钛网包裹打压植骨修复大段骨缺损研究现状

徐可林(综述),顾三军(审校)

(无锡市第九人民医院骨科，江苏 无锡 214062)



钛网包裹打压植骨修复大段骨缺损研究现状

徐可林※(综述),顾三军(审校)

(无锡市第九人民医院骨科，江苏 无锡 214062)

摘要：传统观点认为游离植骨仅适于小段骨缺损，而不适于大段骨缺损。利用钛网包裹打压松质骨游离植骨修复长骨大段骨缺损可克服以往松质骨植骨无包裹打压的缺陷，避免植骨后骨吸收现象的发生，而且患者术后可早期康复活动。其愈合方式是松质骨通过从钛网孔周围长入的血管获得营养和成骨因子形成新骨，然后新骨逐渐皮质化塑形来修复大块皮质骨骨缺损。动物实验研究和临床应用结果显示，该方法简便、安全、有效、骨缺损愈合较快，是修复四肢长骨大段骨缺损的有效方法之一。

关键词：大段骨缺损；钛网；游离植骨；打压植骨

由创伤、感染、骨肿瘤摘除等多种病变造成的四肢骨缺损临床常见。一般将大于骨干直径1.5倍长的缺损称为大段骨缺损。大段骨缺损难以愈合仍是一项挑战性课题。目前开展修复方法,如骨延长、带血运的骨移植和无血运的大块异体皮质骨移植等仍各有缺陷。1986年，Masquelet等[1]提出治疗大段骨缺损的“诱导膜技术”，并报道利用诱导膜技术打压植入松质骨治疗35例大段骨缺损取得令人惊奇的修复效果，但其缺陷是需要二阶段手术。受此启发，Cobos等[2]于2000年首先报道了利用钛网包裹打压松质骨植骨修复大段骨缺损的新方法。此后，有多位学者对利用钛网包裹打压植骨方法进行了动物实验和临床研究，具有愈合较快等优点，现正成为修复大段骨缺损的有效方法之一[3-7]。现对这种新方法研究近况作一综述。

1钛网包裹打压植骨手术技巧

钛网包裹打压植骨要求：开放性骨折待伤口愈合后手术；合并感染者待感染控制至少3个月后Ⅱ期手术；贴骨瘢痕等皮肤条件不良者待改善后施术[3,5-6]。根据骨缺损部位选择常规手术切口暴露术野，需要切除肿瘤骨或硬化骨、摘除游离无血运的皮质骨和打通髓腔。选择合适、坚强可靠固定方法先行骨缺损两端复位固定，维持肢体长度。文献报道的固定方法首选髓内钉，其次是钢板[2-6]。然后，用钛网包裹打压植骨。钛网长度略大于骨缺损长度、宽度等于包裹长骨或和钢板周径，将钛网置骨缺损处，再将切取的松质骨和附带切取的皮质骨等植骨材料剪成颗粒状植入钛网内并进行嵌插打压，最后收紧钛网并用钢丝将钛网牢固固定在骨缺损远近断端上[2-3,6]。植骨材料主张以自体松质骨为主，而且要求是骨缺损体积的2倍以上[2-3]。自体松质骨在髂后部较为丰富，是首选取骨部位，其次是髂前部，再次是胫骨近端髓内钉进钉处。为了获取大量自体松质骨，需要在患者多处取骨[3,7]。若自体松质骨不够，可以辅助少部分人工骨或皮质骨颗粒。选择髓内钉固定填充髓腔或在钢板固定时将摘除的游离皮质骨填充髓腔部位，可以节省植骨量。

