王振山，程鑫葵，侯福山，潘耀峰，尹蕓生

(山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨科，山西 太原 030001)

誘導膜技術治療大段骨缺損的研究進展

王振山，程鑫葵，侯福山，潘耀峰，尹蕓生*

(山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨科，山西 太原 030001)

對于各種原因引起的大范圍長骨干骨缺損的修復，目前仍然是骨科的一個難題，當前的治療方法有[1]：a)帶血管的自體骨移植技術；b)Ilizarov骨搬移技術；c)Masquelet誘導膜技術。帶血管的自體骨移植技術和Ilizarov骨搬移技術是目前被廣泛接受的方法[2]。帶血管的自體骨移植技術需要做血管顯微吻合，且容易出現(xiàn)受區(qū)應力性骨折及供區(qū)并發(fā)癥。帶血管的自體骨移植適用于骨缺損范圍較小的患者，當骨缺損大于6 cm時，采用帶血管的自體骨移植的方法重建骨干，骨愈合是不完全的，且容易出現(xiàn)植骨塊被吸收的情況[2]。Ilizarov骨搬移技術適應證較廣泛，尤其適用于合并軟組織缺損和感染的患者，但骨缺損愈合時間較長，術后護理不便，常需多次手術，并發(fā)癥較多(如釘?shù)栏腥尽⑺蓜?，關節(jié)黏連僵硬，神經損傷，對合端偏移、對合端不愈合等)[3-4]。Masquelet等[5]于1986—1999年期間對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)，取得了滿意的療效，這種方法被稱為誘導膜技術。該方法分2個時期進行，第1期：徹底清創(chuàng)后在骨缺損處植入PMMA假體，在假體周圍能誘導出一層假膜，這層假膜被稱為骨水泥誘導膜；第2期：待感染控制后取出骨水泥，在膜囊中植入自體松質骨，使用外固定架固定骨折斷端。Gouron等[6]用誘導膜技術治療14 例兒童骨缺損，平均9.5個月達到骨愈合，骨愈合率為65%，1 例出現(xiàn)自體植骨后骨吸收。該技術操作簡單、手術時間短、耐受性好、術后并發(fā)癥少、骨愈合時間短、負重時間早、后遺癥少，尤其在大范圍骨缺損、骨缺損伴嚴重感染的患者中優(yōu)勢尤為突出。本文對這種方法的實驗研究和臨床應用進展進行綜述。

1 誘導膜技術的生物學基礎

在第1期將骨水泥置入骨缺損區(qū)4～6周后，誘導膜基本成熟，厚度約1 mm，分2層[7]，內層為滑膜樣上皮細胞層，含有大量微血管和上皮細胞；外層為成纖維細胞層，含有豐富的微血管和膠原纖維[2]。成纖維細胞的組織來源對誘導膜的厚度是個重要的因素，成纖維細胞是誘導膜的主要組成部分，誘導膜是對骨水泥組織反應的產品[8]。有文獻報道[9]，在人體內形成的誘導膜與正常骨膜相比，誘導膜更厚，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。在誘導膜組織中，浸潤淋巴細胞大量增殖，CD45+淋巴細胞的含量是正常骨膜中的31倍，這表明誘導膜組織中免疫細胞的補充是更活躍的。誘導膜是間充質干細胞豐富的資源，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[10]，這對于骨重建是有利的。動物實驗表明[11]，誘導膜上有垂直于骨長軸方向密集排列的小血管系統(tǒng)，還能分泌促進成骨的生長因子[2，7]，如血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、轉化生長因子-β1(transforming growth factor，TGF-β1)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)。VEGF不僅可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[12]；TGF-β1可促進成骨細胞的新陳代謝和細胞外基質的合成；BMP-2可誘導骨髓基質干細胞分化為成骨細胞，促進骨的再生與修復[7]。誘導膜的成骨活性和新生血管活性在其形成后2～4周達到最大，6周后逐漸下降[13]。有學者[8，13]在動物的皮下、肌層、骨生長區(qū)形成的誘導膜的厚度、微血管密度等方面做了研究，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。在皮下形成的誘導膜是最厚的，但是微血管密度是最低的；在肌層形成的膜是最薄的，但是植入骨的吸收是最強的；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。Gouron等[14]在動物模型中發(fā)現(xiàn)誘導膜囊腔內有破骨細胞及破骨前驅細胞，這些細胞可能有助于骨重建。

