脛骨骨缺損臨床治療研究進展

郭　駿，　劉欣偉，　陳　語，　周大鵬

沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 骨科，遼寧 沈陽　110016

·綜述·

脛骨骨缺損臨床治療研究進展

郭駿，劉欣偉，陳語，周大鵬

沈陽軍區(qū)總醫(yī)院 骨科，遼寧 沈陽110016

關鍵詞：脛骨骨缺損；骨移植；骨遷移延長；膜誘導技術

DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2016.03.17

創(chuàng)傷、感染和腫瘤切除均可致脛骨骨缺損。在創(chuàng)傷骨科疾病中，因脛骨特殊的解剖特點[1]，脛骨開放性骨折占有很大比例，此類損傷常伴有嚴重的骨質缺損合并軟組織損傷，成為骨科治療領域的難題。目前，治療方法包括骨移植術、外固定技術、膜誘導技術、組織工程技術、基因工程技術等，本文對近年來國內外脛骨骨缺損的臨床治療與研究現(xiàn)狀作一綜述?，F(xiàn)報道如下。

1骨移植技術

移植骨按來源分為自體骨、異體骨和人工骨。自體骨移植安全性高，骨誘導性能良好，因而被認為是治療骨缺損和骨不連的金標準。常見的植骨重建方式包括：不帶血管的髂骨塊移植、帶血管蒂骨移植、骨膜瓣及復合組織瓣移植[2]。不帶血供的髂骨塊移植，是植骨的一種常規(guī)方式，對小的缺損，采用帶皮質的松質骨植入，能起到填充和支持作用。近年來，顯微骨科技術發(fā)展迅速，帶血管蒂的骨移植已經成為治療繼發(fā)性脛骨骨髓炎骨缺損的主要方法，它不但可以填充缺損部位，還可提高局部抗感染能力，降低感染復發(fā)的機會。相對于其他植骨來源，如髂骨、肋骨等，腓骨移植在治療脛骨骨缺損時更為理想。研究表明，應用帶血管蒂的游離腓骨移植修復脛骨大段骨缺損，術后隨訪結果表明均獲得滿意的療效[3]。

同種異體骨是自體骨的良好替代品，其優(yōu)勢在于數(shù)量充足、強度高，并且可被塑形成任何的形狀填補骨缺損。它具有良好的骨傳導性，經過特定方法處理后還可以保留骨誘導性。但較之自體骨移植，異體骨在骨移植性能上局限性較多，由于是異體，機體會產生強烈的免疫排斥反應。研究表明[4]，對異體骨通過物理、化學方法處理后，雖然可消除其免疫原性.但不可避免造成有益的活性物質的丟失。同時我們對于移植骨愈合的機制也尚存爭議。因此，異體骨在臨床上的應用受限嚴重。Bishop等[5]報道，用帶血管的同種異體骨移植治療大段骨缺損，由于移植后出現(xiàn)免疫排斥反應，術后患者需要長期行免疫抑制療法治療，其可能產生的不良反應值得關注。

2Ilizarov外固定延長技術

近年來，臨床上對大量脛骨骨缺損患者采取了Ilizarov外固定延長技術進行治療。該技術通過緩慢穩(wěn)定持續(xù)的牽引活體組織，刺激了組織微環(huán)境的新陳代謝，促進了某些組織細胞的快速增殖，在持續(xù)牽張的同時，骨與軟骨也得到了再生，從而一次解決了骨缺損、骨不連和肢體短縮3個難題，并且不用植骨和內固定[6]。De Bastiani等[7]在1987年首先提出骨痂延長術的概念，即在骨干進行截骨，數(shù)天后待纖維骨痂形成后進行延長，以加速骨的愈合，降低骨不愈合的發(fā)生率。此方法常應用于臨床脛骨骨缺損的治療，適用于骨缺損率為骨原長度的15%左右以及骨不連伴患肢短縮的患者。此后，有學者提出了骨節(jié)段延長移位術，該手術特點是將骨缺損區(qū)一側或兩側的骨質通過皮質骨切開，或將干骺端截骨術形成的骨節(jié)段逐漸向缺損區(qū)移位延長，當骨缺損兩端的骨質逐漸靠攏后再行局部加壓固定，適用于修復缺損率15%以上的大段骨缺損[8]。骨外固定技術在促進骨的延長及愈合的同時，也有利于缺損區(qū)周圍軟組織的修復，顯示出其在治療復雜創(chuàng)傷性脛骨骨缺損的優(yōu)越性[9]。骨外固定技術具有方法簡單、創(chuàng)傷小、不需植骨、并發(fā)癥少及療效確切等優(yōu)點，是創(chuàng)傷、感染和腫瘤切除術后脛骨骨缺損修復及功能重建的一種不植骨的新方法?；颊咝袆硬槐?，治療周期長，可能出現(xiàn)針道松動、感染、及斷裂等，是該項技術的主要不足。針對上述不足，對其進行了改進，如將髓內釘技術與骨延長技術有效結合能明顯減少外固定架的治療周期，進而減少針道松動、感染等并發(fā)癥，使患者能早期下床進行功能鍛煉[10]。而Sen等[11]對17例脛骨大段骨缺損患者應用骨壓縮牽引成骨技術治療，療效確切。

