Ilizarov技术骨搬移术后骨愈合的影响因素研究进展

史晓丽，赵卫东，张永红，邢浩，李佳佳

(1.山西医科大学医学影像系，山西 太原 030001；2.山西医科大学第二医院影像科，山西 太原 030001；3.山西医科大学第二医院骨科，山西 太原 030001；4.山西医科大学第二临床医学院，山西 太原 030001)

Ilizarov技术作为治疗骨缺损的金标准[1]，是一种广泛应用于人体肢体重建的新技术[2]。骨缺损指发育畸形、骨髓炎、创伤或肿瘤等引起的肢体长度差异，通常需要手术的干预，是临床常见病。骨搬移技术是主要的治疗技术之一。骨搬移技术是指利用牵张成骨原理，将游离骨段搬移至骨缺损处，搬移这段距离长出新生的骨组织，最终实现骨延长。该技术的优点为手术简单、风险小，可以同时实现大段骨组织及周围软组织、神经、血管的再生。不足之处是治疗周期比较长，患者年龄、性别、截骨位置方式、外固定架的选择、骨质疏松、骨骼肌退行性变等因素对骨痂形成有影响，进而影响患者骨搬移术后骨愈合。近年来，随着对Ilizarov骨搬移技术研究的深入，其影响因素仍在不断探索中。笔者旨在探讨Ilizarov技术治疗骨缺损骨愈合影响因素的研究进展，综述如下。

1 自身因素的影响

自身影响因素包括：年龄、性别、吸烟、饮酒史、糖尿病、某些药物、膳食情况等。年龄、性别对牵张成骨影响目前尚存在争议。Aronson等[3]对肢体延长病例回顾性研究发现，年龄越小其骨再生能力越高，骨愈合速度越快，年龄增大骨再生能力明显降低。国内学者研究结果也显示，胰岛素样生长因子-1等成骨活性因子会随年龄增大而下降[4]。随着年龄的增大，骨形成的特异性标志物下降，骨形成降低，且女性骨形成标志物明显低于男性[5]。其原因可能是分析性别差异时未对年龄进行分组，绝经期女性雌激素水平降低。雌激素缺乏对牵张成骨有负面影响，愈伤组织形成延迟，新骨矿化程度低[6]。但是也有研究[7]认为，对于不同性别的高龄老人，骨转化率差异没有统计学意义，原因可能是尽管绝经期女性骨转化率低于男性，但进入高龄阶段不同性别成骨活性相近。Koczewski等[8]研究认为，3～50岁患者骨延长指数随年龄增长而增大。Wu等[9]认为性别和年龄对牵张成骨都没有影响。牵张成骨即不断地对骨痂进行新的超负荷力学刺激，人为改变成骨微环境，其影响有待进一步研究。也有人认为吸烟会影响新骨形成，Ehnert等[10]研究结果显示，吸烟影响骨痂形成，吸烟量越大影响越大。Bratton等[11]小鼠动物实验结果表明，酒精暴露对骨痂形成有不利影响。据研究报道，糖尿病对骨再生具有负面影响，Ⅰ型糖尿病比Ⅱ型糖尿病负面影响更严重，胰岛素通过刺激成骨细胞分化直接影响骨生成[12]。专家学者研究发现罗格列酮、非选择性和选择性非甾体抗炎药、镇痛药对乙酰氨基酚等药物会影响骨痂生成[13-15]。高脂饮食对骨骼健康具有不利影响[16]。作者认为，骨再生是一个极其复杂的过程，取决于一系列成骨因子的协调作用，年龄、绝经后女性、吸烟、饮酒、糖尿病、高脂饮食等都会不同程度影响成骨因子的协调作用，影响成骨的微环境，进而影响牵张成骨。临床上可以针对这些影响因素采取措施，改变成骨的微环境。例如局部应用各种生长因子(骨形成蛋白、转化生长因子、血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子-1)、戒烟、控制血糖、换用等效药、低脂饮食等，致力于促进骨缺损术后骨愈合。

