Ilizarov技術(shù)治療長管狀骨骨缺損的研究進(jìn)展

扈克治，甘干達(dá)，任 磊，呂 波，閆澤正，張 蘇

(1.桂林市人民醫(yī)院骨三科，廣西 桂林 541002；2.原解放軍桂林療養(yǎng)院特勤科，廣西 桂林 541000)

臨床上長管狀骨骨缺損十分常見，其病因大多見于外傷所致缺失、感染性骨髓炎清創(chuàng)、骨不連清創(chuàng)、骨腫瘤切除以及先天性骨缺損，是由多致病因素相互作用而引發(fā)的復(fù)雜的病理改變。Schmitz和Honllinger[1]認(rèn)為骨缺損是指“不能自行愈合的最小骨缺損量”，也稱為“極量骨缺損”(critical size defect，CSD)。由于此定義基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)而得，故而人類的CSD無從獲知。對(duì)于軟組織覆蓋良好且缺損量較小的病例，通過單純植骨即可得到修復(fù)；而對(duì)于缺損范圍超過骨周徑50%或長度>2cm的骨質(zhì)缺損，單純植骨容易出現(xiàn)骨吸收的現(xiàn)象，難以達(dá)到骨愈合的目的[2]。

1 骨缺損治療技術(shù)

1.1帶血供的自體骨移植 自體骨移植是植骨的金標(biāo)準(zhǔn)，為克服大量植骨術(shù)后出現(xiàn)的骨吸收現(xiàn)象，Taylor等1975年首次應(yīng)用帶血管蒂的自體腓骨修復(fù)長6cm的骨缺損。相對(duì)于肋骨、髂骨而言，腓骨骨量大、密度高，形態(tài)更加符合長管狀骨缺損的修復(fù)要求，而且對(duì)供區(qū)脛腓關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性影響較小。該技術(shù)不僅避免單純植骨“爬行替代”的過程，而且最大程度地保留移植骨的生物學(xué)活性，因此得到了廣泛應(yīng)用。然而，帶血供的自體骨移植技術(shù)要求較高的顯微外科水平，而且受區(qū)內(nèi)必須有可供吻合且口徑匹配的動(dòng)靜脈系統(tǒng)，這對(duì)于嚴(yán)重創(chuàng)傷或長期骨髓炎造成的骨缺損是難以做到的。亦有研究表明，在負(fù)重骨骨缺損的修復(fù)案例中，該技術(shù)雖能達(dá)到骨愈合標(biāo)準(zhǔn)，但術(shù)后骨折率仍高于常人30%～50%[2]。

1.2Masquelet(膜誘導(dǎo))技術(shù) 1986—1999年Msquelet等[4]采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥一期在骨缺損處進(jìn)行占位，誘導(dǎo)成膜后二期用自體骨填充，修復(fù)了管狀骨骨缺損35例，療效滿意。該技術(shù)的核心在于骨水泥填充后4～6周組織反應(yīng)所形成的誘導(dǎo)膜[5]，各項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)表明：(1)誘導(dǎo)膜富含間充質(zhì)干細(xì)胞，與骨膜中的此類細(xì)胞成骨潛能相同，可向成骨細(xì)胞及成軟骨細(xì)胞分化；(2)誘導(dǎo)膜高度血管化，能分泌VEGF、TGF-β1、BMP-2等多種促進(jìn)成骨的生長因子[6]；(3)Gouron等[7]發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)膜內(nèi)有破骨細(xì)胞和破骨前驅(qū)細(xì)胞，可加速骨缺損的重建。但對(duì)于大段的骨缺損，尤其是兒童，自體松質(zhì)骨或皮質(zhì)骨來源有限，利用其他的骨替代物，則不能保證成骨效果[2]。

1.3髓內(nèi)釘技術(shù) 髓內(nèi)釘技術(shù)治療長管狀骨骨缺損有較長的歷史，但因?yàn)槠洳挥下瘦^高，臨床實(shí)際應(yīng)用并不多。Hinsche等[8]2003年報(bào)道應(yīng)用髓內(nèi)釘技術(shù)治療15cm股骨骨缺損并痊愈的病例?，F(xiàn)如今的髓內(nèi)釘系統(tǒng)更新為可以滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的固態(tài)釘棒，使其在植入長管狀骨后能分散肌肉收縮產(chǎn)生的壓力，減少并發(fā)癥并促進(jìn)骨質(zhì)再生。雖可通過生物應(yīng)力刺激骨生長，但其生長周期長，對(duì)長度大的缺損并不適用。