2 誘導膜技術的手術步驟與原理

2.1 誘導膜技術的手術步驟[1-3，5，15]a)第1期：首先對骨缺損區(qū)進行徹底清創(chuàng)，切除死骨、無血運的骨和硬化骨，消除感染，必要時行皮瓣或肌皮瓣轉移覆蓋修復軟組織，然后在骨缺損區(qū)用PMMA骨水泥混入抗生素(通常是萬古霉素)，填充塑形為棒狀并連接骨斷端，用軟組織包裹骨水泥，縫合筋膜和皮膚，并用外固定架固定骨缺損兩端。b)第2期：在第1期術后6～8周、軟組織愈合良好、感染控制的情況下，去除外固定支架，切開軟組織、切開形成的誘導膜，顯露骨水泥，然后小心取出骨水泥(避免膜受損)，可見一層白色的纖維膜，之后打通纖維膜兩端，使骨髓腔與膜囊腔相通，同時在膜腔內填滿切碎的自體骨(一般為松質骨)或骨替代材料，然后縫合誘導膜，選用合適的內固定物固定骨斷端。再用血供豐富的軟組織覆蓋，縫合皮膚。

2.2 誘導膜的作用 a)第1期：骨缺損區(qū)放入骨水泥是為了防止軟組織的塌陷，占據(jù)骨缺損區(qū)，為以后植骨創(chuàng)造空間[2，7]。b)第2期：取出骨水泥，植入自體松質骨，誘導膜可以將植入骨與軟組織隔離開，為骨的生長提供了一個相對獨立、封閉的成骨環(huán)境，使骨祖細胞及其相關因子得以富集保留[1，14，16]，并且排除了局部不利因素的影響，如炎性反應、感染等，還可以防止植入骨被吸收[2，17]。c)對于感染引起的骨缺損，骨水泥中可以混入萬古霉素，隨著萬古霉素的緩慢釋放，骨缺損區(qū)的感染得到控制[1，18]。d)動物實驗表明[2]，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。

2.3 誘導膜技術臨床應用過程中需要注意的細節(jié) a)在第1期對骨缺損區(qū)進行徹底清創(chuàng)，消除感染，特別是由于感染導致的骨缺損，在植入的骨水泥中可以混入萬古霉素[1，19]，但是要定期檢測血液中的萬古霉素濃度。有文獻報道[20]，當人體血液中的萬古霉素濃度超過25 ug/mL時，腎損傷出現(xiàn)的比例將明顯增加；b)在第1期徹底清創(chuàng)后，應估算出骨缺損的體積，然后估算出使用骨水泥和萬古霉素的量，避免混入骨水泥中的萬古霉素的量過少或過多，出現(xiàn)萬古霉素未達到有效殺菌濃度或濃度過高導致腎損傷；c)骨缺損斷端的骨必須是健康的，斷端有良好的血管床，以便第2期手術植入的骨獲得良好的血運，如果有軟組織缺損，可行皮瓣或肌皮瓣轉移覆蓋修復軟組織[3]；d)在第1期誘導成膜階段，骨缺損區(qū)填充骨水泥塑形時骨水泥要包裹兩斷端，誘導出的膜囊空間應大于骨缺損空間，這樣可使自體骨與骨斷端達到完好愈合[1]；e)在實施第2期手術前，必須確保誘導膜囊腔內無感染或感染已控制[21](在手術前2個月，每隔2周查一次血沉、C-反應蛋白，連續(xù)3次復查結果正常)，否則會導致手術失??；f)第2期去除骨水泥，植入松質骨前，打通纖維膜兩端，打通髓腔，使骨髓腔與膜囊腔相通，有利于恢復移植骨的血運[21]；g)在第2期關閉手術傷口時，為防止術后血腫形成留置負壓引流管，不應將負壓引流管放入誘導膜內，而應該放在誘導膜外的軟組織間隙，以避免誘導膜內成骨因子的丟失；h)第1期外固定支架固定應足夠牢固，以使軟組織生長良好，防止活動時骨水泥破壞已形成的誘導膜；i)填充自體移植骨時必須把囊膜腔填滿，不留死腔，以免術后感染；j)縫合誘導膜時張力不能過大，防止誘導膜破裂[2]；k)手術第2期固定骨缺損斷端時一定要牢固，以避免術后骨連接不正或骨斷端不愈合等并發(fā)癥的發(fā)生[21]；l)若第1期手術后6～8周骨缺損區(qū)的感染仍未控制或患者正在接受放療、化療，可適當延長第2期手術的開始時間，待骨缺損局部和全身條件許可時再行第2期手術[17]；m)第2期植入的自體骨，一般為松質骨，自體皮質骨、松質骨、同種異體骨和人工骨均可做為植入材料，但自體松質骨的成骨效果最好[3]。自體松質骨可以從髂骨獲得，也可用RIA(鉸刀、灌溉、吸引技術)從股骨髓腔獲得[22]。但是有文獻報道[23]，單獨使用通過RIA獲得的自體骨時會出現(xiàn)誘導膜囊腔內不規(guī)則的骨愈合，可能是因為移植物中心不完全的血管化造成的。當骨缺損范圍較大，自體松質骨量不足時，可以用皮質骨、同種異體骨、人工骨替代，但是替代骨與自體松質骨量的比例不能超過1︰3[2]，否則會影響成骨效果。因此，誘導膜囊腔內填充切碎的自體松質骨仍然是“金標準”，并且大小不能超過1～2 mm3[23]。

