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·綜述·
外固定支架釘?shù)栏腥镜念A(yù)防
劉少揚(yáng) ,王明海(復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院,上海 220240)
【關(guān)鍵詞】外固定支架;釘?shù)栏腥?;涂層;臨床應(yīng)用
0引言
隨著社會交通的發(fā)展,傷、重的高能量創(chuàng)傷日漸增多,外固定支架因創(chuàng)傷小、操作簡單被廣泛應(yīng)用于四肢開放、粉碎骨折治療中. 伴隨著外固定支架的大量應(yīng)用,其并發(fā)癥也越來越引起重視. 其中,釘?shù)栏腥臼峭夤潭ㄖЪ軕?yīng)用過程中最常見的并發(fā)癥. 采用外固定支架治療的患者中,釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率甚至超過了50%,其中約1%發(fā)生了嚴(yán)重的釘?shù)栏腥綶1-2]. 如感染僅局限在皮膚表面,往往不需要過多干預(yù),如細(xì)菌侵入深層軟組織或骨組織,會引起固定針?biāo)蓜樱瑢?dǎo)致骨折復(fù)位丟失,嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致發(fā)生慢性骨髓炎. 臨床上預(yù)防釘?shù)栏腥镜拇胧┖芏?,但仍不能很好地解決該問題,釘?shù)栏腥救允抢_醫(yī)生和患者的主要并發(fā)癥[3]. 本研究就目前預(yù)防和治療釘?shù)栏腥镜姆椒捌溥M(jìn)展作一綜述.
1釘?shù)栏腥镜脑蚣氨憩F(xiàn)
螺釘松動增加了釘?shù)栏腥镜臋C(jī)會,骨牽引釘?shù)栏腥九c螺釘松動是骨牽引術(shù)后的主要并發(fā)癥,二者常互為因果關(guān)系. 釘?shù)栏腥镜倪^程可人為地分為:炎癥期,細(xì)菌定植期,釘?shù)栏腥酒谌齻€(gè)階段. 炎癥階段主要為螺釘或固定針植入后因壓迫、摩擦等刺激,引起皮膚的一種急性期表現(xiàn),表現(xiàn)為皮溫增高、滲液等,細(xì)菌培養(yǎng)陰性;如無細(xì)菌定植,則這些表現(xiàn)在72 h后逐漸消退. 細(xì)菌定植階段表現(xiàn)為釘?shù)捞幤つw的紅腫,滲液增加,有時(shí)會伴有疼痛,細(xì)菌培養(yǎng)常呈陽性,此時(shí)如不伴有全身癥狀,一般不影響整個(gè)治療過程. 釘?shù)栏腥倦A段細(xì)菌往往已侵入深層組織或骨組織,除有以上兩個(gè)階段的表現(xiàn)外還伴隨全身感染癥狀及螺釘或固定針的松動,膿液排出,細(xì)菌培養(yǎng)菌量明顯增加,感染細(xì)菌大多數(shù)為金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌[4-5]. 輕度的外固定支架釘?shù)姥装Y主要表現(xiàn)為釘?shù)揽谀[脹、滲液,但細(xì)菌培養(yǎng)往往呈陰性,也不涉及深部軟組織和骨組織,不影響整個(gè)治療過程. Holmes等[6]研究了大量釘?shù)栏腥静±螅瑢⑨數(shù)栏腥痉譃?級來指導(dǎo)臨床工作.
2釘?shù)栏腥镜念A(yù)防
釘?shù)栏腥镜念A(yù)防可根據(jù)措施分為術(shù)前預(yù)防、術(shù)中預(yù)防和術(shù)后預(yù)防.
2.1術(shù)前預(yù)防主要是指術(shù)前準(zhǔn)備階段積極控制患者的原發(fā)疾病,如控制引起免疫力低下的血液系統(tǒng)疾病等;控制血糖水平;如條件允許應(yīng)酌情停用激素類藥物以預(yù)防術(shù)后感染;若為開放性骨折,應(yīng)徹底清創(chuàng)并酌情預(yù)防性應(yīng)用抗生素.
