大段骨缺损外科治疗方法的应用研究进展

邹波，高秋明，黄强，石杰，张皓，李聪

1中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院创伤骨科，兰州 730050；2西北民族大学医学部

骨缺损长度大于5 cm为大段骨缺损，骨组织虽具有一定自我修复功能，但缺损大于“临界骨缺损”时骨将不能自我修复［1-4］。大段骨缺损的病因多样，治疗难度大，手术复杂，并发症多，一直是临床骨科医生的挑战与难题。近几十年来各种外科治疗方法不断涌现，目前大段骨缺损的外科治疗方法主要包括带血管蒂腓骨移植技术、诱导膜技术、骨搬运技术、交锁髓内钉联合骨移植技术、Cylindrical mesh技术等。现就大段骨缺损外科治疗方法的应用研究进展情况综述如下。

1 带血管蒂腓骨移植术在大段骨缺损治疗中的应用

1975年TAYLOR等［5］使用了带血管蒂腓骨移植技术，为2例长度超过6 cm的大段骨缺损患者进行了治疗，并取得成功进行了首次报道。此后这一方法就被外科广泛用于大段骨缺损的治疗。现如今带血管蒂腓骨移植术已与骨搬运技术并成为治疗大段骨缺损的金标准。

目前髂骨和肋骨作为常用的移植骨，通常是被用于小段的骨缺损治疗。而腓骨则被认为是最适合于大段骨缺损治疗的移植骨［6］。因为腓骨作为移植骨进行带血管蒂腓骨移植术治疗大段骨缺损时有以下优势：①腓骨骨质致密，质地坚硬支撑力强。大部分移植骨植骨后需经过骨修复的爬行替代过程，而带血管腓骨移植后无需此过程骨愈合迅速［7］，几乎无皮质的骨吸收，疲劳性骨折发生率低，还能更早功能锻炼下地负重［8］；②腓骨不是主要的负重骨，截取移植后对供区肢体功能影响不大；③腓骨的供血系统是相对独立的，其血管管径也粗，移植时利于受区的血管吻合［9］，移植后还会形成自己完整的供血系统，治疗缺损的同时具有良好的抗感染能力；④腓骨还具有充足的移植长度，使用腓骨作为移植骨还可有效解决自体骨移植骨量不足的问题，非常适用于大段骨缺损治疗［10］。但带血管蒂腓骨移植术在大段骨缺损的治疗上同样也有一些不足：①学习周期长，施术者需经过相当长的学习周期才能具备高超的显微外科技术和优秀的病患管理能力，同时良好的硬件基础也必不可少；②对于骨缺损的周径和骨缺损的长度都超过正常所见的骨缺损时，移植腓骨的宽度及长度相对有限［11］，需联合其他植骨方式才能达到治疗骨缺损的目的，同时此类骨缺损，移植后的腓骨需经长时间的骨重塑，骨的强度才能满足骨的承重要求，不然易发生应力性骨折；③切取移植腓骨要在大于外踝10 cm以上的部位，否者将影响供肢踝关节功能［12］。此在一定程度上限制了腓骨移植的长度，使其无法满足过长的大段骨缺损治疗。

近年有医师在使用带血管蒂腓骨移植技术时联合骨搬运技术治疗大段骨缺损患者，亦取得了不错的疗效。SEMAYA等［13］运用带血管蒂腓骨移植联合骨搬运技术，治疗了14例创伤后骨缺损患者。不仅所有患者均获得满意的骨愈合，还极大的缩短了治疗时间，减少了患者所受损伤。虽然带血管蒂腓骨移植无法满足所有大段骨缺损的治疗，但它可与其他治疗方式联合，发挥更大的治疗效果。

