胸壁重建材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展

王占磊 金健

【提要】 胸壁重建是胸部外科手術(shù)后，修復(fù)受損胸壁結(jié)構(gòu)，恢復(fù)胸壁正常功能的一種常用手段。當(dāng)前，自體皮瓣已成為胸壁軟組織重建公認(rèn)的一種理想材料，但關(guān)于胸壁骨架重建材料的選擇仍存在較大爭議。除自體骨骼以外，非可降解材料是臨床應(yīng)用較多的一種胸壁重建材料，具有良好的組織強(qiáng)度及穩(wěn)定性，且并發(fā)癥較少。同時(shí)，隨著胸壁重建材料研究的持續(xù)深入，生物可降解材料成為了臨床應(yīng)用試驗(yàn)及胸壁重建材料性質(zhì)改良研究的新熱點(diǎn)，其中3D打印可吸收材料具有較高的臨床可行性。本文主要就胸壁重建材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展展開綜述。

胸部手術(shù)后胸壁缺損會(huì)直接影響患者預(yù)后。一般情況下，胸壁缺損面積較小，可直接縫合；若胸壁缺損面積較大、組織層次較多，就需通過皮瓣移植或骨架重建修復(fù)胸壁結(jié)構(gòu)。另外，若胸骨被大部分切除或肋骨缺損4 根及以上，應(yīng)優(yōu)先考慮骨性重建，以此來修復(fù)胸壁結(jié)構(gòu)的完整性，增強(qiáng)骨架支撐強(qiáng)度，加強(qiáng)對(duì)縱隔結(jié)構(gòu)與胸腔內(nèi)臟器的保護(hù)，保證呼吸通暢。

1 胸壁軟組織重建

臨床重建胸壁軟組織的主要目的是閉合創(chuàng)面、去除死腔、修復(fù)胸壁的完整性[1]。針對(duì)受損嚴(yán)重的多層組織創(chuàng)面，需要使用較多的軟組織進(jìn)行胸壁重建，而游離皮瓣、帶蒂皮瓣、網(wǎng)膜瓣等自體皮瓣是胸壁軟組織最為理想的重建材料[2]。選擇自體皮瓣時(shí)，要重點(diǎn)考慮軟組織的量與血供。當(dāng)前，臨床應(yīng)用的帶蒂皮瓣多為胸腹、背闊肌、胸大肌等部位的皮瓣組織，可覆蓋大面積、深層創(chuàng)口，為重建區(qū)域提供豐富的血供，能夠滿足接近80%的手術(shù)需要[3]。在臨床實(shí)踐中，若無法獲取帶蒂皮瓣，可使用游離皮瓣進(jìn)行胸壁軟組織重建，如闊筋膜張肌皮瓣、股前外側(cè)及肩胛旁皮瓣等，并通過血管吻合在供、受區(qū)之間建立新的血運(yùn)聯(lián)系，減少蒂長短對(duì)皮瓣選擇的限制。此操作雖較為復(fù)雜，但允許兩組術(shù)者同時(shí)進(jìn)行游離皮瓣移植操作，故能縮短手術(shù)時(shí)間，在保證供區(qū)組織縫合良好的情況下，可有效減少術(shù)后不良反應(yīng)的發(fā)生[4]。另外，網(wǎng)膜瓣作為胸壁軟組織重建中的一種新型輔助材料，可用于大面積胸壁缺損的治療，能夠更加全面地修補(bǔ)缺損縫隙，減少空腔的發(fā)生，比肌皮瓣具備良好的抗感染能力。

2 胸壁骨架重建

2.1 自體或同種異體骨骼

自體骨骼是最早應(yīng)用于胸壁骨架重建中的一種移植材料，具有良好的生物相容性，既可提供大量的成骨細(xì)胞，也能夠提供各類生長與促生長因子。同時(shí)，由于自體骨骼本身具備骨膜，可充分刺激新骨的形成與生長，加快愈合[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，可依據(jù)骨骼具體形態(tài)，根據(jù)胸壁骨架重建對(duì)強(qiáng)度的要求，選擇肋骨、髂骨等作為供區(qū)。同種異體骨骼移植雖不必考慮如上限制因素，可提供充足的骨量，且不會(huì)產(chǎn)生新的創(chuàng)傷，但較自體骨骼而言，異體骨骼在生物相容性方面的表現(xiàn)相對(duì)較差，需通過組織配型減少排斥反應(yīng)，在移植過程中還存在較大的交叉感染風(fēng)險(xiǎn)[6]。此外，異體骨骼因來源十分稀缺，價(jià)格也非常昂貴。