2.2術(shù)中預(yù)防可分為手術(shù)操作的技巧及術(shù)中應(yīng)用特殊涂層螺釘.
2.2.1術(shù)中操作的注意事項(xiàng)①在安裝支架固定針時(shí),正確的方法是在進(jìn)針處先用尖刀切開皮膚和筋膜,分開皮下組織和肌肉,血管鉗觸及骨皮質(zhì)后,插入保護(hù)鉆套,然后再置入螺鉆鉆孔和安裝固定針,這樣可避免鉆頭和螺釘絞傷皮膚軟組織. ②穿針時(shí)要穩(wěn)住電鉆,不要使針尾有較大擺動,防止固定針和骨骺界面扭矩增加,從而導(dǎo)致明顯的骨組織熱損害發(fā)生局部骨壞死. 另外,手術(shù)操作時(shí),要按先復(fù)位后穿釘?shù)捻樞?,而不能穿釘后再行?fù)位,這樣會增加釘骨界面的應(yīng)力,導(dǎo)致固定針?biāo)蓜雍透腥韭试黾?
2.2.2通過涂層賦予螺釘及外固定支架自身的抗菌效能全身應(yīng)用抗生素有許多弊端,如較低的生物利用度、低效率、選擇性差及血清毒性. 為減少部分抗生素的血清毒性,目前預(yù)防釘?shù)栏腥镜姆椒ㄒ阎饾u由全身應(yīng)用抗生素轉(zhuǎn)變?yōu)橐月葆斖繉觼頊p少細(xì)菌的粘附.
增加螺釘抗菌效能的方法可分為兩種:一種為直接以抗菌物質(zhì)涂層減少釘?shù)栏腥韭?;另一種以減少螺釘松動和增加骨界面強(qiáng)度來間接減少釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率. 在螺釘植入早期,一旦細(xì)菌貼附形成生物膜后,常規(guī)螺釘護(hù)理及抗生素應(yīng)用作用有限,因此螺釘涂層還應(yīng)在螺釘植入前期預(yù)防生物膜的形成. 目前報(bào)導(dǎo)的涂層螺釘較多,何種涂層更適合應(yīng)用于臨床尚無定論,缺乏進(jìn)一步的動物隨機(jī)對照試驗(yàn).
2.2.2.1傳統(tǒng)銀離子涂層和抗生素涂層銀離子對微生物有很高的毒性而對哺乳動物細(xì)胞僅具有低毒性,在醫(yī)學(xué)上用于燒傷等外科的防治感染具有很長的歷史. 現(xiàn)在預(yù)防釘?shù)栏腥締为?dú)以銀涂層用于的螺釘?shù)闹饾u減少,目前研究較多的是將銀離子或銀氧化物作為抗菌劑加入有載體功能的螺釘涂層中[7-8]. 阮洪江等[9]在動物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)HA/Ag涂層螺釘具有良好的抗菌及成骨性能,能起到預(yù)防外固定支架螺釘釘?shù)栏腥竞退蓜拥淖饔? 這種方法不僅可以減少銀離子過度釋放對機(jī)體的毒害作用,還可以控制其釋放速度,使其作用更持久. 目前針對銀離子對細(xì)胞的毒性的問題仍有爭議,尚需進(jìn)一步的研究.
目前抗生素涂層研究大多集中在髓內(nèi)釘,設(shè)計(jì)外固定支架抗生素涂層的研究較少. 抗生素涂層現(xiàn)在多采用浸潤法獲得. Aykut等[10]在兔脛骨骨折的模型中證實(shí),抗生素涂層能明顯降低釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率. 然而局部抗生素的應(yīng)用,細(xì)菌耐藥的問題逐漸出現(xiàn),尤其在一些開放性骨折的病例中[11]. 抗生素釋放的速率是一個(gè)不容忽視的問題,如短時(shí)間內(nèi)釋放速度過快則產(chǎn)生毒性會抑制骨折部位的愈合;而在植入身體一段時(shí)間后抗生素濃度不能達(dá)到有效抑菌濃度也是不利的. 因此,抗生素緩釋系統(tǒng)無疑是一個(gè)和更為合理的選擇[12]. 目前多以PMMA、PDLLA為載體,是一種新型局部給藥方式,也最大程度地減少了對耐藥菌株篩選的風(fēng)險(xiǎn),因此緩釋系統(tǒng)被看作是骨科器械發(fā)展的“未來”[13].
