生物可吸收材料在颌面部骨折治疗中的研究进展

罗义方，李小丹

(华中科技大学同济医学院附属协和医院整形外科，湖北 武汉，430022)

颌面部骨折的治疗常以骨折断端的复位和坚固内固定为主，金属钛板被认为是颌面部骨折内固定治疗的首选材料。然而钛板的使用也会带来一些问题，例如影响儿童骨骼生长，干扰放射成像，冷热刺激敏感，产生应力遮挡以及需要二次手术取出等[1]。近年来，生物可吸收材料在颌面部骨折中的应用成为研究热点，因具有组织相容性好、可降解吸收、无须取出的特点，使其能够应用于颌面外科的内固定治疗，在国内的使用也越来越普遍。然而，生物可吸收内固定系统的机械强度、稳固性、安全性等一直是令人担忧的问题。本文就颌面外科生物可吸收材料的发展和分类、临床并发症、面临的问题等进行综述。

1 颌面外科生物可吸收材料的发展

自Cutright DE等在1971年[2]首次尝试在颌面区域使用生物可吸收材料来固定面部骨折以来，越来越多的高分子聚合物被用于颌面外科，经过几十年的发展，颌面部可吸收材料有了很大进步，并且逐渐被颌面外科医师所接受。传统的生物可吸收固定板和螺钉主要有以下几种：

1.1 聚乙醇酸（polyglycolic acid,PGA）

PGA是一种生物可吸收聚合物，平均分子质量在2.0×104到1.45×105之间，具有高度的结晶结构，用于骨外科的针、螺钉和固定板。具有质韧和坚硬的特点，但由于降解速度快，大约在植入后4-7周，PGA在体内出现早期机械强度丧失，而且在骨科手术中使用PGA进行骨固定时，会出现肿胀、积液和窦道形成等不良反应，因此，使用PGA进行颌面部手术的病例较少[3-4]。

1.2 聚乳酸（PLA）：聚-L-乳酸(PLLA)和聚-D-乳酸(PDLA)

PLA是另一种高分子聚合物（分子量1.8-5.3×105），由于乳酸中的光学活性碳，它有两种立体异构体：PLLA和PDLA。PLLA被认为是第一代生物可吸收骨合成材料，自20世纪90年代初开始应用于颌面外科，也是目前应用较为广泛的内固定材料。其优点是机械强度高和具有良好的生物相容性，但体内完全降解时间过长（超过3.5年），容易产生异物反应。PDLA生物相容性较好，其主要不足之处为降解较快（植入后1月开始降解）和机械强度不足，同时会产生不完全降解的结晶颗粒，可能会引起炎症反应[5-6]，目前尚无单纯PDLA用于颌面部区域骨固定的研究。

1.3 PGA、PLLA和PDLA的共聚物

不同聚合物的共聚物让材料在属性上得到了互补，PGA、PLLA和PDLA的共聚物被称为第二代生物可吸收骨合成材料，它们表现出比第一代聚合物更快的吸收速率和更高的生物相容性。利用不同的α-羟基酸衍生物进行共聚，可以获得不同的力学性能和降解率，降解产物为二氧化碳和水，最终由肺部排泄[7-8]。自20世纪80年代末至90年代初，随着材料科学及制造工艺的发展，出现了利用自身增强技术制成的可吸收材料，采用自身增强聚合物专利技术，这些技术使得自身增强型可吸收内固定材料具有更好的刚度、强度和耐化学腐蚀性。例如PLDLA、SR-PLDLA、PLGA等，这些材料都具有不同的特点和优势，被广泛应用于颌面外科，其缺点是这些材料制成的固定板较厚，不利于组织薄弱部位的使用。

1.4 羟基磷灰石：u-HA/PLLA

未烧结羟基磷灰石(unsintered Hydroxyapatite，u-HA)和PLLA的复合材料在具有生物降解性的基础上增加了骨传导能力，具有更高的机械强度，被认为是第三代生物可吸收骨合成材料。此外，它们还具有放射不透光性，可以在术后拍摄X线随访[9]，颌面外科手术中使用也较为广泛，不足之处为其降解性能不确切。

虽然有研究比较了几种聚合物基材料在颌面外科中的应用[10-13]，但并没有得出哪种材料更好的结论，还需要进一步的随机对照试验。不同类型的生物材料也可能存在不同的细胞毒性[14]，此外，即便是同一种材料，也不能排除由于不同生产厂家因制作工艺不同而产生不同的临床应用效果，这可能需要外科医师长期的使用、观察和随访。

2 并发症及防治

随着人们生活水平的提高，颌面部骨折的治疗不仅要恢复正常的解剖结构和功能，还要兼顾美观，这对颌面整形外科医师提出了更高的要求。尽管国内外很多研究结果都表明在颌面部骨折和正颌手术中使用基聚合物的生物可吸收材料具有良好的效果，但也存在并发症。很多并发症不仅影响骨折的愈合，更有可能导致面部毁容，例如严重感染、脓肿、睑外翻、畸形愈合等，增加了患者的身心负担。因此外科医师使用生物可吸收材料时，应当充分考虑可能发生的并发症及处理措施。目前报道的并发症大致可以分为以下几类：

