發(fā)育性髖脫位易感基因及髖關(guān)節(jié)外展位生物力學(xué)研究.pdf

1、目的：發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位(Developmental dislocation of the hip，DDH)的診斷和治療目前已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是仍有17％的患兒存在殘余髖臼發(fā)育不良，是小兒骨科最常見(jiàn)的、嚴(yán)重危害兒童健康的先天性疾病之一。種族與地區(qū)不同其發(fā)病率有很大差異，在拉普人和美國(guó)土著人的發(fā)病率較高，約為25～50‰，南非的發(fā)病率較低，約為0～0.1‰，克羅埃西亞，加拿大和芬蘭的部分地區(qū)發(fā)病率在5～19.5‰左右，在我國(guó)大陸地區(qū)發(fā)病

2、率約為1.1～3.8‰，北方高于南方。其病因尚不明確，目前認(rèn)為是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用所致。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，遺傳因素在本病的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，有陽(yáng)性家族史的DDH患兒約占12-33％。雖然國(guó)內(nèi)外專家對(duì)于年齡在18個(gè)月以下的患兒應(yīng)采用保守治療論斷已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，但對(duì)該病的保守治療方案目前尚存爭(zhēng)議，特別是對(duì)髖關(guān)節(jié)復(fù)位后的固定體位爭(zhēng)議較大。髖關(guān)節(jié)固定時(shí)外展體位不同生物力分布不同，合理的生物力作用可以促進(jìn)髖關(guān)節(jié)發(fā)育，而異常的生物力則是發(fā)生

3、髖關(guān)節(jié)脫位及股骨頭壞死的原因之一。所以，實(shí)現(xiàn)該病的早期診斷，最好是應(yīng)用基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)胎兒期診斷，應(yīng)用遺傳學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行早期預(yù)測(cè)，是提高出生人口質(zhì)量、減輕患兒病痛的關(guān)鍵。正確地理解DDH患兒髖關(guān)節(jié)和骨盆不同體位下生物力分布特點(diǎn)，制定合理的保守治療方案，對(duì)于改善患兒遠(yuǎn)期生活質(zhì)量和預(yù)防并發(fā)癥的發(fā)生都具有重要指導(dǎo)意義。盡管遺傳因素在DDH發(fā)生中的作用已經(jīng)明確，目前認(rèn)為DDH是多種基因異常共同作用的結(jié)果，但到目前為止，其遺傳機(jī)制尚不明確。COL9A3基

4、因位于人染色體的20q13.33區(qū)域，編碼Ⅸ型膠原蛋白α3鏈，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究?jī)?nèi)容不多，僅有少數(shù)報(bào)道認(rèn)為其與以下疾病可能有關(guān)：兒聾；多發(fā)性骨骺發(fā)育不良(Multiple epiphyseal dysplasis，MED)；腰椎間盤突出癥。Ⅸ型膠原與軟骨發(fā)育有關(guān)，已發(fā)現(xiàn)COL家族中多個(gè)基因與遺傳性疾病DDH相關(guān)，但我們沒(méi)有查閱到關(guān)于COL9A3與DDH關(guān)系的報(bào)道和研究，這在與膠原密切相關(guān)的COL家族中比較罕見(jiàn)。 DKK1(Dickkop

5、f1)是經(jīng)典Wnt通路拮抗分子，它與Wnt信號(hào)的共受體LRP5/6胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而阻止β-catenin解離進(jìn)入細(xì)胞核，達(dá)到拮抗Wnt通路的作用。Wnt通路是人體細(xì)胞代謝的重要通路之一，目前關(guān)于DKK1報(bào)道較多的是其通過(guò)WNT通路與腫瘤疾病的關(guān)系，如食管癌、肺癌、腸癌等。國(guó)外目前沒(méi)有關(guān)于此基因與DDH相關(guān)的報(bào)道，僅國(guó)內(nèi)Liu等在192例女性群體中進(jìn)了DKK1與DDH的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)DKK1與DDH存相關(guān)性。 DLX4基因是同源異型盒