2 诱导膜技术在大段骨缺损治疗中的应用

诱导膜技术又称为诱导膜技术，是近年来外科使用较多的治疗骨缺损的方法，特别是大段骨缺损的治疗。MASQUELET［14］曾用该方法治疗过缺损长达25 cm的大段骨缺损患者，平均8.5个月后患者肢体功能恢复可完全负重行走。此外研究［15］指出，单纯的植骨治疗或单纯只用诱导膜技术治疗骨缺损，其效果要弱于诱导膜联合植骨的方法。同时骨缺损区具有完整良好的软组织覆盖，是诱导膜技术应用的重要条件。其治疗过程主要有两个阶段［16］：一期彻底行病灶清除，将缺损骨端修整后用外固定架一期固定。然后将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥置入并填充满骨缺损区。PMMA填充缺损的同时可作为诱导剂诱导骨缺损区形成诱导膜。针对感染性骨缺损，还可选择敏感抗生素（常用万古霉素）混入PMMA骨水泥中，增强局部抗感染能力。二期（4～6周后）待PMMA骨水泥周围形成诱导膜后，取出PM‐MA骨水泥并在缺区植入足量颗粒骨，完成治疗。诱导膜是一种特殊的生物膜，是在植入骨水泥的表面人为诱导产生的，其有着与骨膜相类似的生物特性，所以又被人称作“诱导骨膜”。骨诱导膜中的血管化结构是较为丰富，所以诱导膜对骨缺损再生修复也起到促进作用。同时诱导膜技术诱导产生的诱导膜较正常骨膜厚，且此类膜中的活性细胞数量约是正常骨膜的11倍［17］。已有许多的实验研究证实，诱导膜内的前列素E2和骨形态发生蛋白2的浓度可达到骨膜水平。此外该膜不仅富含小血管系统，且还可分泌多种细胞生物活性成分，如成纤维细胞生长因子、转化生长因子和血管内皮生长因子等，可促进骨再生［18-19］。

外科使用诱导膜技术治疗大段骨缺损的优势就在于：①适用范围广，可用于不同原因造成的大节段骨缺损（包括创伤后、骨感染清创后、肿瘤段切后）；②无显微外科技术的限制，操作难度小；③手术并发症相对较少。当然该技术也存在着不足：①需要分阶段进行手术，增加了患者的治疗风险和治疗周期，这是其明显不足；②治疗大节段骨缺损时，植入的自体颗粒骨数量有限，常需联合异体骨和人工骨植入。而骨替代物过多又会影响骨缺损的修复效果，增加骨不连等并发症的发生率［20］；③使用该技术时需联合使用内固定或外固定装置来固定缺损断端，但目前尚无有效证据表明选用何种固定方式更能提高治疗效果；④诱导膜技术仍缺少诱导效果更强更具生物活性的填充诱导材料［21］。

当前临床使用最多的既能填充骨缺损又能诱导出生物膜的材料就是PMMA骨水泥。PMMA骨水泥在当前来看虽兼具良好的生物活性与形成诱导膜的能力，却需二次手术取出。其在人体中无法吸收降解，且其凝固过程中释放出的热量还会对周围组织造成一定损伤［22］。此外就弹性模量而言骨和骨水泥之间差异明显，骨水泥更不易形变导致放置骨水泥后应力性骨折常发生。因此近年来将诱导膜技术与组织工程技术相结合，研发具有良好生物性能的人工材料，替代PMMA骨水泥和自体骨，制备更理想的诱导材料成为诱导膜技术新的研究方向。另外应用和这固定方式来固定缺损断端也值得进一步研究。

3 骨搬运技术在大段骨缺损治疗中的应用

骨搬运技术又称牵张成骨技术，是上世纪50年代由俄罗斯医师ILIZAROV提出的［23］。该技术的产生让以往很难解决的骨不连、骨缺损、肢体短缩3个难题，现如今可一次性解决。同时该技术也是目前外科治疗大节段骨缺损的主要方式之一。其原理是给骨骼一个生理限度内的牵拉应力，骨和附着其上的肌肉、软组织、神经、血管就会受牵张同步生长。该技术利用了骨与其周围组织的自我修复再生能力，修复骨缺损的同时修复软组织缺损。同时该技术遵循张力—应力法则［24］，通过在体外安装外固定架调整搬移环，牵张截骨端促进骨生长修复。而截骨端的微动和轴向加压能进一步刺激骨的再生。

应用此技术时彻底清除病灶及其周围感染坏死组织，是骨搬运技术的手术治疗过程中最重要的环节。只有在高质量完成此步骤后才可选择合适的区域进行截骨，然后安装外固定架。骨搬运在术后1周按“先慢后快”原则，连续每天分次调整环距，按照0.75～1.00 mm/d的距离，将截骨断端持续牵张搬向骨缺损区。骨搬运所产生的空间会通过骨的自身修复功能而生成新骨痂，逐渐完成骨缺损修复，此修复方式与膜内成骨相似［25］。在骨搬移期间患者的患肢X线片需定期复查，通X线片测量患肢力线、观察截骨延长端的骨矿化程度，根据所得结果对搬移的速度和频率进行动态调整。