2愈合方式和治疗原理

钛网包裹打压植骨是在坚强内固定基础上的游离植骨方法，其愈合方式是松质骨通过从钛网孔周围长入的血管获得营养和成骨因子形成新骨，然后新骨逐渐皮质化塑形来修复大块皮质骨骨缺损[2,4]。因此，形成新骨的速度或时间决定骨缺损的临床愈合时间，而形成新骨的速度与植骨质量、周围软组织血供和钛网结构密切相关。植骨质量与植入骨种类和松质骨骨量密切相关。传统方法松质骨游离植骨后1～2个月均有不同程度骨吸收现象，一般来讲，骨缺损愈长，不愈合率愈高。因此，通常认为传统松质骨游离植骨方法仅适于小段骨缺损，而不适宜4～6 cm的大段骨缺损[1-2]。传统方法松质骨游离植骨在大段骨缺损容易失败的原因是无包裹和未行打压植骨，而钛网包裹打压松质骨植骨能够成功的原因或其治疗原理：①钛网隔开了周围肌腱肌肉活动干扰，阻碍周围纤维结缔组织长入骨缺损区，保持骨缺损有一个相对稳定的环境，从而避免了骨吸收可能[3,8-9]。②钛网内打压植骨的植骨量多、松质骨十分丰富，即使少部分松质骨骨吸收，但大部分仍填塞在骨缺损处，故骨吸收现象不明显；而且自体松质中含有重要的骨生长因子——骨形态形成蛋白、成纤维细胞生长因子和转化成长因子等，能刺激周围血管长入骨缺损区，诱导血管周围游动的间充质细胞转化为骨系细胞，对骨细胞、软骨细胞增殖与分化起重要的调节作用,既有骨诱导属性，同时自体松质骨还具有成骨和骨传导属性，故成骨较快[7]。③钛网有较好的生物相容性，钛网网孔有利于周围新生血管长入，为植骨材料提供营养和成骨因子，利于新生骨的形成和相互融合。④除髓内钉或钢板具有坚强固定作用外，钛网有很好的辅助固定作用，保证了骨缺损端和植骨材料的稳定性，为骨缺损愈合创造了良好的力学环境，且患者术后早期可康复活动，无需石膏托外固定，而早期康复活动轴向受力又有利于刺激断端骨痂生长和骨折愈合[10-17]。

3实验研究

3.1修复长骨节段骨缺损效果的动物实验利用钛网包裹打压植骨无论是在较小动物(如兔)还是在较大动物(如犬、羊)的长骨节段骨缺损模型中均取得十分满意的成骨效果。张云坤等[18]利用大白兔股骨中段10～15 mm骨缺损模型比较单纯游离植骨和钛网包裹打压植骨的结果显示，前者在16周骨缺损修复基本完成,但骨不愈合率较高，而后者在12周骨缺损修复基本完成，其成骨速度和成骨质量均优于前者。Lindsey等[9]将成年犬股骨干中段3 cm长的骨缺损模型分4组进行研究，A、B和C组采用园柱钛网(简称CTMC)包裹打压犬松质骨和犬脱钙骨基质混合物植骨、髓内钉固定，D组采用相同植骨方法但无CTMC，放射学显示A、B和C组有持续的生物活性骨形成；力学实验结果显示，6、12和18周3组的平均扭转刚度分别为对侧的44.4%、45.7%和72.5%，3组的平均抗扭强度分别为对侧的51.0%、73.6%和83.4%；组织学检查显示，A、B和C组均见横跨骨缺损的新骨形成，但D组在18周仍未见任何生物活性或机械完整性的骨形成。实验结果说明，CTMC植骨技术可以促进节段性骨缺损愈合。Segal和Shani[10]对71 mm长股骨骨缺损和27 mm长桡骨骨缺损的一成年犬采用钛网包裹打压自体松质骨与磷酸三钙混合植骨，骨缺损的近端和远端使用髓内针和带锁钢板固定，在术后22周和63周，X线显示整个钛网段见桥接性骨痂形成。Bullens等[11]对骨缺损3.5 cm的山羊股骨干采用髓内钉固定，分为两组比较利用钛网包裹打压山羊松质骨和大块皮质骨植骨，6个月后，力学实验显示，钛网组和大块皮质骨组的抗扭强度分别为对侧股骨的66.6%和60.3%；组织学检查显示，钛网组为新骨完全取代，而大块皮质骨组为新骨与坏死骨同时存在(爬行替代修复)。上述结果表明，钛网组较大块皮质骨组愈合更快、力学性能更可靠。