6、DLX基因家族的一種，目前對(duì)其研究也不多，報(bào)道多集中于其與妊娠及腫瘤相關(guān)疾病的關(guān)系，國(guó)外沒(méi)有關(guān)于此基因與DDH關(guān)系的報(bào)道，僅國(guó)內(nèi)田維等報(bào)道其可能與DDH存在相關(guān)性。但是我們前期進(jìn)行一個(gè)家系3位患者全基因組測(cè)序卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)DKK1和DLX4的變異。目前關(guān)于DDH爭(zhēng)議較大另一個(gè)基因是TGFB1，Tomislav報(bào)道其與DDH有關(guān)，而有的學(xué)者卻認(rèn)為與DDH不存在關(guān)聯(lián)。那么，TGFB1、DDK1和DLX4到底是否與DDH有關(guān)聯(lián)呢？這有待于在大樣本

7、散發(fā)的不同民族不同性別的中國(guó)人群中進(jìn)一步證實(shí)。目前，對(duì)于DDH治療過(guò)程中復(fù)位后固定的體位有很多爭(zhēng)議，雖然大家公認(rèn)髖關(guān)節(jié)的外展角度大有助于復(fù)位后關(guān)節(jié)穩(wěn)定，但有的學(xué)者認(rèn)為外展角度越大，生物力學(xué)越異常，股骨頭髖臼間壓力越大，進(jìn)而容易引起股骨頭壞死。生物力是把雙刃劍，合理的生物力可以刺激關(guān)節(jié)發(fā)育而異常的生物力卻可能導(dǎo)致髖臼發(fā)育不良，所以掌握復(fù)位后髖關(guān)節(jié)不同外展位時(shí)生物力分布情況，了解不同的外展體位下股骨頭和髖臼之間生物力差別，對(duì)指導(dǎo)臨床治療具有

8、重要價(jià)值。由于骨盆解剖形態(tài)不規(guī)則和人體的特殊性，在髖關(guān)節(jié)上直接進(jìn)行生物力測(cè)量是不能實(shí)現(xiàn)的，故關(guān)于髖關(guān)節(jié)生物力研究較少，并且都局限于研究站立位狀態(tài)。查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于DDH外展位下髖關(guān)節(jié)生物力分布情況的研究報(bào)道。
　　方法：⑴采用飛行時(shí)間質(zhì)譜法對(duì)192例散發(fā)的女性DDH患兒及192例正常女性兒童的血清標(biāo)本的COL9A3基因的四個(gè)SNPs(rs3765462、rs4809261、rs760087和rs8114983)進(jìn)行基因

9、分型及關(guān)聯(lián)分析。同時(shí)，我們收集了768例散發(fā)的不同性別的DDH患兒及768例正常不同性別兒童的血清標(biāo)本，對(duì)DKK1基因的兩個(gè)SNPs(rs11001560和rs1569198)，DLX4基因的兩個(gè)SNPs(rs1058564和rs3760415)和TGFB1的3個(gè)SNPs(rs747857，rs4803455和rs11466345)進(jìn)行基因分型及與DDH相關(guān)性的再驗(yàn)證。按Hardy-weinberg定律計(jì)算SNP位點(diǎn)的基因型頻率的期望值

10、，x2檢驗(yàn)Hardy-weinberg平衡。使用SPSS15.0軟件x2檢驗(yàn)分析病例組和對(duì)照組基因型、基因頻率分布差異。另外，我們對(duì)每個(gè)位點(diǎn)建立顯性模型和隱性模型，并對(duì)模型的基因型差異進(jìn)行比較，P＜0.05具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。⑵收集16例單側(cè)髖關(guān)節(jié)脫位的DDH患兒CT原始數(shù)據(jù)，利用逆向工程法在mimics15.0軟件中建立骨盆及股骨近端的3D幾何模型，之后應(yīng)用Geomagic12.0軟件建立的骨盆數(shù)字模型，將建好的完整高質(zhì)量數(shù)字模型導(dǎo)

11、入Hypermesh12.0軟件中進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，完成三維有限元模型的建立。應(yīng)用ABAQUS6.13軟件定義恰當(dāng)?shù)膯卧牧蠈傩?，參考以往文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行有限元模型賦值。對(duì)有限元模型驗(yàn)證后，模擬臨床治療的外展人位和蛙式位調(diào)整有限元模型的髖關(guān)節(jié)體位，設(shè)定模型在不同外展體位下的假設(shè)條件、加載條件和邊界條件，最后通過(guò)有限元分析法得到骨盆、髖臼和股骨近端的Von Mises應(yīng)力分布云圖和力學(xué)位移云圖，評(píng)價(jià)力學(xué)云圖特點(diǎn)并計(jì)算出股骨頭與髖臼間的平均接

