研究背景距骨骨软骨损伤（Osteochondral lesions of the talus,OLTs）是累及关节软骨和软骨下骨的常见运动损伤,是运动医学领域面临的难题之一。超过50%踝关节扭伤或踝关节骨折中均合并不同程度的骨软骨损伤[1,2]。Berndt和Harty[3]首次基于X线表现将OLTs分成4型,Hepple等[4]在此分型基础上把合并有软骨下骨囊性变的OLTs定义为HeppleⅤ型。部分OLTs表现为持续进展的过程,即软骨和软骨下骨板完整性的破坏可能引起关节液渗入和囊性变形成,由于软骨下骨为关节软骨提供营养支持和力学支撑,病变范围不断增大的囊性变可导致软骨剥脱,最终可能发展成骨关节炎甚至距骨塌陷[1,5]。严重影响患者正常生活及运动功能。对于部分OLTs,保守效果不佳,需要手术治疗。目前手术治疗效果不一,术式选择存在一定的争议。以微骨折[6]为代表的软骨修复技术是目前的一线治疗方式,其优点是创伤小、恢复快。但该手术效果与病变的程度密切相关,不适用于病灶直径大于10mm,深度大于5mm以及HeppleⅤ型OLTs。自体骨软骨移植术（autologous osteochondral transplantation,OAT）[7]是一种骨软骨替代技术,可以同时重建关节软骨和软骨下骨。该术式适用于病变范围较大的HeppleⅤ型OLTs。但由于需要从膝关节获取移植物,术后供区疼痛发生率较高。近期的研究表明,OAT术后供区疼痛发症率高达10%到54.5%[9-11]。以自体软骨细胞移植（autologous chondrocyte implantation,ACI）[8]为代表的软骨再生技术通过体外培养、扩增等方式可显著减少自体软骨获取量,从而有效降低供区并发症率。但技术要求高、价格昂贵以及伦理限制等因素使得此类技术短期内难以广泛应用于临床[12]。因此,骨软骨损伤的有效修复仍是运动医学和骨科学领域面临的难题,特别是针对软骨损伤面积较大的HeppleⅤ期OLTs,尚需探讨一种安全、有效、可行性高的手术方式。骨膜作为一种可移植组织,具有修复软骨损伤潜能。研究表明骨膜内存在骨膜干细胞,该细胞被证实位于分化的顶端,具有成骨和成软骨双重特性[13-15]。Niedermann[16]首次报道了应用游离骨膜治疗膝关节软骨损伤的临床和二次关节镜探查结果,并证实骨膜在修复软骨损伤中的作用。然而,术后临床随访提示游离骨膜移植存在多种弊端,包括无法修复软骨下骨的囊性病变、需要额外固定、移植后存活率较低且容易脱落等。骨膜-骨复合体移植作为一种骨膜移植的改进方式,对解决以上问题具有很强的理论可行性。首先,该方式无需额外固定,依靠移植物与受区间骨-骨界面崁合作用和骨膜与骨之间的天然纤维连接作用可实现和维持移植后骨膜的稳定性。第二,移植物下方的骨组织为骨膜提供营养支持,提升移植物的存活率。第三,骨膜骨复合体体可同时修复关节软骨和软骨下骨,适用于HeppleⅤ型骨软骨损伤[14-15]。本项目组在前期的研究基础上,设计了自体胫骨骨膜-骨复合体移植（Autologous tibial Osteoperiosteal transplantation,ATOPT）治疗HeppleⅤ型距骨骨软骨损伤。但由于应用时间相对较短,现有的研究存在以下问题:1、目前缺乏足够的临床数据支撑证明该术式的有效性;2、对于距骨肩部的骨软骨损伤,传统的骨膜-骨复合体移植难以重建距骨表面曲率;3、缺乏大动物试验验证移植后再生组织的组织学性质。基于上述问题,本研究将从以下三个方面开展相关研究;第一,通过术后随访评价ATOPT治疗HeppleⅤ型距骨骨软骨损伤的临床效果。第二,对传统ATPOT术式进行改良（包括手术器械和手术方式）以提升移植物的完整性和距骨匹配度,为距骨肩部骨软骨损伤提供最优的治疗。第三,通过构建大动物骨软骨损伤模型,从组织学角度验证自体胫骨骨膜-骨复合体移植术后的再生组织性质。第一部分:自体骨膜-骨复合体移植治疗HeppleⅤ型距骨骨软骨损伤的临床疗效分析1.1目的通过临床功能评分、影像学结果、二次关节镜探查评价术后的临床疗效和软骨修复情况。1.2资料和方法回顾性分析在2011年10月至2019年1月于陆军军医大学第一附属医院运动医学中心接受自体胫骨骨膜-骨复合体移植的Hepple V型OLTs患者。比较术前、术后的功能评分、影像学结果,通过术后二次关节镜探查,评价临床效果和移植区表面的软骨修复情况。1.3结果1.3.1临床功能评估结果本研究纳入患者30例,其中男19例,女11例,年龄15~63岁,平均（40.2±11.3）岁。随访时间为2-10年,病变均位于内侧。