1.4鈦網(wǎng)cage技術(shù) 鈦網(wǎng)cage技術(shù)最早由Cobos等[9]2000年報(bào)道2例，利用比缺損范圍略大的鈦網(wǎng)保護(hù)并固定植入的自體骨，同時(shí)輔助內(nèi)外固定物加固，以達(dá)到修復(fù)骨缺損的目的。其原理與Masquelet技術(shù)類似，也是通過植入的自體骨在周圍組織中再血管化和產(chǎn)生多種細(xì)胞因子促進(jìn)骨再生，加速骨重建。Lindsey[10]、Fujibayashi[11]等通過動(dòng)物研究，成功修復(fù)了犬及兔的股骨缺損，但Gugala和Gogolewski[12]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谏窖蛎劰羌叭晒侵行Ч芳?，臨床上仍需更多的隨訪及對(duì)照研究來證明其有效性。

1.5組織工程技術(shù) Smith等[13]通過動(dòng)物研究，將成骨信號(hào)(BMP等)、種子細(xì)胞(MSCs等)以及支架三者結(jié)合，能顯著改善結(jié)構(gòu)化骨基質(zhì)形成，促進(jìn)骨再生，利于骨缺損的修復(fù)與重建。組織工程技術(shù)目前仍處于基礎(chǔ)研究階段，尚未完全應(yīng)用于臨床治療骨缺損。

上述5項(xiàng)治療骨缺損的技術(shù)各有千秋，但都有各自缺陷，臨床技術(shù)要求高、術(shù)后再骨折率高、治療骨缺損長度限制、移植骨來源有限、效果不明確等，而Ilizarov技術(shù)用“骨再生”的方式一舉解決上述難題。

2 Ilizarov技術(shù)的原理

2.1Ilizarov技術(shù)的一般生物學(xué)原理[張力-應(yīng)力法則(law of tension-stress,LTS)]作用于活體組織的緩慢而持久的牽張力，使活體組織細(xì)胞受到刺激并被激活進(jìn)而出現(xiàn)再次生長，其生長方式與胎兒時(shí)期一致，均為相同細(xì)胞的有絲分裂[14]。因此，Ilizarov技術(shù)是一種再生技術(shù)，而非組織的修復(fù)過程。在張力-應(yīng)力作用下，(1)骨延長區(qū)域中心出現(xiàn)生長帶，其中的類纖維母細(xì)胞形成膠原纖維，膠原纖維上的骨母細(xì)胞產(chǎn)生骨樣組織，并逐步形成骨小梁；(2)血管壁出現(xiàn)活躍的平滑肌細(xì)胞，7d左右出現(xiàn)新生的毛細(xì)血管，通過交通支建立延長區(qū)與周圍的血液通路；(3)肌動(dòng)蛋白及肌凝蛋白合成活躍，形成新的肌原纖維和肌節(jié)；(4)神經(jīng)母細(xì)胞增多，施旺氏細(xì)胞包裹軸索，促使神經(jīng)再生；(5)皮膚基底細(xì)胞層增厚，絲狀分裂增多，皮脂腺增大，毛囊汗腺增多[15-16]。這些組織學(xué)變化奠定了Ilizarov技術(shù)治療長管狀骨骨缺損的理論基礎(chǔ)，尤其是合并有皮膚組織缺損的患者，Ilizarov技術(shù)能予以一次性修復(fù)，這是其他修復(fù)方法難以匹及的。

2.2Ilizarov技術(shù)在非感染性長管狀骨缺損中的應(yīng)用 Ilizarov技術(shù)的再生原理最早是應(yīng)用于肢體延長，但隨著對(duì)LTS研究的深入，“骨運(yùn)輸”成了應(yīng)用Ilizarov技術(shù)修復(fù)骨缺損的表現(xiàn)形式：即在長骨骨缺損的遠(yuǎn)端或近端(近干骺端)進(jìn)行截骨，利用Ilizarov外架構(gòu)型(固定環(huán)+搬移環(huán))將截骨段“運(yùn)輸”到骨缺損處，而運(yùn)輸過程所造成的新的缺損通過緩慢運(yùn)輸所產(chǎn)生的“張應(yīng)力”刺激再生得到修復(fù)。Morasiewicz等[17]2007年報(bào)道16例股骨骨不連并短縮患者，平均缺損6.5cm，經(jīng)該技術(shù)治療后痊愈?，F(xiàn)如今的運(yùn)用愈發(fā)廣泛，不僅僅是下肢的股骨、脛骨缺損，還包括上肢的肱骨、尺骨、橈骨，甚至是手部舟狀骨壞死缺損[18]都有應(yīng)用Ilizarov技術(shù)而治愈的報(bào)道。