2.2.2.2直接通過抑制細(xì)菌粘附,防止生物膜形成的涂層此類涂層以銀涂層、鈦合金及銅合金為代表. 部分非金屬材料涂層也有報(bào)導(dǎo)具有抗菌活性. 涂層的納米結(jié)構(gòu)表面可以大大減少細(xì)菌的粘附,Singh[14]通過實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)納米材料表面的粗糙度達(dá)到20 nm時(shí),細(xì)菌粘附增加,而進(jìn)一步增加粗糙度可以有效地減少細(xì)菌的粘附,減少生物膜的形成.
鈦合金有足夠的機(jī)械強(qiáng)度且抗腐蝕作用較強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于骨科材料的構(gòu)建. 在接觸氧氣后,鈦表面會自發(fā)形成一層穩(wěn)定的氧化膜,這層膜可增加鈦的生物相容性[15]. 二氧化鈦的在可見光紫外線波段下可產(chǎn)生氧自由基,從而抑制細(xì)菌粘附和增殖;Noimark等[16]將二氧化鈦納米粒子嵌入聚硅氧烷聚合物,結(jié)果表明,其明顯抑制了葡萄球菌和大腸桿菌的增殖. 二氧化鈦需要在足夠時(shí)間的紫外光照射才能發(fā)揮足夠的抗菌特性,用于臨床后會有諸多不便;在可見光條件下二氧化鈦是否也具有可靠的抗菌特性尚缺乏動物實(shí)驗(yàn)研究. 自發(fā)形成的二氧化鈦薄膜生物惰性較強(qiáng),用于螺釘涂層弊端較多,如骨與螺釘界面關(guān)系不強(qiáng),易導(dǎo)致螺釘松動. 在二氧化鈦表面通過電化學(xué)腐蝕、離子電子氧化等方法獲得納米結(jié)構(gòu),可以增強(qiáng)二氧化鈦的生物相容性及潛在的載藥能力[17]. 近期Ercan等[18]在體外實(shí)驗(yàn)中表明了二氧化鈦納米管優(yōu)越的抑菌性能,且直徑為80 nm的納米管抑菌作用最為明顯. 目前陸續(xù)有報(bào)導(dǎo)將二氧化鈦納米管作為載體用于抑制細(xì)菌粘附,如銀離子[8];一氧化二銀[7];萬古霉素[17]等.
銅離子具有廣譜殺菌作用,但高濃度的銅離子會影響RNA的轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞膜的穩(wěn)定性[19]. 銅合金殺菌作用為濃度依賴性,合金含銅量越高,殺菌作用越強(qiáng),但同時(shí)對機(jī)體的毒性也越大. Shirai等[19]通過動物實(shí)驗(yàn)表明,1%銅含量的鈦銅合金能顯著抑制生物膜的形成,且并不增加血液中銅離子的濃度,對機(jī)體無毒害作用. 即便如此,目前銅合金的殺菌效果有限,不能完全替代常規(guī)臨床治療,仍需聯(lián)用抗生素及局部消毒劑. 進(jìn)一步的研究應(yīng)致力于探索何種材料與銅的合金可以減少銅的細(xì)胞毒性.