骨搬运技术在治疗大节段骨缺损方面有以下优势：①理论上可治疗任何长度的骨缺损；②可用于如高能量损伤、慢性骨感染、骨肿瘤切除等不同原因所致的大段骨缺损治疗，特别是缺损较大的单纯骨缺损；③骨搬运技术的外固定架对缺损患肢的固定非常稳定，能消除患肢各方向的旋转和剪切应力，患肢稳定便可早期下地活动；④根据成骨情况可随时调整骨搬运速度，相对可控的进行骨缺损治疗；⑤骨搬运不需植骨不存移植排异等问题，且再生骨段粗细与周围健康骨段一致。但骨搬运技术也有不足：①治疗过程中操作繁琐，缺损越大治疗时间越长；②患者长时间佩戴外固定架日常活动受限，患者生活质量降低；③长期外固定架固定钉道松动、感染、再骨折、成角畸形、软组织嵌入等并发症的发生率增加［26］；④骨搬运过程由于肌肉收缩，软组织内的压力增高，可引起患肢持续疼痛。

有学者还在骨搬运技术的基础改进提出了“手风琴”技术，即在骨搬运过程中进行反复的压缩—牵张以加快骨的再生。已有研究表明在骨搬运早期进行反复压缩—牵张，可加速骨痂形成［27］。WU等［28］研究也表明和经典骨搬运技术相比较，“手风琴”技术可加快骨缺损治愈时间。但在整体治疗效果方面两种技术差异不大。此外，骨科医生还在Ilizarov环形外固定架基础上发展出了六轴外固定架、单边外固定架、环形加单边组合架，进一步优化了骨搬运技术对大节段骨缺损的治疗。

4 交锁髓内钉联合骨移植技术在大段骨缺损治疗中的应用

近年来交锁髓内钉联合骨移植也较多的用于大段骨缺损的治疗。有骨科医生曾报道使用交锁髓内钉联合骨移植将骨缺损长达15 cm患者治愈［29］。因交锁髓内钉符合人体生物力学，相较于钢板抗弯曲、抗扭转能力都更强，且具有“生物性内固定”［30］的特点，故该方法也成为目前大节段骨缺损的外科治疗方式之一。大段骨缺损修复的首要条件就是骨缺损断端的稳定。传统的钢板固定缺损断端，因钢板的抗弯曲应力相对弱、偏心受力等缺陷，往往不能稳定固定骨缺损断端，易造成缺损患肢的螺钉松动和钢板断裂。而通过骨中轴线固定的交锁髓内钉，固定骨缺损断端时在髓内钉上所形成的弯曲应力几乎为零，且缺损两端的轴向压力还能在髓内钉上均匀分布。使患肢整体的抗剪切和扭转应力显著降低，减少再骨折发生的风险。在髓内钉固定缺损断端的同时在骨缺损区充分植骨，不仅使骨缺损断端之间的稳定性显著加强，同时移植骨产生的骨传导和诱导成骨作用还能加速骨缺损的再生修复。

交锁髓内钉联合骨移植技术在外科治疗大节段骨缺损的优点是：①骨缺损越长稳定固定越困难，交锁髓内钉固定经骨干轴心的髓内固定方式，与比其他固定方式比能承受更多不同方向上的应力不易形变。缺损两端锁钉不仅固定稳定性强，还能有效防止患肢短缩及旋转活动［31］；②交锁髓内钉有利于术后早期功能锻炼，避免引起关节僵硬和肌萎缩，能最大程度保持和恢复患肢关节功能；③该技术微创、软组织剥离较少，对术区血运造成破坏小［32］；④髓内钉应力传导作用和治疗后期拆除远端锁钉后改静力固定为动力固定［33］，可刺激缺损端骨痂生长，同时新生骨痂受轴向微动应力刺激加速改造塑形过程加快骨缺损愈合；⑤先远端后近端的螺钉锁定方式，更能使所植骨与骨缺损区紧密贴附形成“架桥”，诱导新生骨细胞爬行替代达到骨修复。但该技术治疗大段骨缺损也存在一些缺陷：①因该技术需联合植骨术，但自体骨移植过程中取骨数量有限，因此无满足对缺损过长的长骨大段骨缺损的治疗；②交锁髓内钉联合骨移植技术髓内针需植入骨髓腔，不可避免的为细菌感染提供了通道，使深部感染的风险增加；③该技术无法用于髓腔过窄的大节段骨缺损患者；④临近关节的大节段骨缺损患者，髓内钉锁钉不便且影响关节正常活动，不宜选用交锁髓内钉联合骨移植技术。

