骨牽引成骨與顱面骨延長術研究進展

常曉峰　綜述　顧曉明　審校

(西安交通大學口腔醫學院頜面外科西安710004)

[中圖分類號]R782[文獻標識碼]A[文章編號]1008-6455(2000)05-0389-03

本文回顧及復習有關骨牽引成骨技術的基礎理論研究類文獻,旨在明確其發展主流及方向,為頜骨正畸應用此技術尋求理論支持。

1骨延長的概念形成プ鈐纈泄卮死嚳凍氳奈惱錄于1905年Codivilla報道的病案⁽¹⁾。醫生通過手術將患者肢體骨分斷后,在麻醉狀態下對斷骨兩側施加突然的強迫牽拉而增長肢體長度,隨即在施力后的狀態下外加固定而維持其狀態。這可能是最早的骨延長技術形式,但其效果不能確定,尤其是遠期療效的問題無法肯定。隨后,Freiberg、Magnusson也進行了類似手術。由于經常碰到諸如斷端固定不可靠、誘發癲癇、猝死等嚴重并發癥而中斷使用。1939年Abbott及Saunders⁽²⁾等人在總結以上經驗與教訓的基礎上改進了外固定裝置從而獲得了較好的臨床效果。他們通過對下肢骨截骨斷端的兩部分分別行骨釘固定,然后以套絲金屬螺桿連接骨釘而獲得骨牽開后的狀態維持。ピ縉詰墓茄映な蹺了獲得理想的延長效果(主要針對侏儒、肢體不等長患者等)沿用了骨周組織廣泛剝離的方法,包括肌肉、筋膜、血管、神經的嚴重損傷。直到1932年Haboush及Finklestein倡導使用保守的外科手術方法,即在脛骨周圍剝離骨膜袖套,使斷端的遠中部分能在骨膜袖內滑動,從而獲得了X線檢查時骨鹽早期沉積的結論。由此提示人們骨膜的成骨作用不容忽視。隨后又有人相繼對保留筋膜組織的骨延長術式,Bosworth(1938)⁽³⁾強調了保護周圍軟組織對療效的作用。1951年,前蘇聯庫爾干地區的一位鄉村醫生Ilizarov在對第二次世界大戰后大批肢體殘疾患者的治療及動物實驗基礎逐步總結并首次發表了保留骨膜的環皮質骨切開術式。由于該術式一改前人的完全骨截斷術從而保留了了骨內滋養血管的完整性,使骨斷端的骨不連及骨壞死等并發癥大大降低。其基本術式為骨干的皮質鋸開,而手術無法達到的區域通過骨鑿造成裂紋然后人工折斷。因此該術式連同Ilizarov的其它一些應用原則被稱為Ilizarov技術⁽⁴⁾。60年代到70年代,Wagner所倡導的股骨或脛骨骨干中段截骨區局部的骨膜、肌肉、神經、血管的環形剝離在歐洲逐漸盛行,并沿用至今。

2目前牽引延長(Distraction Osteogenesis 簡稱DO)技術的經典概念ピ贗lizarov與Wagner的技術影響下,學者們目前趨向于達成以下有關骨牽引延長的共識:①骨截骨切開術或環皮質骨切開術都能保證骨延長的要求;②骨周組織最小程度的損傷(尤其骨膜保護)是保證DO的重要條件;③切開骨手術后要有一個間歇期(5～7d)(Latency Period)④骨切開斷端通過器械牽開以獲得未來成骨間隙,但牽引的速率以0.5mm～1mm/日為宜;⑤達到骨延長的長度后斷端間宜維持此狀態,保證新生骨的鈣化(Consolidation Period);⑥骨斷端間的固定(內固定或外固定)效果要必需保證堅固)^(4,5)。ザ雜謚體長骨的骨牽引延長技術(Distraction of Osteogenesis,DO),70年已從最原始的骨釘固定過渡到了環狀固定及牽引方面,并廣泛應用到了股、脛、指、掌、肋骨等方面。