FAOS分由术前53.5±6.2分增至末次随访88.4±6.6分（p＜0.001）,AOFAS从术前61.6±8.2提升到末次随访90.8±6.8（p＜0.001）,VAS评分由从术前4.3±0.2分下降至末次随访0.7±0.7分(（p＜0.001）,术前SSE评分14例差（46.7%）,16例（53.3%）一般,末次随访时,优23例（76.7%）,良6例（20%）,一般1例（3.3%）。1.3.2影像学结果X线结果:所有病例末次随访结果均未发现明显的退行性改变,仅1例患者踝关节间隙较术前轻度变窄。MRI结果:末次随访骨髓水肿信号范围明显小于术前,且随时间推移逐渐减小。末次随防结果显示骨髓水肿信号24例（80%）完全消失,1例（3.4%）局限在移植区,5例（16.7%）局限在复发囊性变周围,术后1年MOCART评分66.00±3.01,末次随访MOCART评分69.00±4.01。1.3.3二次关节镜探查结果20例患者接受二次关节镜探查,结果显示软骨缺损区填充以表面光滑的再生组织,与周围正常软骨相比,其颜色偏白,质地偏软,边缘与邻近软骨融合,ICRS评分为10.51±1.3。1.4结论本研究表明ATPOT治疗HeppleⅤ期OLTs的中长期临床疗效确切,二次关节探查证实再生组织为软骨样组织。第二部分:改良与传统的骨膜-骨复合体移植治疗距骨肩部HeppleⅤ型OLTs的对比分析2.1目的确定改良的骨膜-骨复合体移植是否能够提升移植物的完整性和距骨匹配度,从而为距骨肩部OLTs提供一种新的治疗策略。2.2资料和方法2.2.1纳入方法前瞻性纳入20例于2019年9月至2021年8月于陆军军医大学第一附属医院运动医学中心接受手术治疗的HeppleⅤ型OLTs患者,病变均位于距骨内侧肩部。10例接受传统ATOPT,10例接受改良ATOPT治疗。2.2.2手术方式传统组:同第一部分改良组:基于术前CT数据,计算机模拟手术过程,定制最佳的手术方案,包括截骨的角度、病灶清除的角度和深度、移植物获取位置、方向和深度。移植区的获取方案采用间接法确定,即通过计算机拟合技术,评价不同位置和角度获取的移植物与受区病灶清除组织的匹配度,确定最佳的移植物获取方案。按照术前确定的手术方案,采用第二代电动骨膜-骨复合体获取/植入工具完成手术。2.3结果2.3.1术中移植物完整性评价结果术中传统组骨膜-骨复合体完整性评价分别为优2例（20%）,良3例（30%）,中3例（30%）,差2例（20%）;术中改良组的骨膜-骨复合体完整性评价分别为优6例（60%）,良3例（30%）,中1例（10%）,差0例（0%）,有显著统计学差异（p＜0.05）。2.3.2术后3月CT结果两组的移植物均崁入受区,实现骨-骨界面的一期愈合。其中改良组中移植物的匹配度明显优于传统组。2.4结论相对于传统的方式,改良骨膜-骨复合体移植方式获取的移植物完整性更好,与距骨表面曲率匹配度更高,术后的影像学随访结果更佳。第三部分:自体骨膜-骨复合体移植治疗骨软骨损伤的动物模型研究3.1目的从组织学角度验证ATPOT术后再生组织的性质,分析软骨下骨的重建情况,比较不同移植位置对治疗效果的影响。3.2资料和方法3.2.1建模方法随机将18只小香猪分为三组,每组6只。全部实验动物随机选择一侧为实验组,即自体骨膜-骨复合体移植物组,另一侧为自身对照组,即自体骨移植组。分别于股骨内髁和股骨内侧滑车制造骨软骨缺损（直径8mm×深度15mm）。实验组:双侧胫骨近端相同位置分别获取一柱骨膜-骨复合体（直径8mm×深度15mm）,通过崁入式移植的方式将移植物分别植入股骨内髁和股骨滑车处的骨软骨缺损区。对照组:双侧胫骨近端相同位置分别获取一柱骨膜-骨复合体骨柱（直径8mm×深度15mm）,完整去除移植物表面骨膜,采用与实验组相同的移植方式分别植入骨软骨缺损区。3.2.2观察指标三组实验动物分别于术后第6周、12周、24周处死。通过大体观、磁共振、micro CT、组织学染色评价移植效果。3.3结果实验组的大体观、磁共振、组织学染色在3个时间点的结果均在显著优于对照组,实验组中软骨修复组织随时间推移不断成熟,从软骨细胞的数目、形态、分布以及细胞外基质、I型胶原、II型胶原的含量等组织学评价指标来看,实验组股骨内髁处24周的结果最为接近透明软骨。Micro-CT结果提示实验组显示出更为明显的软骨下骨重建,骨密度、骨体积分数、骨小梁数目等指标均与移植前有显著差异（p＜0.05）。3.4结论通过自体骨膜-骨复合体移植的方式,骨膜可在移植区增殖、分化、成熟,修复软骨缺损。此外,骨膜通过软骨内成骨作用,实现软骨下骨重建。比较不同位置的骨软骨损伤修复效果,骨膜-骨复合体移植在股骨内髁处实现更好的软骨修复,同时软骨下骨重建更为明显。