2.1 固定板相关并发症

（Plate-related complications），例如感染、伤口裂开、板暴露、板断裂、松动和移位等[15]。Choi SH等人[15]认为，根据临床情况的不同，对植入物感染的处理也不尽相同，严重感染需要再次手术取下或更换固定板，而对于轻微感染，则可根据细菌培养结果使用抗生素。对于伤口裂开和固定板暴露，大多是由于材料植入后皮肤软组织张力较大，或软组织覆盖不足所致[16]，因此在治疗颌面骨折时，应根据骨折部位、软组织情况，选择合适厚度和大小的生物材料。固定板的固定位置需适当远离牙龈、眶骨边缘等缝合位置，在骨折固定稳固的同时，还需要保证软组织能够彻底覆盖创面。有研究[17]表明，固定板厚度与板暴露的风险显著相关，大部分与板暴露相关的并发症，均发生在口腔内手术部位，当在口内部位使用接骨板时，需注意板暴露的并发症。一般来说，使用生物可吸收材料进行骨固定的部位应满足应力小、承重小和软组织完整。Janickova等[18]的研究认为，可吸收材料是治疗颌面骨中1/3、颌面骨上1/3的下部以及下颌骨骨折的最佳材料。Albougha等[19]进行生物力学的有限元分析结果表示，钛板中最坚硬的设计是直板，但在可生物降解的固定板中则是双Y形，因此使用生物可降解固定板固定升支矢状劈开截骨术时，推荐采用双Y形设计。但实际的颌面部应力较为复杂，可能还涉及软组织张力、肌肉牵引力以及重力等相互作用的结果，期待后续有关于不同形状生物材料用于骨折固定的研究。国内出现了一种采用骨块间榫卯结构辅助可吸收板及螺钉进行固定的新方式，使其能够拮抗颌面骨更大的应力，从而防止骨块移位[20]，但操作较为复杂。

2.2 异物反应

（Foreign body reaction）是生物可吸收材料在颌面外科使用中最常见的并发症[21]，例如炎性异物反应、异物肉芽肿、迟发性异物反应、蜂窝织炎等，任何异体植入物都存在产生异物反应的风险，现有的生物可吸收材料由于降解时间长，风险也随之增加。Kim等[22]、Jeon等[23]均报道了因可吸收板的降解不足导致迟发性的炎症性异物反应或异物肉芽肿，发生时间约为术后9-28个月，临床表现为局部红肿、胀痛、异物感等。在切口部位或皮肤较薄的地方使用可吸收固定板可以增加延迟降解的可能性，应谨慎考虑延迟并发症的可能性，并且需要进行更长时间、更近距离的随访观察。Kim等[24]的结果表明，材料的结晶度对其吸收和降解的影响最大，结晶度较高的材料会形成更多的结晶物质，更难降解和吸收，并且在体内停留的时间更长，这可能会引发更多组织水平的反应。影响降解和吸收的其他因素包括固定板的大小和形状、血液循环、软组织厚度和移植部位。He J等[25]则认为炎性异物反应可能与患者有皮肤过敏和上呼吸道感染的反复病史有关。选择可吸收材料前，应当充分询问病史，了解患者的过敏体质，年龄、周围有无病变（感染、炎症、骨质疏松等）。而对于骨肿瘤患者，目前没有统一的观点，Tams等[26]和Rozema等[27]的研究认为由于PLLA在放疗中不会引起局部剂量分布的变化，恶性肿瘤患者在术后需要放疗时，应考虑使用可生物降解的种植体。Ketola-Kinnula等[28]则认为可吸收内固定系统还不应该用于骨肿瘤的截骨固定，其原因是周围组织内环境已产生变化，内固定材料不易降解和吸收。

外伤、坠落伤、交通事故等导致的颌面部骨折往往是包括眼眶在内的多处骨折，眶内植入可吸收材料报道的并发症多为蜂窝组织炎[29-31]，治疗常使用敏感抗生素，必要时切开引流。具体原因可能与炎性异物反应有关，Chien等[32]的一项尸体研究表明，眶内脂肪的血供受损可能是导致厌氧性蜂窝织炎或眼睑炎的原因。