3.2影响修复效果因素实验研究Fujibayashi等[19]采用兔造成股骨10 mm长骨缺损模型，比较经化学和热处理的生物活性钛网(简称BAT)与纯钛网(对照组)修复的效果，组织学结果显示，钛网周围均生长出网状骨，在第4周和第8周网状骨转化成连续薄层骨；BAT组的抗扭刚度在第4周与完整股骨相近，在8周为完整股骨的2倍，均优于对照组，两组比较差异有统计学意义。结果提示，BAT在增强骨修复过程中取得了较纯钛钛网更快的修复效果。Teixeira等[12]将山羊3.5 cm 长的胫骨骨缺损分G1、G2两组，均采用钢板固定与钛网包裹打压植骨，G1组打压自体颗粒皮质骨植骨，G2组打压异体骨、骨形态形成蛋白等复合生物材料植骨，两组植入材料的数量相似。术后15 d，两组X线检查均可见初步骨痂形成，术后第60日和第90日，两组X线检查见骨痂塑型；术后第90日，形态学和组织学分析表明，G1组新骨骨量较G2组少、且较不成熟，两组新骨骨量占钛网空间分别为(51±3.46)%和(62±6.26)%。上述实验说明，复合生物材料成骨效果优于自体颗粒皮质骨。Bullens等[13-14]利用山羊股骨缺损模型探讨影响骨缺损修复效果几种情况，结果表明，填充植骨材料是否清洗对成骨效果影响不敏感，而钛网的合适程度是影响植骨成骨效果的一个重要因素，因此，应优化钛网的选择，网孔不宜过大或过细，钛网不宜过厚或过薄，选择适度网孔率和合适厚度的钛网才是手术重点；动态与静态髓内钉固定下，形成骨痂的大小和新生连接骨痂的抗扭力比较差异无统计学意义；自体松质骨或松质骨与人工骨混合作为打压植骨材料的成骨效果优于皮质骨，差异有统计学意义。张开放等[20]采用钛网包裹打压多孔羟基磷灰石-牛骨形态形成蛋白仿生骨植骨修复兔股骨干骨缺损，实验结果表明，钛网是较理想的内固定材料，多孔羟基磷灰石-牛骨形态形成蛋仿生骨是一种高效的生物活性替代骨。文献中已有较多不同植骨材料的实验研究，综合而言，对于修复长骨节段骨缺损，自体松质骨的成骨效果最好，但数量有限，异体骨和人工骨均是可行的辅助填充植骨材料，自体松质骨可以混合一定数量的皮质骨、异体骨和人工骨；钛网优于非钛金属网，而具有生物活性的钛网较普通钛网的成骨效果更好[21-24]。

4临床应用效果

2000年，Cobos等[2]首次报道2例胫骨大段骨缺损利用钛网包裹打压植骨加交锁髓内钉固定，1年后放射学检查显示获得对位优、稳定好的骨性愈合。Ostermann等[4]对1例Gustilo ⅢB型胫骨骨折伴大段骨缺损患者采用交锁髓内钉、钛网包裹打压植骨、局部皮瓣转移修复软组织缺损，术后立即负重和早期功能锻炼，1年后X线表现出对位优的骨性愈合，CT检查显示钛网长入新骨并愈合。2005年Attias等[6]报道1例Gustilo ⅢB型肱骨中段骨折伴8 cm长骨缺损患者，在感染控制后采用加压钢板固定、钛网包裹打压植骨治疗，随访13个月，CT检查显示新骨长入钛网并骨性愈合，患者的肩肘关节活动基本正常；2006年Attias和Lindsey[7]还报道3例胫骨骨损缺平均长12.2 cm的患者，采用交锁髓内钉固定、钛网包裹打压植骨治疗，1年后，CT显示整个钛网内形成新骨并骨性愈合，患者均能完全负重行走，患侧膝踝关节运动范围均良好。2013年，殷渠东等[3]报道1例桡骨骨缺损5.4 cm，经钢板内固定加钛网包裹打压自体松质骨植骨，术后4个月骨缺损愈合。最近有报道显示，6例四肢长骨大段骨缺损平均长6.5 cm，均获得骨性愈合，临床愈合时间平均5.1个月，邻近关节活动良好，无不良并发症发生[25]。尽管尚无大宗病例应用报道，但是迄今，利用钛网包裹打压植骨修复四肢长骨大段骨缺损已经在四肢几乎各个部位都取得满意的治疗效果，尚无失败病例和不良反应等并发症发生，具有简便、安全、有效和愈合较快等优点，患者容易接受，临床容易开展和推广。