2.2 非可降解材料

目前，金屬材料在胸部骨架重建中運(yùn)用廣泛，而鈦合金是胸壁重建中應(yīng)用最為廣泛的一種材料。鈦合金重量較輕，既耐腐蝕，也耐摩擦，具有良好的可塑性和生物相容性[7]，可代替缺損骨骼或作為支架與肌肉皮瓣、補(bǔ)片等合用。同時(shí)，在核磁共振（MRI）、CT 等影像學(xué)檢查中，鈦金屬移植物的顯像十分清晰，受偽影影響較小，十分有利于隨訪評(píng)估[8]。但由于鈦合金板與骨骼斷面無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的“融合”，因此，在長期應(yīng)力作用下，極有可能發(fā)生斷裂。這種斷裂在已有瘢痕組織形成的情況下，癥狀并不明顯，但若胸部有長期疼痛的表現(xiàn)，就極有可能需要再次手術(shù)移除[9]。

聚酯類、聚丙烯、聚四氟乙烯等熱塑性樹脂材料也是胸壁骨架重建常用的合成材料之一，可滿足不同強(qiáng)度的胸壁骨架重建需要。但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問題[10]。聚丙烯等單一合成材料，常因強(qiáng)度不足而無法維持正常穩(wěn)定的胸壁結(jié)構(gòu)，臨床上常會(huì)選擇在聚丙烯補(bǔ)片結(jié)構(gòu)之間，增加一層甲基丙烯酸甲酯“黏合劑”，形成一種類“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料[11]，此種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料通過高溫處理，強(qiáng)度會(huì)大大提升，可有效抵抗各種應(yīng)力作用，即使外層結(jié)構(gòu)在外力作用下發(fā)生斷裂，中間結(jié)構(gòu)仍可維持良好的穩(wěn)定性[12]。由聚四氟乙烯制作而成的補(bǔ)片因具有較強(qiáng)的張力性、柔軟性和允許組織長入的特點(diǎn)，是目前廣泛應(yīng)用于人體的生物植入材料[13]，但有研究指出，聚四氟乙烯的感染發(fā)生率要明顯高于聚酯類、聚丙烯等其他合成材料，常需要再次手術(shù)進(jìn)行摘除[14]。與這些材料相關(guān)的并發(fā)癥，如繼發(fā)性傷口感染、血腫形成、拉伸強(qiáng)度不足以保護(hù)胸腔內(nèi)臟器等，使其應(yīng)用受到限制。

當(dāng)前，非可降解材料在胸壁重建中的應(yīng)用是否具備較高的感染風(fēng)險(xiǎn)，仍存在較大爭議，但專家共識(shí)明確指出，非可降解材料不適用于如下幾種情況的修復(fù)：污染創(chuàng)面、感染嚴(yán)重創(chuàng)面和放療后的創(chuàng)面[15]。

2.3 生物可降解材料

非可降解材料在胸壁骨架重建修復(fù)過程中雖已得到有效應(yīng)用，但術(shù)后并發(fā)癥等問題并未得到有效解決。重建材料的主要作用是幫助患者保留、修復(fù)正常的胸壁功能，手術(shù)創(chuàng)傷完全愈合后，異體材料就無存在的必要，且會(huì)增加并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)[16]。因此，生物可降解材料成為研究的對(duì)象，認(rèn)為該種材料在胸壁骨架重建中，能夠?yàn)樾律Y(jié)締組織提供可靠的附著骨架，置入人體后，可發(fā)生如下變化：①植入體內(nèi)后，可立即發(fā)揮機(jī)械支撐作用，維持正常的呼吸運(yùn)動(dòng)；②隨著新生纖維組織的生長，可同時(shí)作為新生細(xì)胞的附著支架與纖維組織成型的支撐[17]；③當(dāng)生物可降解材料被充分降解或部分降解后，剩余部分會(huì)與人體組織相融、重塑，新生結(jié)締組織與創(chuàng)面愈合組織均被完全包裹，形成了新的支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)生物可降解材料的成分，具體可分為人工合成材料與生物材料兩種[18]。

