胫骨骨缺损临床治疗研究进展

郭　骏，　刘欣伟，　陈　语，　周大鹏

沈阳军区总医院 骨科，辽宁 沈阳　110016

·综述·

胫骨骨缺损临床治疗研究进展

郭骏，刘欣伟，陈语，周大鹏

沈阳军区总医院 骨科，辽宁 沈阳110016

关键词：胫骨骨缺损；骨移植；骨迁移延长；膜诱导技术

DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.03.17

创伤、感染和肿瘤切除均可致胫骨骨缺损。在创伤骨科疾病中，因胫骨特殊的解剖特点[1]，胫骨开放性骨折占有很大比例，此类损伤常伴有严重的骨质缺损合并软组织损伤，成为骨科治疗领域的难题。目前，治疗方法包括骨移植术、外固定技术、膜诱导技术、组织工程技术、基因工程技术等，本文对近年来国内外胫骨骨缺损的临床治疗与研究现状作一综述。现报道如下。

1骨移植技术

移植骨按来源分为自体骨、异体骨和人工骨。自体骨移植安全性高，骨诱导性能良好，因而被认为是治疗骨缺损和骨不连的金标准。常见的植骨重建方式包括：不带血管的髂骨块移植、带血管蒂骨移植、骨膜瓣及复合组织瓣移植[2]。不带血供的髂骨块移植，是植骨的一种常规方式，对小的缺损，采用带皮质的松质骨植入，能起到填充和支持作用。近年来，显微骨科技术发展迅速，带血管蒂的骨移植已经成为治疗继发性胫骨骨髓炎骨缺损的主要方法，它不但可以填充缺损部位，还可提高局部抗感染能力，降低感染复发的机会。相对于其他植骨来源，如髂骨、肋骨等，腓骨移植在治疗胫骨骨缺损时更为理想。研究表明，应用带血管蒂的游离腓骨移植修复胫骨大段骨缺损，术后随访结果表明均获得满意的疗效[3]。

同种异体骨是自体骨的良好替代品，其优势在于数量充足、强度高，并且可被塑形成任何的形状填补骨缺损。它具有良好的骨传导性，经过特定方法处理后还可以保留骨诱导性。但较之自体骨移植，异体骨在骨移植性能上局限性较多，由于是异体，机体会产生强烈的免疫排斥反应。研究表明[4]，对异体骨通过物理、化学方法处理后，虽然可消除其免疫原性.但不可避免造成有益的活性物质的丢失。同时我们对于移植骨愈合的机制也尚存争议。因此，异体骨在临床上的应用受限严重。Bishop等[5]报道，用带血管的同种异体骨移植治疗大段骨缺损，由于移植后出现免疫排斥反应，术后患者需要长期行免疫抑制疗法治疗，其可能产生的不良反应值得关注。

2Ilizarov外固定延长技术

近年来，临床上对大量胫骨骨缺损患者采取了Ilizarov外固定延长技术进行治疗。该技术通过缓慢稳定持续的牵引活体组织，刺激了组织微环境的新陈代谢，促进了某些组织细胞的快速增殖，在持续牵张的同时，骨与软骨也得到了再生，从而一次解决了骨缺损、骨不连和肢体短缩3个难题，并且不用植骨和内固定[6]。De Bastiani等[7]在1987年首先提出骨痂延长术的概念，即在骨干进行截骨，数天后待纤维骨痂形成后进行延长，以加速骨的愈合，降低骨不愈合的发生率。此方法常应用于临床胫骨骨缺损的治疗，适用于骨缺损率为骨原长度的15%左右以及骨不连伴患肢短缩的患者。此后，有学者提出了骨节段延长移位术，该手术特点是将骨缺损区一侧或两侧的骨质通过皮质骨切开，或将干骺端截骨术形成的骨节段逐渐向缺损区移位延长，当骨缺损两端的骨质逐渐靠拢后再行局部加压固定，适用于修复缺损率15%以上的大段骨缺损[8]。骨外固定技术在促进骨的延长及愈合的同时，也有利于缺损区周围软组织的修复，显示出其在治疗复杂创伤性胫骨骨缺损的优越性[9]。骨外固定技术具有方法简单、创伤小、不需植骨、并发症少及疗效确切等优点，是创伤、感染和肿瘤切除术后胫骨骨缺损修复及功能重建的一种不植骨的新方法。患者行动不便，治疗周期长，可能出现针道松动、感染、及断裂等，是该项技术的主要不足。针对上述不足，对其进行了改进，如将髓内钉技术与骨延长技术有效结合能明显减少外固定架的治疗周期，进而减少针道松动、感染等并发症，使患者能早期下床进行功能锻炼[10]。而Sen等[11]对17例胫骨大段骨缺损患者应用骨压缩牵引成骨技术治疗，疗效确切。