2.3 降解吸收相关并发症

（Degradation-related complications），生物材料的降解吸收过程中可能会引起一些并发症，例如瘘管形成、骨溶解和无菌脓肿等；An J等[33]使用可吸收内固定系统治疗小儿下颌骨骨折中发现，两名患儿在术后2个月的口内切口出现了小瘘管，1个月后无需特殊治疗可自行愈合。20例患者的随访X线显示出不同程度的射线透明度，表明发生了骨溶解，2年后骨缺损区域几乎消失，对骨折愈合没有不利影响。司晨晨等[34]和Doh等[35]报道了颧颌复合体骨折可吸收接骨板治疗后无菌脓肿形成的病例，主要临床表现为无痛性肿胀，手术探查可发现脓样分泌物和降解物质，病理检查显示异物反应伴无菌脓肿，经冲洗、换药后伤口可愈合。在颌面部骨折手术中，植入生物可吸收装置引起的这一并发症较为少见，严重者需手术切开探查，放置引流等，延长患者恢复时间，面部遗留瘢痕、凹陷等对面部外观具有很大的影响，应该引起颌面整形外科医师的关注。Lee等[36]报道了一例颧颌复合体骨折可吸收固定板内固定术后18个月迟发性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染，经保守治疗无效，二次手术后康复，并认为伤口感染的原因是酗酒、吸烟、上颌窦前壁粘膜暴露等多种因素共同作用的结果，因此指导患者术后良好的生活习惯尤为重要。

2.4 功能相关并发症

（Function-related complications）是很多随访研究中的观察指标，例如张口受限、口角歪斜、错位咬合等大多与下颌骨、颞下颌关节、髁状突骨折有关[37-38]，复视、斜视、眼睑外翻后移、眼睑变厚、畸形愈合等多与眼眶骨折有关[39]。建议术前应掌握生物可吸收材料在颌面部中使用的适应症和禁忌症，与患者及家属充分沟通并发症，并做好预防[40-41]。

3 现有可吸收材料的局限性及新型生物材料的研究

尽管一些Meta分析和系统评价[37,42]都展示了生物可吸收材料在颌面外科中使用的安全性、稳固性、并发症发生率等方面都与钛板无明显差异，聚合物材料的发展克服了金属钛板和螺钉相关的问题，但它们也不是理想的材料，而且存在很多局限性，包括机械强度不足、板材弯曲和成型过程麻烦。Gareb等[43]的研究结果表明，可生物吸收组围手术期螺钉断裂比钛组更频繁，由于材料失效而导致术中切换钛板的可能性也提高了在颌面外科中使用可吸收固定板和螺钉的担忧。此外，由于螺钉的攻丝强度不足，往往需要预置螺钉或使用超声波焊接，固定板弯曲塑形时可能需要预加热等[44]，固定所需的时间比钛板长。而且，超声波焊接过程中释放的热量可能增加局部组织反应的风险[45]。

最终，由于聚合物基可吸收骨固定材料的这些局限性和并发症，促使人们转向新型生物可吸收材料的研究，例如镁基材料、纳米骨折粘合剂、锌铜合金等。近10年来，Mg生物材料的研究再次火热起来。但Mg生物材料在生理环境中会产生腐蚀机制，导致植入物环境中产生氢气，以及局部pH值的增加，从而显著影响周围组织，这些是镁基生物材料用于骨固定的最大障碍。目前，人们正在研究各种技术来提高镁的力学性能和耐腐蚀性，以及生物相容性和潜在的骨整合能力，主要包括镁的合金化、表面处理或涂层技术[46-49]，使其有望成为新的生物替代材料。理想的可吸收内固定材料应满足：①机械强度高、厚度薄、易塑形；②具有较高的生物相容性；③可完全降解，降解产物无害且能促进骨折愈合，如钙离子、镁离子等；④降解吸收时间与骨折愈合时间同步；⑤价格低廉。

粉碎性骨折的手术治疗一直以来都是难点，特别是颌面部粉碎性骨折，由于操作空间小，固定游离碎片较为困难，容易导致骨不连、骨折延迟愈合或不愈合等并发症，因此人们也迫切希望研究出能够固定粉碎性骨折的材料，例如可吸收网片、骨折粘合剂等。近年来，Ju GS等[50]使用含氰基丙烯酸酯（cyanoacrylate）的可吸收网片、固定板和螺钉对上颌骨粉碎性骨折进行固定取得了良好的效果。而骨折粘合剂由于粘合力低，机械性能、生物相容性及骨传导性较差，其目前主要应用于骨科领域的关节假体置换、骨质疏松、肿瘤切除重建和椎体压缩型骨折经皮椎体成形术等，对骨折固定的应用很少[51]。近年来，不同类型的纳米骨粘合剂也是研究中的热点。随着材料科学的发展，未来有望能够广泛应用于临床甚至替代现有可吸收板和螺钉。

4 小 结

尽管生物可吸收材料在颌面外科中使用的成本较金属钛高约3-6倍，但患者对可吸收内固定系统具有更高的倾向和满意度，表明生物可吸收材料在颌面外科中的使用具有较好前景。同时，在颌面部使用生物材料产生的并发症不容忽视，颌面整形外科医师在使用可吸收材料时应在充分评估和筛选后进行，术中遵守严格的无菌操作，术后指导患者良好的生活习惯并进行长期的随访和观察，尽可能避免产生不良反应。若新型生物材料能够解决目前可吸收材料使用中存在的问题，这不仅对推动生物材料的发展有着重要的学术价值，更重要的是能解决和避免传统方式的各种缺陷和并发症，降低面部毁容的风险，极大减轻患者痛苦和经济负担，能够创造很大的经济和社会效益。