骨牽引成骨與顱面骨延長術(shù)研究進(jìn)展

常曉峰　綜述　顧曉明　審校

(西安交通大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院頜面外科西安710004)

[中圖分類號]R782[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1008-6455(2000)05-0389-03

本文回顧及復(fù)習(xí)有關(guān)骨牽引成骨技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究類文獻(xiàn),旨在明確其發(fā)展主流及方向,為頜骨正畸應(yīng)用此技術(shù)尋求理論支持。

1骨延長的概念形成プ鈐纈泄卮死嚳凍氳奈惱錄于1905年Codivilla報(bào)道的病案⁽¹⁾。醫(yī)生通過手術(shù)將患者肢體骨分?jǐn)嗪?在麻醉狀態(tài)下對斷骨兩側(cè)施加突然的強(qiáng)迫牽拉而增長肢體長度,隨即在施力后的狀態(tài)下外加固定而維持其狀態(tài)。這可能是最早的骨延長技術(shù)形式,但其效果不能確定,尤其是遠(yuǎn)期療效的問題無法肯定。隨后,Freiberg、Magnusson也進(jìn)行了類似手術(shù)。由于經(jīng)常碰到諸如斷端固定不可靠、誘發(fā)癲癇、猝死等嚴(yán)重并發(fā)癥而中斷使用。1939年Abbott及Saunders⁽²⁾等人在總結(jié)以上經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)了外固定裝置從而獲得了較好的臨床效果。他們通過對下肢骨截骨斷端的兩部分分別行骨釘固定,然后以套絲金屬螺桿連接骨釘而獲得骨牽開后的狀態(tài)維持。ピ縉詰墓茄映な蹺了獲得理想的延長效果(主要針對侏儒、肢體不等長患者等)沿用了骨周組織廣泛剝離的方法,包括肌肉、筋膜、血管、神經(jīng)的嚴(yán)重?fù)p傷。直到1932年Haboush及Finklestein倡導(dǎo)使用保守的外科手術(shù)方法,即在脛骨周圍剝離骨膜袖套,使斷端的遠(yuǎn)中部分能在骨膜袖內(nèi)滑動,從而獲得了X線檢查時骨鹽早期沉積的結(jié)論。由此提示人們骨膜的成骨作用不容忽視。隨后又有人相繼對保留筋膜組織的骨延長術(shù)式,Bosworth(1938)⁽³⁾強(qiáng)調(diào)了保護(hù)周圍軟組織對療效的作用。1951年,前蘇聯(lián)庫爾干地區(qū)的一位鄉(xiāng)村醫(yī)生Ilizarov在對第二次世界大戰(zhàn)后大批肢體殘疾患者的治療及動物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)逐步總結(jié)并首次發(fā)表了保留骨膜的環(huán)皮質(zhì)骨切開術(shù)式。由于該術(shù)式一改前人的完全骨截?cái)嘈g(shù)從而保留了了骨內(nèi)滋養(yǎng)血管的完整性,使骨斷端的骨不連及骨壞死等并發(fā)癥大大降低。其基本術(shù)式為骨干的皮質(zhì)鋸開,而手術(shù)無法達(dá)到的區(qū)域通過骨鑿造成裂紋然后人工折斷。因此該術(shù)式連同Ilizarov的其它一些應(yīng)用原則被稱為Ilizarov技術(shù)⁽⁴⁾。60年代到70年代,Wagner所倡導(dǎo)的股骨或脛骨骨干中段截骨區(qū)局部的骨膜、肌肉、神經(jīng)、血管的環(huán)形剝離在歐洲逐漸盛行,并沿用至今。

2目前牽引延長(Distraction Osteogenesis 簡稱DO)技術(shù)的經(jīng)典概念ピ贗lizarov與Wagner的技術(shù)影響下,學(xué)者們目前趨向于達(dá)成以下有關(guān)骨牽引延長的共識:①骨截骨切開術(shù)或環(huán)皮質(zhì)骨切開術(shù)都能保證骨延長的要求;②骨周組織最小程度的損傷(尤其骨膜保護(hù))是保證DO的重要條件;③切開骨手術(shù)后要有一個間歇期(5～7d)(Latency Period)④骨切開斷端通過器械牽開以獲得未來成骨間隙,但牽引的速率以0.5mm～1mm/日為宜;⑤達(dá)到骨延長的長度后斷端間宜維持此狀態(tài),保證新生骨的鈣化(Consolidation Period);⑥骨斷端間的固定(內(nèi)固定或外固定)效果要必需保證堅(jiān)固)^(4,5)。ザ雜謚體長骨的骨牽引延長技術(shù)(Distraction of Osteogenesis,DO),70年已從最原始的骨釘固定過渡到了環(huán)狀固定及牽引方面,并廣泛應(yīng)用到了股、脛、指、掌、肋骨等方面。