2.3Ilizarov技術(shù)在感染性長管狀骨缺損中的應(yīng)用 在骨缺損的治療過程中，控制感染是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。感染性骨不連的病灶處往往血液循環(huán)較差，即使大劑量的抗生素也難以在病灶內(nèi)達(dá)到有效的抗菌濃度，不僅增加了藥物的毒副反應(yīng)，臨床療效也較差，故全身應(yīng)用抗生素目前僅作為圍手術(shù)期的輔助治療。清創(chuàng)植骨技術(shù)是治療感染性骨不連的基本技術(shù)，該方法的關(guān)鍵在于徹底清創(chuàng)，常需要多次手術(shù)，同時(shí)要保證骨折端的充分穩(wěn)定和充足的植骨量，故并不適用于所有類型的感染性骨不連患者。前文提到的各項(xiàng)修復(fù)技術(shù)，都必須在消滅感染的前提下才能實(shí)施，一旦修復(fù)過程出現(xiàn)感染，結(jié)果將會(huì)是災(zāi)難性。想要清除感染并獲得骨愈合，就要求骨折端擁有良好的血供。Ilizarov教授曾說：“感染會(huì)在骨缺損的重建過程中燃燒[19]”，他認(rèn)為在牽拉成骨修復(fù)骨缺損的過程中，不僅骨組織得到再生，該區(qū)域的毛細(xì)血管也會(huì)受到刺激而出現(xiàn)更加豐富的血液循環(huán)，從而改善局部血供，使得感染在組織再生的過程中逐步消退。Bumbasirevic等[20]使用Ilizarov技術(shù)治療大量股骨、脛骨干感染性骨不連的患者，均得到較高的治愈率(95%～98%)。Khan等[21]認(rèn)為，Ilizarov技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為治療長骨感染性骨不連及骨缺損的金標(biāo)準(zhǔn)。

Ilizarov最初治療感染性骨不連是通過在骨不連部位加壓-牽張直至骨折端完全愈合，并行病灶的清除，雖可以治愈部分感染性骨不連，但臨床證實(shí)其復(fù)發(fā)率很高。所以，完全依賴Ilizarov技術(shù)來控制感染，結(jié)果并非皆如人意，當(dāng)合并有感染的骨缺損出現(xiàn)時(shí)，大多學(xué)者[21]還是建議首先通過外科手術(shù)進(jìn)行徹底的“地毯式”清創(chuàng)，切除感染及壞死的組織，同期行急性短縮后再延長的方法，或二期骨搬移技術(shù)來重建殘留的骨及軟組織缺損。

2.3Ilizarov技術(shù)中的皮質(zhì)截骨理念 皮質(zhì)截骨概念1968年由Kawamura首次提出，即認(rèn)為截骨操作限于骨皮質(zhì)，減少骨膜及骨髓損傷，有利于骨形成。Ilizarov[22]也證實(shí)骨生成主要來源于骨內(nèi)膜及骨髓組織，其生成的新骨占總量的60%。他們建議在干骺端做骨皮質(zhì)截骨延長，只截?cái)嗲锌趥?cè)周徑75%皮質(zhì)，剩余部分強(qiáng)力折斷。然而該方法操作難度較大，Song和Xu[23]對(duì)此方法進(jìn)行改進(jìn)，研制特定的皮質(zhì)骨截骨刀，以及專門用來截?cái)鄬?duì)側(cè)的弧形骨刀，從而保留更多內(nèi)外骨膜和骨髓，可以最大程度的加速成骨?；谶@一概念，Bastiani等[24]提出截骨后不立即進(jìn)行延長操作，而是經(jīng)過2周左右的“等待期”，待內(nèi)外骨膜及骨髓得到修復(fù)、局部骨痂形成后再行牽張成骨，也稱之為骨痂延長(callotasis)概念。