在使用该技术时，髓腔是否进行扩大是目前存在的主要争议。有的骨科医生认为进行髓腔扩大会破坏骨内膜血运影响骨缺损修复［34］，同时增大了感染的风险。但也有医生认为，植入髓内钉前进行扩大髓腔，使患肢髓腔内径扩大一致的同时还增加了髓腔的接触面积。同时扩髓形成的粗糙骨面加大了髓内钉与髓腔的摩擦力，让骨缺损两端的固定更稳定。而且扩大髓腔时还会对骨缺损端形成一定生物刺激，利于骨痂生长骨缺损修复［35］。交锁髓内钉联合骨移植技术日益成熟，其操作简便，无明显的设备限制。虽无法治疗所有不同情况的大段骨缺损，但其治疗大段骨缺损也不乏优势，外科治疗时可视具体情况灵活选用。

5 Cylindrical mesh技术在大段骨缺损治疗中的应用

2000年左右COBOS等［36］提出了一项新的外科治疗骨缺损的方法，同时也是一种可用于治疗大段骨缺损的方法，即Cylindrical mesh技术。研究最初，COBOS等先在患者原胫骨缺损处将一个长度比缺损长约1 cm的填有同种异体骨的圆柱形钛网植入其中，后用髓内钉进行了固定。2例接受该治疗方式的患者术后一年随访，患者骨缺损均得到修复并获得良好的骨愈合。该技术治疗大节段骨缺损的优势就在于，治疗可一期完成患者无需经过多次手术，只需在骨缺损区植入带有移植骨的钛网并稳定固定，治疗即完成。应用该技术ATTIAS等［37］治愈了3例合并有重度骨及软组织缺损的GustiloⅢB型胫骨骨折患者，骨缺损长度平均长达12.2 cm。1年后行随访发现所有接受该方法治疗的骨缺损患者，患肢缺损均获得重建且骨愈合良好。且所有患者的患肢关节功能良好，生活质量均未受影响。但Cylindri‐cal mesh技术最大缺点就是无法解决软组织缺损的问题，因此该方法的使用对患肢的软组织条件要求较高，且骨缺损过大时还受植骨来源的限制，所以其在外科治疗大段骨缺损时受到了一定的制约，但这并不影响其在软组织条件好的患者身上的使用。

综上所述，大段骨缺损的治疗具有很大的复杂性，当前对大段骨缺损的治疗虽方案众多，且不同的方法都可以在治疗过程中发挥出独特优势，但在选择治疗方法时要权衡不同方法的优缺点，提高治愈率。带血管蒂腓骨移植术通过切取带血管腓骨移植来治疗大段骨缺损，是治疗大段骨缺损的金标准之一。诱导膜技术治疗大段骨缺损具有适用范围广、无显微外科技术的限制、操作难度小、并发症较少等优点，但也存在治疗周期长、植入的自体颗粒骨数量有限、需联合使用内固定或外固定装置来固定缺损断端等不足。骨搬运技术利用牵张成骨原理，通过在体外安装外固定架调整搬移环，牵张截骨端修复骨缺损。交锁髓内钉联合骨移植技术是在髓内钉固定骨缺损断端的同时在骨缺损区充分植骨修复骨缺损。Cylindrical mesh技术是在骨缺损区植入带有移植骨的钛网并稳定固定来治疗骨缺损。就目前外科治疗大节段骨缺损的方法而言大多都需联合骨移植治疗，所以研发移植效果更好的骨替代材料显得尤为重要。目前以3D打印为基础的增材制造技术可制备具有良好骨传导、骨诱导和组织相容性的骨修复支架［38］，在动物实验中已取得良好效果。随着骨组织工程技术的发展，相信在不久的将来会研制出更加适合修复骨缺损的人工移植骨材料，为外科治疗技术的革新带来新的革命。