3膜诱导技术

Masquelet等[12]于1986-1999年对35例长骨骨缺损的患者采用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)骨水泥诱导成膜后，用自体松质骨移植填充缺损区，取得满意疗效，此后这种方法在临床上得到了广泛应用。Masquelet技术以二阶段治疗骨缺损为特点。首先，对缺损区进行彻底清创，用骨水泥充填缺损区，并用外固定架固定骨缺损两端，在假体周围能诱导生成自体膜结构，然后再诱导膜内植骨并选用合适的内固定物固定骨断端，促使新骨形成，以修复骨缺损并达到骨愈合。

Cuthbert等[13]研究表明，在人体内形成的诱导膜比正常骨膜更厚，在酶解后通过流式细胞术测定，每克诱导膜组织中的活细胞数是正常骨膜中的11倍。从诱导膜和正常骨膜中扩充的间充质干细胞表现出相同的成骨潜能[14]，这表明诱导膜作为间充质细胞丰富的资源有利于骨重建。在诱导膜组织中，淋巴细胞增殖明显，CD45淋巴细胞的含量是正常骨膜中的31倍，这表明诱导膜组织的免疫活性更强。有动物实验表明，诱导膜上有垂直于骨长轴方向密集排列的小血管系统，还分泌促进成骨的生长因子，如骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)、转化生长因子B1(transforming growth factor，TGFB1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，这些生长因子不仅可以促进膜内皮细胞增殖，还可促进成骨细胞的增殖与分化，从而为骨的生长提供营养，并促进骨再生[15]。有研究通过对动物的皮下、肌层、骨生长区形成的诱导膜的厚度、微血管密度等方面进行对比研究，结果表明，诱导膜内的细胞成分、生长因子及膜的厚度与诱导膜形成的位置有关[16-17]。在骨生长区形成的诱导膜的厚度介于皮下和肌层形成的膜，但是微血管密度是最高的，退化速度是最低的。因此，在骨生长区形成的诱导膜可以诱导出更强的骨重建。Masquelet等[12]研究表明，同时使用诱导膜和植骨的完整诱导膜技术修复骨缺损的效果优于单纯使用植骨或单纯使用诱导膜修复的成骨效果。Masquelet技术可用于创伤、感染、恶性肿瘤切除等所致胫骨骨缺损，尤其对于感染引起的胫骨骨缺损，骨水泥中混入抗生素，可以有效的控制感染，优势较其他方法明显。与带血管的骨移植技术相比，诱导膜技术不需要显微外科吻合血管，受区不发生应力性骨折，供区并发症少，术后愈合快。与Ilizaro骨搬移技术相比，诱导膜技术有着操作简单、易推广、感染率低、负重时间早等优点。

虽然Masquelet技术在临床应用中优势明显，但是其在应用和研究过程中仍有些关键问题未解决。目前，Masquelet技术Ⅰ期的固定方式主要是外固定架，使用过程中可能出现骨断端固定不稳定、钉道感染，导致治疗失败[18]。诱导膜技术的并发症有深部感染、骨断端不愈合、骨连接不正、关节僵硬、应力性骨折[19]。对于骨缺损范围较大的患者，需要植入大量的替代材料，植入材料的成骨效果及选择需要进一步研究。

4组织工程技术

1965年，Urist[20]用骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，DBM)诱导间充质细胞形成进而分化为成骨细胞。直到1987年在美国纽约的学会会议上才正式提出组织工程学定义，其目的和意义是建立活组织培养，新的生物代替物，从形态、结构和功能上对缺损或功能障碍的组织、器官进行永久性地置换，实现组织器官的修复和重建。骨组织工程有3个基本元素，即种子细胞、支架材料和生长因子。