2.2.2.3通過增強(qiáng)螺釘骨整合減少螺釘松動的幾率來間接預(yù)防釘?shù)栏腥敬祟惒牧媳仨毦邆淞己玫纳锵嗳菪?,能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化及細(xì)胞向螺釘表面的粘附. 這些材料以羥基磷灰石和殼聚糖為代表. 生物材料的納米結(jié)構(gòu)表面可以顯著地增強(qiáng)材料的生物相容性,促進(jìn)哺乳動物細(xì)胞的粘附,納米技術(shù)的應(yīng)用也將此類涂層擴(kuò)展到一些金屬材料,如納米二氧化鈦微管等,納米銀涂層等[14].
羥基磷灰石及殼聚糖以其優(yōu)越的骨傳導(dǎo)性現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于骨科手術(shù)中. 在釘?shù)乐車@些涂層可作為骨增殖的支架,從而可以增強(qiáng)螺釘-骨界面強(qiáng)度,進(jìn)一步減少螺釘?shù)乃蓜覽20-21]. 此外,此類涂層還能誘導(dǎo)軟組織細(xì)胞的向該涂層的粘附,這有利于減少螺釘植入所帶來的無菌炎癥[21]. Pieske等[22]對比了兩組不穩(wěn)定腕骨骨折外固定的患者,結(jié)果表明羥基磷灰石涂層的固定針固定強(qiáng)度更高,螺釘松動發(fā)生的幾率較低. 羥基磷灰石能夠增強(qiáng)螺釘-骨的界面強(qiáng)度,從而減少螺釘松動的幾率,但并不能減少螺釘周圍細(xì)菌的定植[23]. 將殼聚糖和羥基磷灰石結(jié)合可做成抗生素緩釋材料[24].
2.2.2.4復(fù)合生長因子以干凝膠薄膜、磷灰石等涂層負(fù)載一些因子來增強(qiáng)機(jī)體自身局部的抗菌能力是目前抗菌治療的新設(shè)計(jì). 相對于抗生素,這些物質(zhì)常半衰期較短,不存在細(xì)菌耐藥的問題,且對機(jī)體無害. 它們通過增強(qiáng)螺釘骨整合能力來減少螺釘?shù)乃蓜娱g接的預(yù)防釘?shù)栏腥?;或通過增強(qiáng)局部體液免疫的強(qiáng)度來抑制細(xì)菌對螺釘?shù)恼掣絹眍A(yù)防釘?shù)栏腥? 一氧化氮(NO)及纖維母細(xì)胞生長因子2(FGF-2)較常用. NO作為吞噬細(xì)胞合成過氧亞硝基的原料,過氧亞硝基又可進(jìn)一步生成超氧化物抑制細(xì)菌的粘附生物膜的生成. 且NO在成骨作用中起到重要的調(diào)控機(jī)制. Holt等[25]通過在小鼠脊柱上植入NO涂層的螺釘表明,該涂層可顯著地抑制細(xì)菌的增殖和預(yù)防細(xì)菌生物膜的形成. 近年來有學(xué)者將FGF-2復(fù)合在釘?shù)劳繉颖砻?,這樣既可以增加螺釘-骨的界面強(qiáng)度,又可以促進(jìn)螺釘周圍軟組織成纖維細(xì)胞的增殖及血管化,減少炎性反應(yīng),從而打破釘?shù)栏腥?螺釘松動的惡性循環(huán)[26]. 但目前復(fù)合生長因子的螺釘多采用浸入法獲得,生長因子的釋放時(shí)間有限,且釋放速率難以控制. Mutsuzaki等[21]通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),生長因子的釋放在外固定架植入4周以內(nèi)效果良好,4周后生長因子釋放殆盡螺釘松動發(fā)生率顯著增加,仍需合用局部消毒及全身應(yīng)用抗生素. NO涂層存在同樣的問題. 進(jìn)一步的研究需要著力于如何控制此類物質(zhì)的釋放速率來控制遠(yuǎn)期釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率. 此外,這類技術(shù)較新,尚缺乏大量的體外及動物實(shí)驗(yàn)研究.