5展望

利用钛网包裹打压植骨正成为修复长骨大段骨缺损的有效方法之一，但目前开展应用时间相对较短，长期效果有待进一步观察。骨缺损愈合后，钛网和钢板无法取出，是否会因长期内固定后应力遮挡发生继发性骨吸收，钢板内固定后如何恢复髓腔和皮质骨正常结构等问题也有待进一步研究。自体松质骨数量有限，可以替代的库存骨、骨髓和生物活性人工骨或结合干细胞技术的新的打压植骨材料，是下一步研究的重点[21-24]。

参考文献

[1]Masquelet AC,Fitoussi F,Begue T,etal.Reconstruction of the long bones by the induced membrane and spongy autograft[J].Ann Chir Plast Esthet，2000,45(3):346-353.

[2]Cobos JA,Lindsey RW,Gugala Z.The cylindrical titanium mesh cage for treatment of a long bone segmental defect:description of a new technique and report of two cases[J].J Orthop Trauma，2000,14(1):54-59.

[3]殷渠东，顾三军，吴永伟，等.钛网包裹自体松质骨打压植骨修复桡骨节段缺损一例[J].中国修复重建外科杂志，2013，27(2)：247-248.

[4]Ostermann PA,Haase N,Rübberdt A,etal.Management of a long segmental defect at the proximal meta-diaphyseal junction of the tibia using a cylindrical titanium mesh cage[J].J Orthop Trauma，2002,16(8):597-601.

[5]Clements JR,Carpenter BB,Pourciau JK.Treating segmental bone defects:a new technique[J].J Foot Ankle Surg，2008,47(4):350-356.

[6]Attias N,Lehman RE,Bodell LS,etal.Surgical management of a long segmental defect of the humerus using a cylindrical titanium mesh cage and plates:a case report[J].J Orthop Trauma，2005,19(3):211-216.

[7]Attias N,Lindsey RW.Case reports:management of large segmental tibial defects using a cylindrical mesh cage[J].Clin Orthop Relat Res，2006,450:259-266.

[8]殷渠东，顾三军，孙振中，等.植骨在预防四肢骨折术后骨不连的价值[J].中国骨与关节损伤杂志，2013,28(5):431-433.

[9]Lindsey RW,Gugala Z,Milne E,etal.The efficacy of cylindrical titanium mesh cage for the reconstruction of a critical-size canine segmental femoral diaphyseal defect[J].J Orthop Res，2006,24(7):1438-1453.

[10]Segal U,Shani J.Surgical management of large segmental femoral and radial bone defects in a dog:through use of a cylindrical titanium mesh cage and a cancellous bone graft[J].Vet Comp Orthop Traumatol，2010,23(1):66-70.

[11]Bullens PH,Bart Schreuder HW,de Waal Malefijt MC,etal.Is an impacted morselized graft in a cage an alternative for reconstructing segmental diaphyseal defects?[J].Clin Orthop Relat Res,2009,467(3):783-791.

[12]Teixeira CR,Rahal SC,Volpi RS,etal.Tibial segmental bone defect treated with bone plate and cage filled with either xeno-geneic composite or autologous cortical bone graft.An experimental study in sheep[J].Vet Comp Orthop Traumatol,2007,20(4):269-276.