3骨延長成骨(DO)的機理

3.1骨自身具有強大的成骨能力DO技術的機理最早被認為是簡單的骨折愈合概念,即血腫形成、血腫機化、骨鹽沉積、骨痂形成與改建成熟。然而,目前的研究卻認為兩者仍存在顯著的差別。我們知道不同種屬或同種屬不同部位的骨組織其自身成骨的能力是有限度的,Mckibbin曾對截骨斷端無限拉開,發現結局是斷端骨不連;Mulholand及Pritchard對犬的肋骨及腓骨分別給截除10mm～20mm,造成缺損,發現其超出這個范圍后斷端將無法用骨痂橋接。然而,將殘端用骨膜組織覆蓋后則分別能修復8mm缺損,即使用塑膠管行斷端封密橋接時仍能達到7mm。說明骨斷端的骨再生能力在不同的條件下是截然不同的。有實驗及臨床報道DO可以延長肢體骨最長達37cm^(５)。テ脹ㄗ櫓學觀察顯示,骨切開術后早期斷端間有血凝塊的形成。隨著牽引進行可見到血凝塊被大量的沿牽引力軸向排列的膠原纖維束所替代,同時可見到成骨細胞在膠原纖維網上的聚集與排列,經歷了骨基質的分泌及骨鹽的沉積,至后期時部分區域已鈣化形成網狀的小骨架及骨片結構。牽引2周后部分區域已形成較為成熟的類骨質及骨質區,大約4周～5周時骨質大部分已成熟,皮質骨的哈佛氏系統已規則有序,而在中央區仍有較原始的纖維組織存在。有趣的是:DO成骨中骨發生的各個階段可在骨痂全長中見到,一張切片可顯示新成骨的各個階段。不象骨折愈合過程中有相對明顯的階段區分。コ曬竅赴主要來源于內、外骨膜的間充質細胞及前成骨細胞部分源于血管內的未分化間充質細胞。Ilizarov報告認為DO的成骨過程是兼具膜性成骨與軟骨內成骨兩種方式的混合過程。部分學者則認為是一種膜性過程。同樣,Kojimoto⁽⁶⁾卻觀察到了軟骨生長盤的軟骨內成骨樣生骨方式。作者在對犬下頜骨延長的實驗中觀察發現:出現軟骨性內成骨表現的動物占實驗總數的80%以上,但膜性過程仍然是最主要的成骨方式。同時在DO技術中未發現典型骨折愈合過程的封閉骨痂、外骨痂、橋梁及連接骨痂等結構。

3.2骨缺損(gap)間隙的應力影響ブ鸞デＲ的骨切開斷端間間隙在經典DO技術中是維持恒定的生骨中心,有學者甚至將這種成骨方式稱為(Callustasis)骨痂成骨術。即給骨斷端的骨痂(未成熟)不斷牽引從而使骨的新生不斷發生。1976年Comminou及Yannas發現結締組織的應力應變關系受膠原纖維的幾何排列方向的嚴重影響,實驗發現由于每日的小劑量牽引也可造成應變負荷的巨大增加,但是力的大小卻很快降低。Lones(1990)實驗證明加載到組織上的生理性應變在10分鐘后就可以迅速刺激組織內CAMP及前列腺素的合成。認為應變能刺激細胞的增殖及分裂。但是一周以后卻可以降低膠原的合成。Lanyon(1990)觀察到當骨組織被施加以生理水平的應變條件時可以出現明顯的編織蛋白多糖結構。這些均表明了應力、應變對骨組織再生過程中所起到的特殊作用⁽⁷⁾。プ罱有人同時對應力狀態下骨組織產生的骨形成蛋白BMP、IGF、BFGF、RGF等產物大分子的含量進行了測定,發現在應力狀態下量均不同程度的顯著增加。

4頜面骨骨延長技術的研究及進展ビ捎諑頜面骨特殊的組織學解剖學特點,DO技術的應用相對復雜。1973年Synder首先報道了應用DO技術進行狗下頜骨骨牽引延長技術的實驗。Snyder將狗的一側下頜骨經口內手術切除15mm長的骨及骨膜,粘膜等,外固定斷端兩側6周造成骨性錯位愈合,于第七周起將骨愈合處鑿斷,并將斷骨兩側以外固定桿加骨釘方式連接,一周后以每日一次1mm的方式牽引斷骨兩端,于14天后觀察發現初次手術造成的錯位畸形完全恢復,再經6周后X線顯示骨皮質連續性完全清晰。McCarthy,Karp等^(8,19)于1992年探討了DO技術在頜面乃至顱骨、腭中縫、顴骨上頜骨擴大等方面的應用。指出頜骨(膜狀骨)的骨牽引延長成骨機理與管狀骨DO應用中結果是一致的,均為膜性成骨機制。

4.1骨牽引成骨器械的選擇ツ殼暗那Ｏ咂骺梢愿據其是否埋置于軟組織內而分為外置式及內置式,根據其與口腔的關系而分為經口內式或經口外式;根據牽引成骨的定向能力而分為單向牽引式或多向牽引器(Mutiplanar),也有人稱為單點式牽引器或雙點及多點式牽引器(Bio-Focal)⁽⁹⁾;根據斷端兩側骨與牽引器的附著方式又可分為牙支托式及骨內釘支托式。無論器械是何形式但其根本原理大同小異。即骨切開斷端兩側通過某種附著方式與牽引器(刻度螺栓一螺桿結構)連接,通過外力牽拉兩個端使其間距離逐漸增大。并在斷端間逐漸生成新骨。目前最為先進的外力施加方式已改為電驅動方式,即自動牽引器(auto Distracter)⁽¹⁰⁾。