3骨延長成骨(DO)的機(jī)理

3.1骨自身具有強(qiáng)大的成骨能力DO技術(shù)的機(jī)理最早被認(rèn)為是簡單的骨折愈合概念,即血腫形成、血腫機(jī)化、骨鹽沉積、骨痂形成與改建成熟。然而,目前的研究卻認(rèn)為兩者仍存在顯著的差別。我們知道不同種屬或同種屬不同部位的骨組織其自身成骨的能力是有限度的,Mckibbin曾對截骨斷端無限拉開,發(fā)現(xiàn)結(jié)局是斷端骨不連;Mulholand及Pritchard對犬的肋骨及腓骨分別給截除10mm～20mm,造成缺損,發(fā)現(xiàn)其超出這個范圍后斷端將無法用骨痂橋接。然而,將殘端用骨膜組織覆蓋后則分別能修復(fù)8mm缺損,即使用塑膠管行斷端封密橋接時仍能達(dá)到7mm。說明骨斷端的骨再生能力在不同的條件下是截然不同的。有實(shí)驗(yàn)及臨床報(bào)道DO可以延長肢體骨最長達(dá)37cm^(５)。テ脹ㄗ櫓學(xué)觀察顯示,骨切開術(shù)后早期斷端間有血凝塊的形成。隨著牽引進(jìn)行可見到血凝塊被大量的沿牽引力軸向排列的膠原纖維束所替代,同時可見到成骨細(xì)胞在膠原纖維網(wǎng)上的聚集與排列,經(jīng)歷了骨基質(zhì)的分泌及骨鹽的沉積,至后期時部分區(qū)域已鈣化形成網(wǎng)狀的小骨架及骨片結(jié)構(gòu)。牽引2周后部分區(qū)域已形成較為成熟的類骨質(zhì)及骨質(zhì)區(qū),大約4周～5周時骨質(zhì)大部分已成熟,皮質(zhì)骨的哈佛氏系統(tǒng)已規(guī)則有序,而在中央?yún)^(qū)仍有較原始的纖維組織存在。有趣的是:DO成骨中骨發(fā)生的各個階段可在骨痂全長中見到,一張切片可顯示新成骨的各個階段。不象骨折愈合過程中有相對明顯的階段區(qū)分。コ曬竅赴主要來源于內(nèi)、外骨膜的間充質(zhì)細(xì)胞及前成骨細(xì)胞部分源于血管內(nèi)的未分化間充質(zhì)細(xì)胞。Ilizarov報(bào)告認(rèn)為DO的成骨過程是兼具膜性成骨與軟骨內(nèi)成骨兩種方式的混合過程。部分學(xué)者則認(rèn)為是一種膜性過程。同樣,Kojimoto⁽⁶⁾卻觀察到了軟骨生長盤的軟骨內(nèi)成骨樣生骨方式。作者在對犬下頜骨延長的實(shí)驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn):出現(xiàn)軟骨性內(nèi)成骨表現(xiàn)的動物占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的80%以上,但膜性過程仍然是最主要的成骨方式。同時在DO技術(shù)中未發(fā)現(xiàn)典型骨折愈合過程的封閉骨痂、外骨痂、橋梁及連接骨痂等結(jié)構(gòu)。