3 Ilizarov改良技術(shù)

傳統(tǒng)的Ilizarov外架呈現(xiàn)環(huán)狀構(gòu)型，利用多環(huán)在骨缺損的遠(yuǎn)近端固定牢固，在缺損的一端低能量截骨后安裝搬移環(huán)，使截骨段能延管狀骨長軸方向在軟組織袖內(nèi)移動(dòng)，通過移動(dòng)速度的控制使截骨處膜內(nèi)骨化方式形成新骨。隨著對(duì)該技術(shù)原理理解的不斷深入，臨床使用逐步多樣化。

3.1半皮質(zhì)截骨延長術(shù) 部分骨缺損患者病灶僅僅局限于單側(cè)骨質(zhì)，而保留了某側(cè)的骨皮質(zhì)連續(xù)。實(shí)際操作時(shí)在骨缺損面進(jìn)行截骨操作，而不傷及原本連續(xù)的骨皮質(zhì)。此方法的外架構(gòu)型與傳統(tǒng)構(gòu)型一致，但定位更加精準(zhǔn)，損傷更小，更加符合皮質(zhì)截骨概念。Cierny等[25]利用此法治療脛骨骨髓炎后缺損患者，治愈率達(dá)95%。

3.2環(huán)形外架與髓內(nèi)釘?shù)穆?lián)合使用[髓內(nèi)釘骨延長術(shù)(intermeduliary skeletal kinetic distractor,ISKD)] 由于骨缺損的治療周期較長，需要患者長時(shí)間帶架生活，這不僅造成生活不便，還會(huì)增加針道感染和關(guān)節(jié)僵硬的風(fēng)險(xiǎn)。為減少此類情況出現(xiàn)，部分學(xué)者使用Ilizarov環(huán)形外架與髓內(nèi)釘相結(jié)合的方法來治療長管狀骨骨缺損，不僅縮短治療時(shí)間，且有效避免拆架后出現(xiàn)的新生骨回彈。Agashe等[26]回顧了15例先天性脛骨假關(guān)節(jié)患者的臨床資料，認(rèn)為使用Ilizarov環(huán)形外架與髓內(nèi)釘聯(lián)合治療能縮短治療周期，且療效更佳。2014年Gulabi等[27]對(duì)5例脛骨大段骨缺損患者使用ISKD治療，結(jié)果顯示骨折愈合時(shí)間平均4.6個(gè)月，外架使用時(shí)間則明顯縮短，平均4個(gè)月，而且所有患者未發(fā)生再骨折或畸形愈合，骨評(píng)分及功能評(píng)分優(yōu)良率100%。因其樣本量偏小，Bernstein等[28]2015年對(duì)58例脛骨骨缺損進(jìn)行臨床對(duì)照研究，30例單純使用Ilizarov技術(shù)，28例應(yīng)用ISKD技術(shù)，結(jié)果提示后者治療周期明顯縮短且并發(fā)癥更少。

3.3單邊外固定架骨延長術(shù) 環(huán)形外架體積較大，給患者生活帶來不便；而且多部位多針固定，針道感染的可能性較大。部分學(xué)者在截骨后放棄環(huán)形固定，而使用單側(cè)的管式外固定架固定缺損兩端維持長度，將搬移模塊安裝在連接桿上，基本原理及治療過程與環(huán)形外架一致。該方法使用簡單，技術(shù)更易掌握，術(shù)后患者更加方便。Harshwal等[29]利用單臂外固定支架治療37例骨缺損長度5cm以下的下肢骨不連患者，愈合率91.9%(平均愈合時(shí)間5個(gè)月)，功能優(yōu)良率89.2%。Pallaro等[30]同樣方法對(duì)7例股骨感染性骨不連患者進(jìn)行治療，平均骨缺損長度8.1cm，術(shù)后隨訪7例患者均骨性愈合，5例患者功能恢復(fù)良好。該方法放棄穩(wěn)定的中心固定，采取偏心的單邊固定，雖然更加簡單，但骨搬移過程中有可能出現(xiàn)軸線偏移現(xiàn)象，而且在治療負(fù)重骨骨缺損時(shí)應(yīng)慎重選擇，因?yàn)閱芜呁饧芄潭Χ炔蛔悖颊咴缙谪?fù)重會(huì)引起傷肢的短縮。