聚對(duì)二氧雜環(huán)己酮是人工合成材料的主要成分。自20 世紀(jì)90 年代起，就有聚對(duì)二氧雜環(huán)已酮相關(guān)的使用報(bào)道。Qin等[19]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無論單獨(dú)使用，還是與其他材料合用，與非可降解材料相比，生物可降解材料在胸壁骨架重建中的應(yīng)用優(yōu)勢已十分突出。

通過脫細(xì)胞處理的真皮是生物材料的主要成分，根據(jù)其來源不同，大致可分為兩種：一種是自體來源的人脫細(xì)胞真皮基質(zhì)，另一種為異體來源，主要是豬/牛等脫細(xì)胞真皮基質(zhì)。在胸壁骨架重建中，將生物材料植入到人體內(nèi)，可快速地再血管化，重新塑形，最終融于自體組織結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抗感染能力，并且可有效防止組織粘連[20-21]。同時(shí)，具備上述特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)在胸壁骨架重建中，可有效彌補(bǔ)非可降解材料的不足，突出表現(xiàn)為可覆蓋污染傷口或接受過放療的組織，效果與安全性均得到臨床肯定。

生物材料通過與原有胸壁組織的有機(jī)融合，組織粘連與炎癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較低，在胸壁骨架重建中的安全性與臨床應(yīng)用價(jià)值均受到高度肯定。當(dāng)前，有關(guān)報(bào)道中顯示的短期并發(fā)癥以血腫形成較為常見，長期并發(fā)癥尚不明確[22]。同時(shí)，由于生物材料是否可降低并發(fā)癥發(fā)生率缺乏大量數(shù)據(jù)的支持，故尚未廣泛用于胸壁重建，其可行性仍待證實(shí)。

3 3D 打印材料在胸壁重建中的應(yīng)用

胸壁缺損因面積大小及缺損程度、位置各不相同，經(jīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的制式耗材無法滿足各類患者對(duì)胸壁形態(tài)恢復(fù)的個(gè)性化要求，且會(huì)增加胸部重建手術(shù)的操作難度[23]。與傳統(tǒng)的制式鈦合金耗材相比，3D 打印鈦合金裝置能夠滿足不同胸壁重建手術(shù)對(duì)胸壁修補(bǔ)材料形狀與尺寸的要求，因此，該技術(shù)手段在胸壁重建中得到迅速普及。張豪等[24]采用3D 打印技術(shù)，將鈦合金肋骨用于胸壁重建中，手術(shù)十分成功，胸壁重建效果良好。利用3D 打印技術(shù)可定制出與原始肋骨高度相似的肋骨段曲率，能夠充分符合手術(shù)需求與患者要求，并且可與殘余肋骨組織牢牢固定。同時(shí)，為獲取更加良好的美容效果，術(shù)中還選擇背闊肌皮瓣重建胸壁軟組織，這是其他非定制胸壁重建方法無法實(shí)現(xiàn)的，可有效保證胸壁功能與外觀的完整[25]。有研究報(bào)道了3D 鈦合金植入物的開發(fā)和臨床應(yīng)用，該植入物可重建胸壁大部并保持胸廓的完整性[26]。經(jīng)長期實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，3D 打印鈦合金材料用于胸壁重建，安全性較高。一方面，術(shù)后移位、脫位的發(fā)生率較低；另一方面，正常的肺部呼吸不會(huì)導(dǎo)致種植體與胸壁發(fā)生摩擦，可有效避免局部胸壁出現(xiàn)血腫與損傷等情況。同時(shí)，3D 打印鈦合金材料重量較輕，術(shù)后不易形變，能夠有效抵抗胸壁自身的重力與呼吸、牽拉引起的張力[27]。