3.2骨缺損(gap)間隙的應(yīng)力影響ブ鸞デＲ的骨切開斷端間間隙在經(jīng)典DO技術(shù)中是維持恒定的生骨中心,有學(xué)者甚至將這種成骨方式稱為(Callustasis)骨痂成骨術(shù)。即給骨斷端的骨痂(未成熟)不斷牽引從而使骨的新生不斷發(fā)生。1976年Comminou及Yannas發(fā)現(xiàn)結(jié)締組織的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系受膠原纖維的幾何排列方向的嚴(yán)重影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由于每日的小劑量牽引也可造成應(yīng)變負(fù)荷的巨大增加,但是力的大小卻很快降低。Lones(1990)實(shí)驗(yàn)證明加載到組織上的生理性應(yīng)變在10分鐘后就可以迅速刺激組織內(nèi)CAMP及前列腺素的合成。認(rèn)為應(yīng)變能刺激細(xì)胞的增殖及分裂。但是一周以后卻可以降低膠原的合成。Lanyon(1990)觀察到當(dāng)骨組織被施加以生理水平的應(yīng)變條件時可以出現(xiàn)明顯的編織蛋白多糖結(jié)構(gòu)。這些均表明了應(yīng)力、應(yīng)變對骨組織再生過程中所起到的特殊作用⁽⁷⁾。プ罱有人同時對應(yīng)力狀態(tài)下骨組織產(chǎn)生的骨形成蛋白BMP、IGF、BFGF、RGF等產(chǎn)物大分子的含量進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)在應(yīng)力狀態(tài)下量均不同程度的顯著增加。

4頜面骨骨延長技術(shù)的研究及進(jìn)展ビ捎諑頜面骨特殊的組織學(xué)解剖學(xué)特點(diǎn),DO技術(shù)的應(yīng)用相對復(fù)雜。1973年Synder首先報(bào)道了應(yīng)用DO技術(shù)進(jìn)行狗下頜骨骨牽引延長技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。Snyder將狗的一側(cè)下頜骨經(jīng)口內(nèi)手術(shù)切除15mm長的骨及骨膜,粘膜等,外固定斷端兩側(cè)6周造成骨性錯位愈合,于第七周起將骨愈合處鑿斷,并將斷骨兩側(cè)以外固定桿加骨釘方式連接,一周后以每日一次1mm的方式牽引斷骨兩端,于14天后觀察發(fā)現(xiàn)初次手術(shù)造成的錯位畸形完全恢復(fù),再經(jīng)6周后X線顯示骨皮質(zhì)連續(xù)性完全清晰。McCarthy,Karp等^(8,19)于1992年探討了DO技術(shù)在頜面乃至顱骨、腭中縫、顴骨上頜骨擴(kuò)大等方面的應(yīng)用。指出頜骨(膜狀骨)的骨牽引延長成骨機(jī)理與管狀骨DO應(yīng)用中結(jié)果是一致的,均為膜性成骨機(jī)制。

4.1骨牽引成骨器械的選擇ツ殼暗那Ｏ咂骺梢愿據(jù)其是否埋置于軟組織內(nèi)而分為外置式及內(nèi)置式,根據(jù)其與口腔的關(guān)系而分為經(jīng)口內(nèi)式或經(jīng)口外式;根據(jù)牽引成骨的定向能力而分為單向牽引式或多向牽引器(Mutiplanar),也有人稱為單點(diǎn)式牽引器或雙點(diǎn)及多點(diǎn)式牽引器(Bio-Focal)⁽⁹⁾;根據(jù)斷端兩側(cè)骨與牽引器的附著方式又可分為牙支托式及骨內(nèi)釘支托式。無論器械是何形式但其根本原理大同小異。即骨切開斷端兩側(cè)通過某種附著方式與牽引器(刻度螺栓一螺桿結(jié)構(gòu))連接,通過外力牽拉兩個端使其間距離逐漸增大。并在斷端間逐漸生成新骨。目前最為先進(jìn)的外力施加方式已改為電驅(qū)動方式,即自動牽引器(auto Distracter)⁽¹⁰⁾。

4.2頜骨骨牽引的速度與頻率1989年Ilizarov對480條狗的脛骨延長實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每日4次每次0.25mm的方法較每日1次1mm組能獲得更好的成骨效果。Stewart在兔下頜骨牽引延長成骨的研究中同樣認(rèn)為0.5mm/次、2次/d的速率及頻率是理想的。目前的觀點(diǎn)認(rèn)為0.25mm～0.5mm/次、2～4次/日的速率及頻率較為可靠。過快的節(jié)律容易造成纖維性骨痂的形成及骨不連,假關(guān)形成等,而過慢時則易形成過早骨化的發(fā)生^(11,12)。