12、觸壓力，最大接觸壓力和接觸面積。將上述數(shù)據(jù)按照未脫位側(cè)和脫位側(cè)進(jìn)行分組，使用SPSS15.0軟件x2檢驗(yàn)分析兩組的差異，P＜0.05具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。⑶對(duì)采用動(dòng)態(tài)外展位固定治療的12-24月的DDH患兒隨訪時(shí)間＞10年的76例87髖資料進(jìn)行總結(jié)，測(cè)量隨訪各時(shí)間點(diǎn)的AI，AHI，CE角，Shenton線，脫位程度，股骨頭形態(tài)，髖關(guān)節(jié)功能等指標(biāo)。將隨訪結(jié)果進(jìn)行影像學(xué)評(píng)價(jià)和髖關(guān)節(jié)功能評(píng)價(jià)，影像學(xué)評(píng)價(jià)采用Severin評(píng)價(jià)方法，股骨頭壞死評(píng)

13、價(jià)采用Salter評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，髖關(guān)節(jié)功能評(píng)價(jià)采用Mckay評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。按照治療前AI和IHDI分型進(jìn)行分組，比較遠(yuǎn)期優(yōu)良率的差別。計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)，計(jì)量資料采用T檢驗(yàn)，P＜0.05具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，探討動(dòng)態(tài)外展位固定方法的臨床意義。同時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)期并發(fā)癥進(jìn)行總結(jié)，分析復(fù)位后動(dòng)態(tài)外展位固定方案治療12-24個(gè)月發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位患兒的注意事項(xiàng)與要點(diǎn)，以指導(dǎo)臨床。
　　結(jié)果：①COL9A3的兩個(gè)SNPs（rs4809261和rs7600

14、87）、DLX4兩個(gè)SNPs(rs1058564和rs3760415)及DKK1的兩個(gè)SNPs(rs11001560和rs1569198)在病人組和對(duì)照組中的基因型分布的差異均達(dá)到顯著(rs760087的p=0.011，其他5個(gè)位點(diǎn)均p＜0.001)，rs4809261和rs1569198的等位基因頻率在病人組和對(duì)照組中差異也達(dá)到顯著（兩個(gè)位點(diǎn)均p＜0.001）。 TGFB1的3個(gè)SNPs(rs747857，rs4803455和rs11

15、466345)和COL9A3的兩個(gè)SNPs(rs3765462，rs8114983)在病人組和對(duì)照組中的基因型分布和等位基因頻率的差異均未達(dá)到顯著(P≥0.05)。②COL9A3基因的兩個(gè)位點(diǎn)（rs4809261和rs760087）與DKK1基因的一個(gè)位點(diǎn)(rs1569198)在病例組分別攜帶更高比例的AA基因型(p＜0.001，p=0.008和p＜0.001).其中COL9A3 rs4809261位點(diǎn)及DKK1基因的rs1569198

16、位點(diǎn)在病例組A等位基因增加(p＜0.001，p＜0.001)，而rs11001560位點(diǎn)的CC基因型在對(duì)照組中較高(p＜0.001)。③外展人位和蛙式位時(shí)，骨盆及股骨近端應(yīng)力分布云圖和位移云圖異常，所有病例的雙側(cè)髖關(guān)節(jié)都出現(xiàn)了應(yīng)力集中點(diǎn)，人位時(shí)應(yīng)力集中點(diǎn)位于髖臼后壁和股骨頭頂后下方，蛙式位時(shí)位于髖臼的中心左右和股骨頭頂部。人位時(shí)未脫位側(cè)頭臼間最大接觸壓力平均值為:0.958Mpa，平均接觸壓力0.869 MPa，股骨頭處Von Mise

17、s峰值4.179 MPa;脫位側(cè)分別為1.615 Mpa、1.116 Mpa和6.663Mpa;股骨頭與髖臼的接觸面積平均值未脫位側(cè)48.5 mm2，脫位側(cè)為40.8 mm2。蛙式位時(shí)未脫位側(cè)頭臼間最大接觸壓力平均值為1.056 Mpa，平均接觸壓力為0.965Mpa，股骨頭Von Mises應(yīng)力峰值為4.288 Mpa;脫位側(cè)為1.916Mpa、1.721Mpa和7.295 Mpa;股骨頭與髖臼的最大接觸面積平均值未脫位側(cè)50.3mm