3.4Taylor三維空間外固定架(taylor spatial frame，TSF) 在Ilizarov 外固定系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，J.Charles Taylor和Harold S.Taylor把Stewart平臺(tái)和Charles理論應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件而發(fā)明了TSF[31]。鄭國濤[32]對(duì)Ilizarov外固定系統(tǒng)與TSF的生物力學(xué)比較研究顯示，在軸向壓力穩(wěn)定性上Ilizarov外固架優(yōu)于TSF，而扭轉(zhuǎn)應(yīng)力穩(wěn)定性上TSF更優(yōu)。雖然TSF繼承Ilizarov外固架的優(yōu)點(diǎn)，特別是在多維平面骨折復(fù)位及畸形矯正更有優(yōu)勢(shì)[33]，但更多用于復(fù)雜長骨的骨折復(fù)位。而對(duì)于長管狀骨骨缺損的修復(fù)而言，Ilizarov外固定系統(tǒng)的軸向穩(wěn)定顯然更符合要求。

3.5腓骨移位技術(shù) 腓骨移位技術(shù)也是基于Ilizarov原理發(fā)展而來。此技術(shù)僅適用于脛骨骨缺損使用傳統(tǒng)Ilizarov技術(shù)修復(fù)后缺損段新生骨礦化不良時(shí)。平脛骨骨缺損平面將傷肢腓骨截?cái)啵褂瞄蠙灬槍⒔財(cái)嚯韫菑耐?腓)向內(nèi)(脛)側(cè)輸送至脛骨骨缺損處以增強(qiáng)骨量。Catagni等[34]利用此法治療1例骨搬移失敗的脛骨骨缺損患者并獲得成功。

4 Ilizarov技術(shù)的缺點(diǎn)與并發(fā)癥

使用Ilizarov外固定架也會(huì)引起一些并發(fā)癥。Paley[35]將并發(fā)癥分為：問題(不通過手術(shù)解決，如針道感染、康復(fù)鍛煉可恢復(fù)功能的輕度關(guān)節(jié)攣縮等)，障礙(需要通過再次手術(shù)解決，但不會(huì)遺留后遺癥，如斷針、礦化不良、延遲愈合、軸向移位等)及并發(fā)癥(通過處理仍會(huì)遺留形態(tài)異?；蚬δ苷系K，如關(guān)節(jié)攣縮僵硬需要關(guān)節(jié)融合，骨髓炎等)。Papakostidis等[36]Meta分析報(bào)道骨折復(fù)發(fā)率5%，截肢率2.9%，神經(jīng)血管損傷相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率2.2%。Krishnan 等[37]使用Ilizarov技術(shù)治療感染性骨缺損，感染復(fù)發(fā)率5%，軸向偏移發(fā)生率70%。Blum 等[38]報(bào)道針道松動(dòng)的發(fā)生率8%。

各類報(bào)道中，同類并發(fā)癥的發(fā)生率通常認(rèn)為與手術(shù)醫(yī)師的技術(shù)熟練度相關(guān)，操作熟練可明顯降低并發(fā)癥發(fā)生率。同時(shí)，也有大量報(bào)道提出，并發(fā)癥發(fā)生率與骨缺損長度正性相關(guān)，缺損范圍超過長管狀骨長度1/4時(shí)，并發(fā)癥發(fā)生率明顯升高[39]。

5 結(jié)語與展望

基于Ilizarov原理的骨搬移技術(shù)在治療長管狀骨骨缺損時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，尤其是伴有感染或合并皮膚組織缺損時(shí)，運(yùn)用Ilizarov技術(shù)能取得事半功倍的效果。但仍然面臨一些亟待解決的問題，如大段骨缺損修復(fù)術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率居高不下；對(duì)于缺損區(qū)新骨生成及礦化愈合缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn)和定量研究；如何在保留中心固定前提下提高患者的治療體驗(yàn)；如何制定骨搬移速度的個(gè)體化標(biāo)準(zhǔn)；Ilizarov外架能否像TSF智能化、精準(zhǔn)化等。隨著干細(xì)胞技術(shù)及組織工程等技術(shù)的不斷完善成熟，以及Ilizarov技術(shù)的應(yīng)用，骨缺損將不會(huì)成為困擾臨床骨科醫(yī)師的難題。