3膜誘導技術

Masquelet等[12]于1986-1999年對35例長骨骨缺損的患者采用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)骨水泥誘導成膜后，用自體松質骨移植填充缺損區(qū)，取得滿意療效，此后這種方法在臨床上得到了廣泛應用。Masquelet技術以二階段治療骨缺損為特點。首先，對缺損區(qū)進行徹底清創(chuàng)，用骨水泥充填缺損區(qū)，并用外固定架固定骨缺損兩端，在假體周圍能誘導生成自體膜結構，然后再誘導膜內植骨并選用合適的內固定物固定骨斷端，促使新骨形成，以修復骨缺損并達到骨愈合。

Cuthbert等[13]研究表明，在人體內形成的誘導膜比正常骨膜更厚，在酶解后通過流式細胞術測定，每克誘導膜組織中的活細胞數(shù)是正常骨膜中的11倍。從誘導膜和正常骨膜中擴充的間充質干細胞表現(xiàn)出相同的成骨潛能[14]，這表明誘導膜作為間充質細胞豐富的資源有利于骨重建。在誘導膜組織中，淋巴細胞增殖明顯，CD45淋巴細胞的含量是正常骨膜中的31倍，這表明誘導膜組織的免疫活性更強。有動物實驗表明，誘導膜上有垂直于骨長軸方向密集排列的小血管系統(tǒng)，還分泌促進成骨的生長因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)、轉化生長因子B1(transforming growth factor，TGFB1)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，這些生長因子不僅可以促進膜內皮細胞增殖，還可促進成骨細胞的增殖與分化，從而為骨的生長提供營養(yǎng)，并促進骨再生[15]。有研究通過對動物的皮下、肌層、骨生長區(qū)形成的誘導膜的厚度、微血管密度等方面進行對比研究，結果表明，誘導膜內的細胞成分、生長因子及膜的厚度與誘導膜形成的位置有關[16-17]。在骨生長區(qū)形成的誘導膜的厚度介于皮下和肌層形成的膜，但是微血管密度是最高的，退化速度是最低的。因此，在骨生長區(qū)形成的誘導膜可以誘導出更強的骨重建。Masquelet等[12]研究表明，同時使用誘導膜和植骨的完整誘導膜技術修復骨缺損的效果優(yōu)于單純使用植骨或單純使用誘導膜修復的成骨效果。Masquelet技術可用于創(chuàng)傷、感染、惡性腫瘤切除等所致脛骨骨缺損，尤其對于感染引起的脛骨骨缺損，骨水泥中混入抗生素，可以有效的控制感染，優(yōu)勢較其他方法明顯。與帶血管的骨移植技術相比，誘導膜技術不需要顯微外科吻合血管，受區(qū)不發(fā)生應力性骨折，供區(qū)并發(fā)癥少，術后愈合快。與Ilizaro骨搬移技術相比，誘導膜技術有著操作簡單、易推廣、感染率低、負重時間早等優(yōu)點。

雖然Masquelet技術在臨床應用中優(yōu)勢明顯，但是其在應用和研究過程中仍有些關鍵問題未解決。目前，Masquelet技術Ⅰ期的固定方式主要是外固定架，使用過程中可能出現(xiàn)骨斷端固定不穩(wěn)定、釘?shù)栏腥?，導致治療失敗[18]。誘導膜技術的并發(fā)癥有深部感染、骨斷端不愈合、骨連接不正、關節(jié)僵硬、應力性骨折[19]。對于骨缺損范圍較大的患者，需要植入大量的替代材料，植入材料的成骨效果及選擇需要進一步研究。

4組織工程技術

1965年，Urist[20]用骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，DBM)誘導間充質細胞形成進而分化為成骨細胞。直到1987年在美國紐約的學會會議上才正式提出組織工程學定義，其目的和意義是建立活組織培養(yǎng)，新的生物代替物，從形態(tài)、結構和功能上對缺損或功能障礙的組織、器官進行永久性地置換，實現(xiàn)組織器官的修復和重建。骨組織工程有3個基本元素，即種子細胞、支架材料和生長因子。