2.3術(shù)后幾種消毒劑對釘?shù)栏腥镜念A(yù)防術(shù)后釘?shù)捞幤つw的常用消毒劑有生理鹽水、雙氧水、75%的酒精、洗必泰、碘伏等. 以何種方式清洗釘?shù)乐車つw尚無定論. 2010年英國皇家護(hù)理學(xué)院社會矯形和創(chuàng)傷護(hù)理中心推薦的方案為每周一次以洗必泰清洗釘?shù)乐車つw[27]. 目前唯一的一個(gè)隨機(jī)對照試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為額外的釘?shù)乐車つw護(hù)理對降低釘?shù)栏腥緹o意義[28].
75%乙醇為臨床上使用最廣的消毒劑,可有效殺滅細(xì)菌和真菌,但乙醇有易揮發(fā)特性,不能保持其有效濃度;乙醇滴入針眼,可使針孔皮膚及皮下組織脫水變性,長期使用導(dǎo)致針孔皮膚脫水收縮,出現(xiàn)針孔增大,乙醇在外固定架植入初期的釘?shù)雷o(hù)理應(yīng)用較少.
0.5%碘伏是碘與作為載體的表面活性劑的絡(luò)合物,是預(yù)防和控制針孔感染較理想的消毒劑. 用碘伏紗條濕敷創(chuàng)面,不但能殺菌、消腫,而且有收斂作用,使組織滲出減少,促使肉芽生長. 但是碘伏稀釋溶液不穩(wěn)定,需要在使用前配置,另外其對金屬有腐蝕作用.
洗必泰具有廣譜抑菌、殺菌作用,其帶正電荷,與帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞表面反應(yīng),從而破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性[29],對革蘭陽性菌和陰性菌均有抗菌作用. 洗必泰溶液是用于釘?shù)雷o(hù)理的有效藥物,Cam等[30]在對133位骨折外固定術(shù)后患者進(jìn)行研究后認(rèn)為洗必泰溶液的抗菌效果優(yōu)于碘伏,可降低感染風(fēng)險(xiǎn),且患者的舒適度較高.
近年來,聚已亞甲基鹽酸(PHMB)也運(yùn)用于臨床預(yù)防釘?shù)栏腥荆且环N被公認(rèn)為21世紀(jì)最安全高效的廣譜抗菌劑,抑菌濃度低,廣譜低毒,作用速度快,泡沫量低,并且能形成一層陽離子薄膜持續(xù)長時(shí)間抑菌,目前廣泛用于醫(yī)療器械的消毒. Lee等[31]在一項(xiàng)隨機(jī)對照試驗(yàn)后認(rèn)為,含PHMB的紗布可明顯減少釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率.
3結(jié)語
綜上所述,釘?shù)栏腥臼峭夤潭ㄖ委煿钦鄣淖顬槎嘁?,也是不可避免的并發(fā)癥. 洗必泰為目前首選的釘?shù)老緞? 全身應(yīng)用抗生素均有弊端. 為解決這些難題,近年來各式各樣的涂層技術(shù)層出不窮,也各具優(yōu)勢. 現(xiàn)在鈦合金及其氧化物涂層、磷灰石涂層及銀合金涂層仍是主要的研究熱點(diǎn). 目前應(yīng)用何種涂層的螺釘能較好降低釘?shù)栏腥镜陌l(fā)生率尚沒有一致的看法. 將各種因子復(fù)合于涂層中也為預(yù)防釘?shù)栏腥咎岢隽诵碌姆椒ǎ休^好的應(yīng)用前景. 新的螺釘涂層的研發(fā)除了保證抗菌特性以外,涂層的骨傳導(dǎo)性及無毒性也是不可忽略的問題. 研制納米材料及抗生素和生長因子的緩釋材料,降低合金材料的毒性,是未來外固定支架涂層技術(shù)發(fā)展的主要趨勢.
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【中圖分類號】R181.3+2
【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
作者簡介:劉少揚(yáng) . 碩士. E-mail:shaoyang7817@126.com
收稿日期:2015-11-28;接受日期:2015-12-15
文章編號:2095-6894(2016)01-61-04
轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)電子雜志2016年1期