4.3影響骨形成的重要因素Ilizarov的研究表明牽引區(qū)的成骨活動水平依賴于骨斷端固定的穩(wěn)定性。牽引器與固定螺釘間的微小活動導(dǎo)致了受力區(qū)血凝樣區(qū)域的纖維組織形成及一些軟骨小島樣區(qū)的出現(xiàn),而并非骨組織的形成。X線檢查表明穩(wěn)定的固定條件下新成骨的阻射程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有活動的病例。Ilizarov總結(jié)道,組織牽引時應(yīng)力的刺激可保證一些結(jié)構(gòu)的組織再生,稱為組織的"張力定律"(Law of tension stress)。這種現(xiàn)象已被生化,組織學(xué)生物機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域等所證實(shí)。在牽引完成后的斷端固定問題上許多人卻提出了允許有動度的觀點(diǎn)。Goodship,Kenwright等實(shí)驗(yàn)指出骨愈合期的斷端間微動(Micromovement)促進(jìn)了骨鹽沉積,并在新骨的生物機(jī)械性能測定時得到反映。由此可見,牽引過程中的骨斷端間制動主要保證了牽引力的定向傳遞,對成骨活動起刺激與促進(jìn)作用;而微動是非定向的應(yīng)力刺激而已。同樣的現(xiàn)象也可以在骨折固定的愈合過程中發(fā)現(xiàn),較小的功能性負(fù)載可以加速骨的改建及成熟周期縮短。^(13,15)

5頜面外科應(yīng)用DO技術(shù)面臨的問題ジ孟羆際躋嚴(yán)允境雋似湓誄曬欠矯嫻木藪笥攀,尤其是此成骨方式是三維可定向控制的理想模式。DO完全可能對傳統(tǒng)的正頜外科、整形外科中植骨方式、骨移動及骨代材料方面提出挑戰(zhàn)。①三維成骨的設(shè)計(jì)需要建立在三維骨測量技術(shù)的完善基礎(chǔ)上,如何精確測量骨的三維立體結(jié)構(gòu)及數(shù)值將對DO在頜骨正畸方面的應(yīng)用產(chǎn)生重要影響⁽¹⁶⁾;②不斷開發(fā)及研究新型骨牽引延長器以達(dá)到適應(yīng)三維成骨的需要,尤其是內(nèi)置式及口內(nèi)半埋置式、多向式、微型化是發(fā)展方向⁽¹⁸⁾。因器械的改進(jìn)常?？梢栽斐珊喕中g(shù)操作及術(shù)后病員護(hù)理,包括對病人的心理狀況的改善,同時保證了牽引力的軸向施力,對于器械材質(zhì)選擇宜逐漸向純鈦及鈦合金方向過渡,從而獲得良好的組織相容性,減輕異物反應(yīng)等并發(fā)癥;③對于牽引后延長的新生骨如何定期檢查,既要減少三維CT及X線片檢查的X線輻射次數(shù)及費(fèi)用又要客觀檢測與評價(jià)⁽¹⁴⁾。已有學(xué)者嘗試用超聲檢查及全程監(jiān)控,但該方法在成骨后期的敏感性仍有待證實(shí);④頜骨骨牽引延長的過程伴隨著皮膚,粘膜,肌肉,神經(jīng),血管的同時延長,對這些組織功能,特別是遠(yuǎn)期效果仍難以肯定;同時,在對軟組織與骨組織功能,特別是遠(yuǎn)期效果仍難以肯定;同時,在對軟組織與骨組織延長量的協(xié)調(diào)上采用何種方式來檢查及明確療效等問題仍需在基礎(chǔ)研究方面進(jìn)一步加深;另外,牽引時的骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)有何改建?這些問題盡管已有人論及,但是比較膚淺,需要更多關(guān)注⁽¹⁷⁾。⑤DO技術(shù)究竟能獲得多少的骨延長量,是否有限?牽引速度、頻率、方向在不同骨及不同個體之間是否也存在差異?如何進(jìn)行DO技術(shù)的個性化設(shè)計(jì)(personalize)?骨延長后新骨是否存在復(fù)發(fā)(Relapse)?如何控制復(fù)發(fā)?⑥有關(guān)成骨機(jī)理方面的探討還需要更深層次的明確,組織再生的張力定律(Law of tension stress)是否是DO成骨的唯一解釋?應(yīng)力對組織再生激活及刺激機(jī)制在生化,免疫組化,生物大分子,基因方面的表達(dá);與胚胎組織發(fā)育的關(guān)系等方面仍有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。⑦從生物力學(xué)的角度要繼續(xù)研究D。O新成骨與固有的骨質(zhì)在生物力學(xué)性能方面的異同。尤其是有關(guān)骨基質(zhì)與各型膠原以及組織細(xì)胞同應(yīng)力,應(yīng)變之間的關(guān)系。探究牙胚在牽引成骨過程中的功能及變化。⑧在臨床應(yīng)用上如何與正畸技術(shù)結(jié)合以共同完成牙頜系統(tǒng)的功能與形態(tài)的重建。如何拓展其應(yīng)用范疇,諸如DO與年齡,性別關(guān)系;上頜延長時對腭咽功能的影響,對上頜竇生理功能的影響等^(19,20)。

