0.22)mm。术后16周拆除外置式人工关节,切开关节囊观察,发现新生白色软骨覆盖截骨再生表面,表面光滑,具有典型关节滑车结构,并且观察到类似韧带的纤维束从再生的股骨下端发出,终止于新生的胫骨上端。术后第25周,所有6只实验家兔截骨再生膝关节屈曲位(148.3±4.75)°,伸直位(48.30±17.57)°,活动范围(100.0±20.80)°;对侧(左侧)正常膝关节屈曲位(148.3±7.5)°,伸直位(21.6±9.09)°,活动范围(126.7±6.88)°。截骨侧、对侧骨性关节间隙分别为(1.4±0.59)、(0.92±0.35)mm。结论外置式仿生运动人工关节为家兔膝关节再生保留了再生空间,提供了一种运动模拟环境、印证了骨折愈合过程的应力适应性。本研究结果提示仿生运动生物力学环境下,正常家兔膝关节内截骨后再生是可能的。