3 誘導膜技術的優(yōu)點和缺點以及存在的問題

3.1 誘導膜技術的優(yōu)點 誘導膜可用于創(chuàng)傷后骨缺損、惡性腫瘤骨缺損、骨髓炎性骨缺損等[16]，尤其對于感染引起的骨缺損，骨水泥中混入萬古霉素，可以有效的控制感染，優(yōu)勢較其他方法明顯。帶血管的自體骨移植技術有骨愈合快、骨吸收少、能夠重塑骨皮質的優(yōu)點，但是也有很多缺點，該技術需要顯微外科吻合血管，應用過程中出現(xiàn)的受區(qū)并發(fā)癥有應力性骨折、感染、軟組織黏連、骨連接不正、神經損傷、骨筋膜室綜合征等。為避免應力性骨折的發(fā)生，負重時間較晚，自體骨移植術后1年患肢開始負重。供區(qū)的并發(fā)癥包括自發(fā)性骨折、關節(jié)不穩(wěn)、神經麻痹、肌腱攣縮[16]。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，負重時間早。Ilizarov骨搬移技術在臨床的應用中日趨成熟，但是缺點也很多[18]，如操作復雜、需要特殊裝置、并發(fā)癥多、固定時間長、患者耐受性差，并且在長時間的治療過程中需要不斷拍攝X線片，對患者的放射性損害較大。骨搬移技術的并發(fā)癥主要有皮膚壞死、感染、假關節(jié)形成、對合端偏移、對合端骨不連等，且長期的治療過程中患者出現(xiàn)焦慮、抑郁等精神疾病。與骨搬移技術相比，誘導膜技術操作簡單，易推廣，并發(fā)癥少，感染率低，負重時間早。對于嚴重感染的開放性骨折，誘導膜技術還能控制感染，改善局部成骨環(huán)境。

3.2 誘導膜技術的缺點和存在的問題 雖然誘導膜技術在臨床應用中優(yōu)勢明顯，但是其自身存在一些不足，并且其研究過程中有些關鍵問題仍未解決。目前誘導膜技術在第1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[16]。髓內釘雖然較外固定架穩(wěn)定性好，但是包裹骨水泥后形成的金屬-骨水泥結構在第2期取出骨水泥植骨時難以取出，可能造成骨缺損進一步擴大。因此，在使用誘導膜技術治療骨缺損時采用外固定架還是選擇髓針內固定目前尚無定論。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[19，24]。對于骨缺損范圍較大的患者，需要植入大量的自體松質骨，由于自體骨的來源有限，使用替代材料又無法保障成骨效果，故植入材料的選擇需要進一步研究。雖然有實驗證實[2]骨水泥誘導膜能夠產生VEGF、TGF-β1、BMP-2促進成骨，但是具體的生成機理還需進一步研究。在治療感染引起的骨缺損患者時，骨水泥內可混入抗生素(常為萬古霉素)，但是抗生素與骨水泥的比例不能大于1︰5，否則會影響骨水泥的機械性能，導致骨水泥不能很好的塑形，影響手術效果[24]。