種子細胞是骨組織工程研究中最基本的環(huán)節(jié)，種子細胞應具有分裂增生能力強、功能旺盛、無或僅有極微弱的免疫排斥反應、能連續(xù)傳代、取材簡單等特點。目前，骨髓基質干細胞(bone marrow stem cells，BMSCs)及脂肪源性干細胞(adipose derived stern cells，ADSCs)在組織工程學領域中應用較多。Kon等[21]研究利用BMSC復合HA支架材料構建組織工程骨修復綿羊脛骨基準大小的節(jié)段骨缺損時，取得了更加明顯的修復效果。Mesimaki等[22]利用由自體脂肪源干細胞、重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2、β-磷酸三鈣制定的微血管復合皮瓣為1例骨缺損患者進行修復，并生成了骨化良好的骨組織。生物支架能為骨缺損部位提供結構支撐并且是種子細胞的良好載體，在機體固有修復前為種子細胞提供新陳代謝、營養(yǎng)交換、增殖分化的空間。理想的生物支架材料應具備良好的生物組織相容性、無毒性、可降解性、且可被塑形成適合任意骨缺損的大小及形狀、具有多孔三維結構及一定的機械強度。目前，應用于骨組織工程的支架材料主要分為天然、人工材料及高分子支架材料3大類。天然材料包括天然骨、天然高分子聚合物，如藻酸鹽、幾丁質、珊瑚骨等，其取材廣泛，生物相容性好，但力學性能較差。Chung等[23]在大鼠顱骨缺損處植入一種可釋放骨形態(tài)發(fā)生蛋白的納米微球肝素-纖維蛋白復合物，結果顯示在缺損區(qū)形成大面積鈣化骨。人工材料如殼聚糖、聚乳酸、生物陶瓷、磷酸三鈣、聚酸酐以及他們之間的共聚物等，雖具有良好的組織相容性、骨傳導性，但細胞吸附性能及降解性能差，影響新骨的生長及重建。有研究表明，在腫瘤切除術后骨缺損區(qū)域植入載有骨髓間充質干細胞的羥基磷灰石支架，隨訪觀察7個月骨缺損得到修復[24]。復合材料綜合各種不同材料的優(yōu)點，進而提高了材料利用的綜合性能，是目前骨組織工程學研究的前沿課題。Bhumiratana等[25]利用蠶絲蛋白聯(lián)合羥基磷灰石制成的復合支架，不但降解良好，且有利于骨質的快速形成。

細胞因子不僅可以促進細胞的增殖分化，而且可以促進血管的生成及成骨細胞的增殖，是骨再生的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)已從人體骨細胞、骨基質中分離培養(yǎng)出多種骨生長因子，如BMP、轉化生長因子、血小板衍生生長因子、胰島素樣生長因子、血管內皮生長因子等。BMP作為骨生長的啟動因子，具有很強誘導骨再生的能力[26]。Gelse等[27]證實，胰島素樣生長因子與其他生長因子協(xié)同可激活骨母細胞增殖、分化并促進骨的生長發(fā)育。

骨組織工程技術在實驗研究方面取得巨大突破性進展的同時，在臨床治療也取得了很好的效果。隨著研究的不斷深入，納米技術、計算機技術也應用于支架的研制。國內研究報道，在納米相羥基磷灰石膠原中載入內皮細胞及成骨細胞，構建成的納米骨成功的應用于骨缺損的修復[28]。骨組織工程學的研究將為脛骨骨缺損的修復開辟廣闊的發(fā)展空間。

5基因治療

近年來，由于基因工程技術和分子生物學技術的發(fā)展，利用基因技術將相關的目的基因通過載體導入靶細胞，進而表達特定的生長因子蛋白促進骨折的愈合為當今的研究熱點。在治療脛骨骨缺損時，常根據(jù)不同的研究目的，選擇目的基因、基因載體及基因轉運方式。將基因治療聯(lián)合組織工程學技術，將目的基因與載體靶細胞結合作為骨組織工程的種子細胞，載入合適的生物支架材料構建成人工骨。利用該技術治療脛骨骨缺損，既保留了基因治療和組織工程骨單獨治療骨缺損的優(yōu)點，又克服了單獨治療時的不足，可能成為未來治療復雜脛骨骨缺損的研究方向。目前，基因治療技術在基礎研究領域取得了巨大成果，隨著科技的發(fā)展和研究的深入，最終會取得滿意的效果。

6結語

目前，脛骨骨缺損的治療仍以傳統(tǒng)的自體及異體骨移植為主，許多新技術都處于實驗階段，若要應用于臨床，仍需不斷的探索及努力。通過對脛骨骨缺損臨床治療的現(xiàn)狀和進展的分析，筆者認為將來的研究可重點關注以下幾個問題：(1)異體骨或異種骨移植，特別是帶血管移植后的免疫排斥反應；(2)復合人工材料的研發(fā)應接近天然骨的結構和性能，且同時具有骨誘導活性；(3)骨組織工程與基因工程以及計算機重建技術的有效結合；(4)顯微外科技術在骨缺損治療中的應用。骨科醫(yī)師應與基礎研究人員密切合作，將基礎研究和臨床應用、生物材料和非生物材料、組織支架與內固定技術等有機結合起來，為脛骨骨缺損臨床治療提供最有效的方法。

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Key words:Tibia Bone defect;Bone graft;Bone transport;Membrane Technique

通信作者：陳語，E-mail：chenyumd@126.com

文章編號：2095-5561(2016)03-0185-04 中圖分類號：R687.3

文獻標志碼：A

收稿日期：2016-02-08

第一作者：郭駿(1990-)，男，湖北十堰人，醫(yī)師，碩士