[參考文獻(xiàn)]

1Codivilla A.On the means of lengthening,in the lower limb of the muscles and tissues Which are shortened through deformity[J].Am J Orthop Surg.1904;2:353

2Abbott LC,Saunders JB.Operative lengthening of tibia and fibula:a preliminary report on further development of principles and technique[J].Ann Surg.1939;110:961

3Bosworth,DM.Skeletal distraction of the tibia[J].Surg Gynecol Obstet.1938;66:912

4Ilizarov GA.The tension stress effect on the genesis and growth of tissue:part1 The influence of stability of fixation and soft tissue preservation[J]Clin Orthop.1989;238:249

5Ilizarov GA.The tension-stress effect on the genesis and growth of tissue:part2 The influence of therate and frequency of distraction[J].Clin Orthop.1989;239:263

6Kojimoto HN,Yasui T,Goto S.Bone lengthening in rabbits by callus distraction:the role of periosteum and endosteum[J].Br J Bone Joint Surg.1988;70:543

7Sferra J,Kambic HE.Biomechanical analysis of canine lengthened by the callostasis method[J].Clin Orthop Res.1995;331:222

8Karp NS,McCartgy JG.Bone lengthening in the craniofacial Skeleton.Ann Plast Surg[J].1990;24(3):231

9Lundgren AK,Sennerby L,Lundgren D.Guided jaw-bone regeneration using an experimental rabbit model[J]Int J Oral Maxillofacial Surg.1998;27:135

10Karaharju ST,Karaharju EO,Ranta RJ.Mandibular distraction.An experimental Study on sheep[J].Craniomaxillofac Surg.1990;18(6):280

11Delloye C,Delefortrie G,Coutelier L.Bone regenerate formation in cortical bone distraction lengthening. Anexperimental study[J].Clin Orthop.1990;250:34

12Dendrinos GK,Kontos S,Lyritsis E.Use of the Ilizarov technique for treatment of non-union of the tibia associated with infection[J].Am J Bone Joint Surg.1995;77(6):835

13Block MS,Cervini D,Chang A.Anterior maxillary advancement using tooth-supported distraction osteogenesis[J].J Oral Maxillofac Surg 1995;53(5):561

14Christgau M,Hiller KA,Schmalz G.Quantitative digital subtraction radiography for bone thickness-An in vitro study[J]Oral Surg Oral Med Oral Path.1998;85(4):462

15Molina F,Monasterin FO.Mandibular elongation and remodeling by distraction:A farewess to major osteotomies[J]Plast Reconstr Surg.1995;96(40):825

16Stwart KJ,Lvoff GO,White SF,et al.Mandibular distraction Osteogenesis:a comparison of distraction rates in the rabbit model[J].J Cranio-Maxillofacial Surg.1998;26:43

17Kresimir Korzinek,Vladimir Barbarossa.Lengthening and spatial correction of limbs[J]Injury.1993;suppl(2):62

18Glat PM,Satffenberg DA,Karp NS,et al.Multidimensional distraction osteogenesis:The canine zygoma[J].Plast Reconstr Surg.1994;94(6):753

19Karp NS,McCarthy JG,Sissons HA,et al.Membranous bone lengthening:A serial histological study[J].Ann Plast Surg.1992;29(1):2

20Staffenberg DA,Wood RJ,McCarthy JG,et al.Midface distraction advancement in the canine without osteotomies[J].Ann Plast Surg.1995;34(5):512

作者簡介:常曉峰男,1966年生,西安交通大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院主治醫(yī)師,1999年第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院畢業(yè)獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。

收稿日期2000-07-20

[HJ]編輯/姜如蓉