种子细胞是骨组织工程研究中最基本的环节，种子细胞应具有分裂增生能力强、功能旺盛、无或仅有极微弱的免疫排斥反应、能连续传代、取材简单等特点。目前，骨髓基质干细胞(bone marrow stem cells，BMSCs)及脂肪源性干细胞(adipose derived stern cells，ADSCs)在组织工程学领域中应用较多。Kon等[21]研究利用BMSC复合HA支架材料构建组织工程骨修复绵羊胫骨基准大小的节段骨缺损时，取得了更加明显的修复效果。Mesimaki等[22]利用由自体脂肪源干细胞、重组人骨形态发生蛋白-2、β-磷酸三钙制定的微血管复合皮瓣为1例骨缺损患者进行修复，并生成了骨化良好的骨组织。生物支架能为骨缺损部位提供结构支撑并且是种子细胞的良好载体，在机体固有修复前为种子细胞提供新陈代谢、营养交换、增殖分化的空间。理想的生物支架材料应具备良好的生物组织相容性、无毒性、可降解性、且可被塑形成适合任意骨缺损的大小及形状、具有多孔三维结构及一定的机械强度。目前，应用于骨组织工程的支架材料主要分为天然、人工材料及高分子支架材料3大类。天然材料包括天然骨、天然高分子聚合物，如藻酸盐、几丁质、珊瑚骨等，其取材广泛，生物相容性好，但力学性能较差。Chung等[23]在大鼠颅骨缺损处植入一种可释放骨形态发生蛋白的纳米微球肝素-纤维蛋白复合物，结果显示在缺损区形成大面积钙化骨。人工材料如壳聚糖、聚乳酸、生物陶瓷、磷酸三钙、聚酸酐以及他们之间的共聚物等，虽具有良好的组织相容性、骨传导性，但细胞吸附性能及降解性能差，影响新骨的生长及重建。有研究表明，在肿瘤切除术后骨缺损区域植入载有骨髓间充质干细胞的羟基磷灰石支架，随访观察7个月骨缺损得到修复[24]。复合材料综合各种不同材料的优点，进而提高了材料利用的综合性能，是目前骨组织工程学研究的前沿课题。Bhumiratana等[25]利用蚕丝蛋白联合羟基磷灰石制成的复合支架，不但降解良好，且有利于骨质的快速形成。

细胞因子不仅可以促进细胞的增殖分化，而且可以促进血管的生成及成骨细胞的增殖，是骨再生的重要环节。现已从人体骨细胞、骨基质中分离培养出多种骨生长因子，如BMP、转化生长因子、血小板衍生生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子等。BMP作为骨生长的启动因子，具有很强诱导骨再生的能力[26]。Gelse等[27]证实，胰岛素样生长因子与其他生长因子协同可激活骨母细胞增殖、分化并促进骨的生长发育。

骨组织工程技术在实验研究方面取得巨大突破性进展的同时，在临床治疗也取得了很好的效果。随着研究的不断深入，纳米技术、计算机技术也应用于支架的研制。国内研究报道，在纳米相羟基磷灰石胶原中载入内皮细胞及成骨细胞，构建成的纳米骨成功的应用于骨缺损的修复[28]。骨组织工程学的研究将为胫骨骨缺损的修复开辟广阔的发展空间。

5基因治疗

近年来，由于基因工程技术和分子生物学技术的发展，利用基因技术将相关的目的基因通过载体导入靶细胞，进而表达特定的生长因子蛋白促进骨折的愈合为当今的研究热点。在治疗胫骨骨缺损时，常根据不同的研究目的，选择目的基因、基因载体及基因转运方式。将基因治疗联合组织工程学技术，将目的基因与载体靶细胞结合作为骨组织工程的种子细胞，载入合适的生物支架材料构建成人工骨。利用该技术治疗胫骨骨缺损，既保留了基因治疗和组织工程骨单独治疗骨缺损的优点，又克服了单独治疗时的不足，可能成为未来治疗复杂胫骨骨缺损的研究方向。目前，基因治疗技术在基础研究领域取得了巨大成果，随着科技的发展和研究的深入，最终会取得满意的效果。

6结语

目前，胫骨骨缺损的治疗仍以传统的自体及异体骨移植为主，许多新技术都处于实验阶段，若要应用于临床，仍需不断的探索及努力。通过对胫骨骨缺损临床治疗的现状和进展的分析，笔者认为将来的研究可重点关注以下几个问题：(1)异体骨或异种骨移植，特别是带血管移植后的免疫排斥反应；(2)复合人工材料的研发应接近天然骨的结构和性能，且同时具有骨诱导活性；(3)骨组织工程与基因工程以及计算机重建技术的有效结合；(4)显微外科技术在骨缺损治疗中的应用。骨科医师应与基础研究人员密切合作，将基础研究和临床应用、生物材料和非生物材料、组织支架与内固定技术等有机结合起来，为胫骨骨缺损临床治疗提供最有效的方法。

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Key words:Tibia Bone defect;Bone graft;Bone transport;Membrane Technique

通信作者：陈语，E-mail：chenyumd@126.com

文章编号：2095-5561(2016)03-0185-04 中图分类号：R687.3

文献标志码：A

收稿日期：2016-02-08

第一作者：郭骏(1990-)，男，湖北十堰人，医师，硕士