2 手术方式的选择

截骨部位和方式、截骨技术、外固定架的选择会影响牵张成骨的质量和数量。截骨位置应尽可能选周围软组织血运丰富、覆盖完整的部位截骨，主要是干骺端，其次是骨干。临床实践证实胫骨截骨部位不同会影响牵拉区成骨。许多专家学者提出了多种形态截骨方式，如“Z”形截骨术、横断截骨术和斜形截骨术等。实践证明不同截骨方式对牵张成骨无明显影响，不同的截骨技术会影响牵张成骨。目前已经有多种不同方式的胫骨截骨术进行骨延长，多个钻孔和Gigli锯截骨术是最受欢迎的两种。Makhdoom等学者[17]通过回顾性分析不同截骨术进行胫骨骨延长患者，发现Gigli锯截骨术后成骨及巩固效果好，最大限度地减少了截骨术周围的局部软组织创伤和骨膜破裂。而对于颅颌骨的牵张成骨，Yamashita等学者[18]研究认为线锯(“T”型锯)骨瓣截骨术比骨凿的经典截骨术术后成骨速度快、质量高。外固定支架在牵张成骨中起着重要的作用，具有一定的生物力学特性，影响到骨的再生及愈合。环形外固定架既笨重又难以放置，术后管理比较困难。随着技术的改进，单侧外固定架逐渐应用在临床。Liu等[19]采用单侧外固定架重建股骨4～16 cm的骨缺损，通过Paley推荐的标准对结果进行评价，结果表明单侧外固定牵张成骨能有效治疗骨缺损。单侧外固定架的优点包括显著地将Ilizarov的圆形装置的一些最突出的缺点最小化，同时保留了其优点。Abhijit等[20]把单侧外固定应用到肱骨延长术中，患者耐受性好，是骨搬移可选的有效方法。并发症发生率与传统圆形支架相似，单侧框架允许患者将手臂放在一边，而不需要外展肩膀，也不会撞击胸壁。单侧外固定架也有其局限性，如患者术后并发轴线偏移，通过环形固定可以随时调整，但通过单侧外固定架铰链/角形器不易控制[21]。随着技术的发展，植入髓内延长器逐渐进入外科医生的视野。与外部器械相比，延长术具有感染率低、软组织损伤小、疼痛小、关节活动度好、患者舒适等优点。使用髓内器械治疗肢体长度差异的文献中描述了各种并发症，Schiedel等[22]报告了24例患者中有2例出现了髓内钉断裂事件，一起是由于跌倒造成的，另一起是焊缝沿线的疲劳破坏造成的，焊缝似乎是髓内钉的一个弱点。Tiefenböck等[23]研究报告中指出老年男性胫骨干内置入髓内钉牵张成骨，术后15个月无明显诱因出现焊缝截骨区断裂。在植入髓内延长器的基础上，Popkov等[24]采用24 h自动牵开器对16只杂种狗胫骨进行牵开，第1组采用羟基磷灰石包埋的髓内钛丝入胫骨管，然后采用Ilizarov支架固定并截骨；第2组牵张方式相同，但不采用髓内钉。研究结果表明，两组患者牵张期均减少了3倍，组1巩固期为(13.8±4.0)d，组2巩固期为(33.7±2.4)d。联合技术能显著减少术后并发症，不影响肢体功能，且能加快牵张成骨，肌肉能够表现出结构适应性和复原型的可塑性。对于临床外固定架的选择主要由患者经济条件及医疗环境、截骨位置、病情、术者的习惯及经验等决定，如股骨上端、肱骨截骨延长以单臂外固定架固定为佳，合并成角畸形者应选用环形外固定架，骨缺损范围大、病程长的患者可以考虑选择髓内钉联合Ilizarov支架固定，缩短治疗时间。