4.2頜骨骨牽引的速度與頻率1989年Ilizarov對480條狗的脛骨延長實驗發現每日4次每次0.25mm的方法較每日1次1mm組能獲得更好的成骨效果。Stewart在兔下頜骨牽引延長成骨的研究中同樣認為0.5mm/次、2次/d的速率及頻率是理想的。目前的觀點認為0.25mm～0.5mm/次、2～4次/日的速率及頻率較為可靠。過快的節律容易造成纖維性骨痂的形成及骨不連,假關形成等,而過慢時則易形成過早骨化的發生^(11,12)。

4.3影響骨形成的重要因素Ilizarov的研究表明牽引區的成骨活動水平依賴于骨斷端固定的穩定性。牽引器與固定螺釘間的微小活動導致了受力區血凝樣區域的纖維組織形成及一些軟骨小島樣區的出現,而并非骨組織的形成。X線檢查表明穩定的固定條件下新成骨的阻射程度遠遠高于有活動的病例。Ilizarov總結道,組織牽引時應力的刺激可保證一些結構的組織再生,稱為組織的"張力定律"(Law of tension stress)。這種現象已被生化,組織學生物機械力學領域等所證實。在牽引完成后的斷端固定問題上許多人卻提出了允許有動度的觀點。Goodship,Kenwright等實驗指出骨愈合期的斷端間微動(Micromovement)促進了骨鹽沉積,并在新骨的生物機械性能測定時得到反映。由此可見,牽引過程中的骨斷端間制動主要保證了牽引力的定向傳遞,對成骨活動起刺激與促進作用;而微動是非定向的應力刺激而已。同樣的現象也可以在骨折固定的愈合過程中發現,較小的功能性負載可以加速骨的改建及成熟周期縮短。^(13,15)

5頜面外科應用DO技術面臨的問題ジ孟羆際躋嚴允境雋似湓誄曬欠矯嫻木藪笥攀,尤其是此成骨方式是三維可定向控制的理想模式。DO完全可能對傳統的正頜外科、整形外科中植骨方式、骨移動及骨代材料方面提出挑戰。①三維成骨的設計需要建立在三維骨測量技術的完善基礎上,如何精確測量骨的三維立體結構及數值將對DO在頜骨正畸方面的應用產生重要影響⁽¹⁶⁾;②不斷開發及研究新型骨牽引延長器以達到適應三維成骨的需要,尤其是內置式及口內半埋置式、多向式、微型化是發展方向⁽¹⁸⁾。因器械的改進常常可以造成簡化手術操作及術后病員護理,包括對病人的心理狀況的改善,同時保證了牽引力的軸向施力,對于器械材質選擇宜逐漸向純鈦及鈦合金方向過渡,從而獲得良好的組織相容性,減輕異物反應等并發癥;③對于牽引后延長的新生骨如何定期檢查,既要減少三維CT及X線片檢查的X線輻射次數及費用又要客觀檢測與評價⁽¹⁴⁾。已有學者嘗試用超聲檢查及全程監控,但該方法在成骨后期的敏感性仍有待證實;④頜骨骨牽引延長的過程伴隨著皮膚,粘膜,肌肉,神經,血管的同時延長,對這些組織功能,特別是遠期效果仍難以肯定;同時,在對軟組織與骨組織功能,特別是遠期效果仍難以肯定;同時,在對軟組織與骨組織延長量的協調上采用何種方式來檢查及明確療效等問題仍需在基礎研究方面進一步加深;另外,牽引時的骨關節系統有何改建?這些問題盡管已有人論及,但是比較膚淺,需要更多關注⁽¹⁷⁾。⑤DO技術究竟能獲得多少的骨延長量,是否有限?牽引速度、頻率、方向在不同骨及不同個體之間是否也存在差異?如何進行DO技術的個性化設計(personalize)?骨延長后新骨是否存在復發(Relapse)?如何控制復發?⑥有關成骨機理方面的探討還需要更深層次的明確,組織再生的張力定律(Law of tension stress)是否是DO成骨的唯一解釋?應力對組織再生激活及刺激機制在生化,免疫組化,生物大分子,基因方面的表達;與胚胎組織發育的關系等方面仍有待于進一步實驗證實。⑦從生物力學的角度要繼續研究D。O新成骨與固有的骨質在生物力學性能方面的異同。尤其是有關骨基質與各型膠原以及組織細胞同應力,應變之間的關系。探究牙胚在牽引成骨過程中的功能及變化。⑧在臨床應用上如何與正畸技術結合以共同完成牙頜系統的功能與形態的重建。如何拓展其應用范疇,諸如DO與年齡,性別關系;上頜延長時對腭咽功能的影響,對上頜竇生理功能的影響等^(19,20)。

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作者簡介:常曉峰男,1966年生,西安交通大學口腔醫學院主治醫師,1999年第四軍醫大學口腔醫學院畢業獲醫學博士學位。

收稿日期2000-07-20

[HJ]編輯/姜如蓉