4 誘導膜技術臨床應用過程中的改進

4.1 固定方法的改進 誘導膜技術最初在第1期徹底清創(chuàng)、骨水泥間置后使用外固定架固定患肢，但是外固定架安置后存在護理不方便、釘?shù)栏腥?、固定不牢固、適用部位有限等問題。后經臨床工作者們不斷探索，有學者主張采用內固定更為可靠及簡便，尤其在第1期首選髓內釘固定[3，15，19]，此方法有利于患者早期下地。

4.2 植入骨水泥方法的改進 在第1期將骨水泥置于骨缺損處后，第2期取出時發(fā)現(xiàn)骨水泥難以取出，出現(xiàn)骨水泥與金屬內固定物連接牢固，取出時造成骨缺損范圍進一步加大，損傷誘導膜等問題。針對這些問題，有學者報道了一種骨水泥間置的新辦法。首先根據(jù)骨缺損的大小，在體外先用骨水泥隔離體包裹比受區(qū)髓內釘稍大的髓內釘塑形，在冷卻變硬前用手術刀切開骨水泥，使其成為兩個半管，冷卻后置入缺損區(qū)，用薇蕎捆住，在骨水泥半管兩端使用少量骨水泥，使其與骨斷端連接起來，二期取出時可減少對骨斷端和誘導膜的損傷，也可避免骨水泥放熱損傷軟組織[3]。

5 展 望

誘導膜技術為大段骨缺損的治療提供了一種新方法，其手術方法簡便，適應證廣泛，應用范圍逐漸擴大，可用于創(chuàng)傷性骨感染引起的骨缺損，惡性骨腫瘤切除后骨缺損，尤其對于創(chuàng)傷后骨感染引起的骨缺損，取得了良好的治療效果。誘導膜技術分期手術的治療方法可以允許骨科醫(yī)生在治療過程中根據(jù)患者的實際病情調整手術方案，優(yōu)化治療方案，減少并發(fā)癥，使患者受益[18]。誘導膜技術為一些因采用其他方法治療骨缺損失敗的患者提供了再次治療的機會，為一些原先無法保肢的患者創(chuàng)造了保肢機會[16]。

盡管誘導膜技術在實驗研究和臨床應用中取得了重大突破，但是其治療過程中的一些關鍵技術和理論基礎仍然存在缺陷和不足。Giannoudis等[10，12，25]提出骨折愈合的鉆石理論，總結出成骨細胞、骨傳導支架、生長因子、機械環(huán)境等因素的結合是骨折愈合的關鍵因素。誘導膜技術治療大段骨缺損符合鉆石理論的基本觀點，在治療骨缺損方面獲得了良好的療效[2，6，23]，但是仍有一些問題需要進一步研究[21，23]。a)誘導膜的細胞成分、誘導膜的血管化機制、還有誘導膜在骨形成過程中的作用需要進一步的研究；b)目前使用的膜誘導材料為PMMA骨水泥，如何選擇一種骨誘導能力更強、促進骨生長的膜誘導材料需要進一步探索；c)目前，在第2期手術中，誘導膜囊腔內填充切碎的自體松質骨是“金標準”，但是對于較大骨缺損的重建，自體骨來源有限，需要植入骨替代材料，有學者建議替代骨與自體松質骨量的比例不能超過1︰3[2]，否則會影響骨愈合和骨的機械強度。理想的骨替代材料與自體骨的比例和選擇一種骨傳導、骨誘導能力更強的骨替代材料需要進一步研究；d)在誘導膜內植入自體松質骨或骨替代材料后，都采用內固定的方法固定骨缺損斷端，一種方法為使用鈦板，將鈦板置于誘導膜外固定，另一種方法為將鈦板置于誘導膜內，第三種方法為使用髓內釘，究竟那種固定方法更好，目前尚無定論[1，19，25]。e)由于誘導膜的骨誘導能力有限，有學者[21-22，25]提出使用骨誘導因子和骨源細胞，如BMP-2、間充質干細胞等，但是這種方法目前還不成熟，骨生長因子的最佳劑量、釋放方法和骨源細胞的使用需要進一步研究。對于以上提到的問題，在未來組織工程將會是解決這些難題的希望。通過這種方法，可以增加誘導膜囊腔內的骨生成因子和骨源細胞，促進骨誘導和骨形成。

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1008-5572(2015)02-0140-05

R683

A

2014-12-01

王振山(1986- )，男，研究生在讀，山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院骨科，030001。

*本文通訊作者：尹蕓生