3 机械力学因素

骨搬移术后骨愈合的效果和病程很大程度上由牵张成骨的过程所决定，其中搬移速率及频率决定骨再生的生物模式和延长数量及质量，是影响肢体延长疗效和并发症的直接因素，也是相对最可控的环节，是人们用以调控骨再生最有效的技术环节。一般认为速度为1 mm/d，频率为2～4次/d为佳。在下颌骨牵张成骨研究结果表明，每天延长0.5 mm导致不成熟骨愈合，而每天1次2.0 mm的牵伸导致纤维性结合。牵张速率过低易导致截骨端过早愈合，达不到刺激新骨形成的目的；而牵张速率过高会导致纤维骨不连、血管生成数量减少以及肌肉损伤加重[25]。在一定的牵引速度下，高频率牵引或连续牵引可以促进牵张成骨。Popkov等[24]采用24h自动牵开器对16只狗胫骨进行牵开，每天牵开3 mm(0.025 mm×120/d)，成骨效果与手动1 mm/d成骨相当，极大地减少了牵张成骨时间。此研究证实，高频均匀连续牵张能最大程度激发骨组织再生的潜能。此外，对于年龄大患者延长速度可稍微放慢，而年龄小患者特别是干骺端的截骨延长速度可适当增加。因此，在高频牵张成骨的前提下，可以个性化提高牵张速度。高频次牵张成骨不仅仅加速骨愈合，Varsegova等[26]使用Ilizarov自动牵张成骨装置对18只狗胫骨以3 mm/d的速度移动，牵张120次(组1)和180次(组2)，对腓神经功能的破坏进行了研究。第1组检测到神经束膜损伤和神经内膜血管破坏，第2组神经束膜保留了完整的细片状结构，同时也保留了神经鞘内血管。并且在停止牵张后60 d保留髓鞘神经纤维的形态学分析显示，第2组轴索萎缩不明显，髓鞘形成较好，说明高频牵张成骨对神经组织再生效果好。此外，Makarov等[27]探索了相同搬移速度下3种不同频率羊胫骨延长术对骨骼肌的影响，组织学结果表明牵张成骨过程中会出现肌退化变性，且牵张频率越大，骨及周围骨骼肌组织再生能力越强，组织学损伤越小，即肌退变的强度与牵张频率成反比。Stupina等[28]探讨了不同延长频率对膝关节滑膜显微结构的影响，1组以1 mm/d，分4个增量，每个增量0.25 mm；2组使用增加的自动牵张速度，以3 mm/d为单位，分120个增量，每个增量0.025 mm。结果显示1组滑膜炎明显，滑膜血管增生，滑膜下神经纤维变性，有再生的趋势。第2组滑膜炎中度至轻度，滑膜下血管和神经进行性退行性改变，高频牵张成骨不仅成骨效果显著，对关节退变影响小。作者认为，在自动高频牵张条件下，可以适当提高牵张速度，不但成骨效果越好，周围软组织、血管神经再生效果好，膝关节损伤小，还能明显缩短牵张期。因此，适当加快牵引速度加高频自动牵张成骨能缩短临床疗程，并取得最终理想治疗效果。

4 骨密度及周围软组织情况

有学者研究发现[29]，骨骼肌在新生骨形成中作用显著，骨折部位覆盖有完整的骨骼肌比周围骨骼肌受损的骨折愈合效果好。已经有研究结果显示[30]，骨骼-肌肉机械和生物化学理论是互补的，因此机械力可能会引发骨骼和肌肉的调节和释放特定因子，从而促进新生骨生成。作者认为一方面可能是骨骼肌是机体最大的内分泌器官[31]，肌肉分泌的各种生长因子、白介素、骨形成蛋白等对骨肌系统具有重要的调节作用[32]。另一方面认为，骨骼肌组织内含有丰富的血管，能促进新生骨形成[33]，因此，骨骼肌对于骨形成和骨修复具有积极作用。国外大量动物实验证实，牵张成骨中骨质疏松症可延缓骨痂愈合，并对骨形成产生不利影响[33]。并且有研究表明骨质疏松会影响内固定的稳定性，进而影响手术效果，所以术后骨质疏松会影响内固定的稳定程度及增加术后失败率[34]。除此之外，骨质疏松症与骨关节炎两者在临床上往往伴随出现，因此，骨质疏松不仅仅影响牵张成骨及手术效果，术后邻近关节关节炎也会伴随发生。

综上所述，多种因素影响Ilizarov技术骨搬移术后骨愈合，其中牵张速度、频率是主要原因，牵张期建议使用自动牵张期恒定高频率牵张成骨，新生骨、肌肉、血管、神经及邻近关节能够表现出结构适应性和复原可塑性，同时局部应用一些已被临床证实的各种促进新骨形成及加速矿化的相关因素，避免不利因素。术中建议在骨骺段或周围软组织丰富的部位截骨，截骨时树立微创意识，如尽量采用小切口，减少骨膜及周围软组织损伤。术后根据患者情况个性化决定牵张过程，促进牵张区骨愈合和软组织再生，将有望大幅度缩短病程，获得较好骨愈合效果，早期达到临床治疗效果，提高患者的生活质量。