4 新材料用于胸壁重建的探索

當(dāng)前，聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）在3D 打印胸壁重建中的應(yīng)用已成為了新的研究熱點(diǎn)，該種材料屬于多芳烴半結(jié)晶熱塑性聚合物，不僅具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在生物力學(xué)及生物相容性等方面也具有突出優(yōu)勢。與金屬植入物相比，PEEK 的彈性模量更低，且與皮質(zhì)骨的機(jī)械強(qiáng)度十分相近[28]。同時(shí)，在X 線、CT、MRI 檢查時(shí)，PEEK 具備較強(qiáng)的兼容性，可有效消除CT、MRI 檢查過程中由各種金屬成分產(chǎn)生的偽影。另外，PEEK 的生物惰性也相對(duì)良好，且不具有致敏性[29]。另有研究顯示，PEEK 種植體的重量較輕、更加靈活，與胸骨、肋骨的彈性、拉伸強(qiáng)度均十分相近，彈性模量較低，在胸壁重建中具有多種應(yīng)用優(yōu)勢[30-32]。

當(dāng)前，PEEK 已得到美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的認(rèn)可，被廣泛應(yīng)用于牙科與整形外科。同時(shí)，有研究利用PEEK 進(jìn)行脊柱融合[33]；有研究應(yīng)用PEEK 成功完成了顱骨成形術(shù)；有研究基于熔融沉積成型原理，利用3D 打印技術(shù)制造出了仿生人體內(nèi)踝。結(jié)果顯示，PEEK 于3D 打印前后并未產(chǎn)生明顯的化學(xué)變化，且細(xì)胞相容性良好。目前，胸外科應(yīng)用PEEK 進(jìn)行3D 打印胸壁重建的相關(guān)研究與報(bào)道較少，仍處于探索階段。

但在實(shí)際應(yīng)用中，PEEK 仍然具有局限性，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。①當(dāng)前研究僅將3D 打印PEEK 應(yīng)用于胸壁重建中，并未與使用3D 打印鈦合金肋骨進(jìn)行胸壁重建的患者進(jìn)行療效比較。②與PEEK 比較，采用鈦合金材料進(jìn)行胸壁重建患者表現(xiàn)出的細(xì)胞增殖、血管生成及骨塑性與成骨過程更為明顯。早期胸壁重建的穩(wěn)定性多以機(jī)械固定的方式實(shí)現(xiàn)，但后期胸壁重建的穩(wěn)定性主要由周圍骨與軟骨組織的生長而決定。③3D 打印PEEK 材料的韌性、低彈性模量與拉伸強(qiáng)度，與胸骨、肋骨十分相似，不會(huì)對(duì)胸部運(yùn)動(dòng)造成較大的限制。當(dāng)前已有研究的隨訪時(shí)間僅延續(xù)到胸壁重建術(shù)后的6～12 個(gè)月。因此，需在未來研究中，對(duì)3D 打印PEEK 材料在胸壁重建中的療效與副作用進(jìn)行更長時(shí)間的隨訪。④當(dāng)3D 打印PEEK 植入物放入因胸壁腫瘤切除前胸壁的患者體內(nèi)后，患者在睡覺或身體傾斜的過程中，后胸壁會(huì)承受更大的壓力[34]，針對(duì)PEEK 植入體是否能夠有效修復(fù)后胸壁缺損，需展開更加深入的研究。

綜上所述，自體骨骼具有良好的生物相容性，不易引發(fā)術(shù)后感染，多數(shù)情況下無需移除移植物，是腫瘤切除術(shù)后胸壁重建的一種理想材料，但受材料來源有限、強(qiáng)度不足等因素限制。因此，可選擇人工合成材料與自體皮瓣或生物可降解材料相結(jié)合的方式，進(jìn)行胸壁骨架重建，以減輕患者疼痛，降低術(shù)后感染等并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，要不斷加強(qiáng)生物可降解材料安全性方面的探索，以便更加客觀評(píng)估其在胸壁骨架重建中的應(yīng)用可行性。另外，應(yīng)持續(xù)加大3D 打印技術(shù)與3D 打印可吸收材料的應(yīng)用研究，將重點(diǎn)放在利用3D 打印技術(shù)制作解剖模型方面，制定詳細(xì)的手術(shù)方案，滿足患者定制個(gè)性化植入物的需求，將圍手術(shù)期的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，改善患者預(yù)后。以3D 打印為代表的新技術(shù)已得到臨床高度重視，盡管其在當(dāng)前胸壁重建中的應(yīng)用相對(duì)有限，但隨著理論實(shí)踐的增加，前瞻性研究的開展，3D 打印技術(shù)具備十分廣闊的應(yīng)用前景。