18、2，脫位側(cè)位49.2 mm2。④站立位時(shí)未脫位髖關(guān)節(jié)應(yīng)力云圖和位移云圖分布均勻，股骨頭髖臼間未出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)，Von Mises應(yīng)力分布均勻，頭臼間平均接觸壓力2.013MPa，接觸面積平均值為64.2 mm2。脫位側(cè)髖關(guān)節(jié)都出現(xiàn)了應(yīng)力集中點(diǎn)，集中點(diǎn)位于假臼中心，平均接觸壓力3.158 MPa，接觸面積平均值為36.2 mm2。接觸面積和平均接觸壓力進(jìn)行比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。⑤將人體位和蛙式位各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，人體位雙側(cè)的股骨頭髖臼

19、間平均接觸壓力、接觸面積及股骨頭所受Von Mises應(yīng)力峰值都略小于蛙式位，但進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較均無(wú)顯著性差異。⑥對(duì)76例87髖DDH病例進(jìn)行平均12.5年隨訪，根據(jù)Mckay標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能:優(yōu)38髖，良21髖，可9髖，差8髖，優(yōu)良率為77.63％;根據(jù)Severin評(píng)價(jià)方法進(jìn)行影像學(xué)評(píng)價(jià):Ⅰ級(jí)30髖，Ⅱ級(jí)26髖，Ⅲ級(jí)11髖，Ⅳ度級(jí)9髖，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)所占比率為73.68％。采用Salter評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，8髖發(fā)生股骨頭壞死，發(fā)生率為10.

20、53％，其中復(fù)位前5髖脫位程度為Ⅳ度。⑦復(fù)位前IHDI分型法Ⅰ度、Ⅱ度、Ⅲ度和Ⅳ度脫位的遠(yuǎn)期優(yōu)良率分別為82.35％、80.77％、73.91％、70.00％，三組統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異(p＞0.05)。⑧復(fù)位前AI(30°-35°)組、(36-°40°)組和(＞40°)組的優(yōu)良率分別為86.96％、78.79％和65.00％，前兩組間優(yōu)良率比較無(wú)顯著性差異(p＞0.05)，而與＞40°組比較差異則有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)。復(fù)位前平

21、均髖臼指數(shù)(AI):療效優(yōu)良組（36.58±4.75）°，療效可差組（41.28±5.66）°。
　　結(jié)論：⑴發(fā)現(xiàn)中國(guó)北方漢族人群COL9A3兩個(gè)SNPs(rs4809261和rs760087)多態(tài)性與DDH密切相關(guān)，證明COL9A3基因與DDH的存在相關(guān)性。首次將rs4809261位點(diǎn)和和rs760087位點(diǎn)作為研究對(duì)象并發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)位點(diǎn)的AA基因型在DDH病例組明顯增多。⑵利用大樣本散發(fā)人群對(duì)TGFB1、DKK1和DLX4與DD

22、H的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究，證實(shí)了DKK1的兩個(gè)SNPs（rs11001560和rs1569198）和DLX4的兩個(gè)SNPs(rs10585641和rs3760415)多態(tài)性與DDH易感性存在關(guān)聯(lián)，首次提出DKK1的rs11001560位點(diǎn)的CC基因型會(huì)降低DDH的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，而rs1569198位點(diǎn)的AA基因型會(huì)增加DDH的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。首次發(fā)現(xiàn)TGFB1的3個(gè)SNPs(rs747857，rs4803455和rs11466345)多態(tài)性與中國(guó)北方人

23、群DDH無(wú)關(guān)聯(lián)。⑶外展的人位或者蛙式位固定下髖關(guān)節(jié)頭臼間平均接觸壓力、接觸面積、股骨頭Von Mises應(yīng)力峰值大小無(wú)明顯差別，說(shuō)明蛙式位不會(huì)因力學(xué)因素而增加股骨頭壞死機(jī)率，蛙式位生物力可達(dá)髖臼頂部，有利于髖臼頂部發(fā)育。⑷外展的人位或者蛙式位固定髖關(guān)節(jié)都引發(fā)髖關(guān)節(jié)的生物力異常分布，兩種固定方式頭臼之間都有靜態(tài)的應(yīng)力集中點(diǎn)，發(fā)育正常的髖關(guān)節(jié)無(wú)應(yīng)力集中點(diǎn)，提示DDH治療中應(yīng)用的兩種靜止的外展體位都可能引起股骨頭壞死，動(dòng)態(tài)體位可以避免產(chǎn)生集中