[13]Bullens PH,Hannink G,Verdonschot N,etal.No effect of dynamic loading on bone graft healing in femoral segmental defect reconstructions in the goat[J].Injury,2010,41(12):1284-1291.

[14]Bullens PH,Schreuder BH,de Waal Malefijt MC,etal.The stabi-lity of impacted morsellized bone grafts in a metal cage under dynamic loaded conditions:an in vitro reconstruction of a segmental diaphyseal bone defect[J].Arch Orthop Trauma Surg,2009,129(5):575-581.

[15]Guo Z,Iku S,Mu L,etal.Implantation with new three-dimensional porous titanium web for treatment of parietal bone defect in rabbit[J].Artif Organs,2013,37(7):623-628.

[16]Ir′ianov IuM,Ir′ianova Tiu.Bone defect replacement under conditions of transosseous osteosynthesis and titanium nickelide implant application[J].Morfologiia，2012,142(4):83-86.

[17]Hong-sheng L,Ying-zhi Q,Shan-qing L,etal.Surgical resection of sternal tumors and reconstruction with titanium mesh[J].Chin Med Sci J，2011,26(4):237-240.

[18]张云坤,郁忠杰,贾晓钧，等.钛网植骨修复四肢长骨干骨缺损的实验研究[J].江苏大学学报：医学版,2006,16(4):288-290.

[19]Fujibayashi S,Kim HM,Neo M,etal.Repair of segmental long bone defect in rabbit femur using bioactive titanium cylindrical mesh cage[J].Biomaterials，2003,24(20):3445-3451.

[20]张开放，闫宏伟,刘凯,等.仿生骨植入钛网管固定修复兔骨缺损[J].西安交通大学学报：医学版，2007,28(1):89-92.

[21]Michiardi A,Hélary G,Nguyen PC,etal.Bioactive polymer grafting onto titanium alloy surfaces[J].Acta Biomater，2010,6(2):667-675.

[22]Tanaka K,Takemoto M,Fujibayashi S,etal.A bioactive and bioresorbable porous cubic composite scaffold loaded with bone marrow aspirate:a potential alternative to autogenous bone grafting[J].Spine (Phila Pa 1976)，2011,36(6):441-447.

[23]Uppal HS,Peterson BE,Misfeldt ML,etal.The viability of cells obtained using the Reamer-Irrigator-Aspirator system and in bone graft from the iliac crest[J].Bone Joint J，2013,95-B(9):1269-1274.

[24]孙正.异体松质骨植骨打压质量对植骨转归的影响的实验研究[D].蚌埠:蚌埠医学院，2012.

[25]殷渠东，孙振中，顾三军，等.钛网包裹打压植骨修复大段骨缺损初步报告[J].中国临床解剖学杂志，2015,33(1)：101-104.

Current Research Status of Titanium Mesh Wrapped Impacting Graft to Repair Massive Bone DefectXUKe-lin,GUSan-jun.(DepartmentofOrthopedics,WuxiNo.9People′sHospital,Wuxi214062,China)

Abstract:Free graft is traditionally considered only suitable for small bone defect but not suitable for massive bone defect.The titanium mesh wrapped impacting cancellous bone graft to repair massive defect of long bone can avoid bone resorption after free cancellous bone graft and facilitate early rehabilitation.Healing pattern is through ingrowth of vessels through titanium mesh to provide nutrition and osteogenic factors,to form new bone,then the newly formed bone gradually corticalizes to repair massive cortical bone defect.Animal experimental studies and clinical applications have showed simplicity,safety,effectiveness and fast healing of the method,whichi is an alternative for repairing massive defect of long bone in limbs.

Key words:Massive bone defect; Titanium mesh; Free graft; Impacting graft

收稿日期：2014-10-27修回日期：2014-12-26编辑：伊姗

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.035

中图分类号：R683.4

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2395-03