Ilizarov技術骨搬移術后骨愈合的影響因素研究進展

史曉麗，趙衛東，張永紅，邢浩，李佳佳

(1.山西醫科大學醫學影像系，山西 太原 030001；2.山西醫科大學第二醫院影像科，山西 太原 030001；3.山西醫科大學第二醫院骨科，山西 太原 030001；4.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西 太原 030001)

Ilizarov技術作為治療骨缺損的金標準[1]，是一種廣泛應用于人體肢體重建的新技術[2]。骨缺損指發育畸形、骨髓炎、創傷或腫瘤等引起的肢體長度差異，通常需要手術的干預，是臨床常見病。骨搬移技術是主要的治療技術之一。骨搬移技術是指利用牽張成骨原理，將游離骨段搬移至骨缺損處，搬移這段距離長出新生的骨組織，最終實現骨延長。該技術的優點為手術簡單、風險小，可以同時實現大段骨組織及周圍軟組織、神經、血管的再生。不足之處是治療周期比較長，患者年齡、性別、截骨位置方式、外固定架的選擇、骨質疏松、骨骼肌退行性變等因素對骨痂形成有影響，進而影響患者骨搬移術后骨愈合。近年來，隨著對Ilizarov骨搬移技術研究的深入，其影響因素仍在不斷探索中。筆者旨在探討Ilizarov技術治療骨缺損骨愈合影響因素的研究進展，綜述如下。

1 自身因素的影響

自身影響因素包括：年齡、性別、吸煙、飲酒史、糖尿病、某些藥物、膳食情況等。年齡、性別對牽張成骨影響目前尚存在爭議。Aronson等[3]對肢體延長病例回顧性研究發現，年齡越小其骨再生能力越高，骨愈合速度越快，年齡增大骨再生能力明顯降低。國內學者研究結果也顯示，胰島素樣生長因子-1等成骨活性因子會隨年齡增大而下降[4]。隨著年齡的增大，骨形成的特異性標志物下降，骨形成降低，且女性骨形成標志物明顯低于男性[5]。其原因可能是分析性別差異時未對年齡進行分組，絕經期女性雌激素水平降低。雌激素缺乏對牽張成骨有負面影響，愈傷組織形成延遲，新骨礦化程度低[6]。但是也有研究[7]認為，對于不同性別的高齡老人，骨轉化率差異沒有統計學意義，原因可能是盡管絕經期女性骨轉化率低于男性，但進入高齡階段不同性別成骨活性相近。Koczewski等[8]研究認為，3～50歲患者骨延長指數隨年齡增長而增大。Wu等[9]認為性別和年齡對牽張成骨都沒有影響。牽張成骨即不斷地對骨痂進行新的超負荷力學刺激，人為改變成骨微環境，其影響有待進一步研究。也有人認為吸煙會影響新骨形成，Ehnert等[10]研究結果顯示，吸煙影響骨痂形成，吸煙量越大影響越大。Bratton等[11]小鼠動物實驗結果表明，酒精暴露對骨痂形成有不利影響。據研究報道，糖尿病對骨再生具有負面影響，Ⅰ型糖尿病比Ⅱ型糖尿病負面影響更嚴重，胰島素通過刺激成骨細胞分化直接影響骨生成[12]。專家學者研究發現羅格列酮、非選擇性和選擇性非甾體抗炎藥、鎮痛藥對乙酰氨基酚等藥物會影響骨痂生成[13-15]。高脂飲食對骨骼健康具有不利影響[16]。作者認為，骨再生是一個極其復雜的過程，取決于一系列成骨因子的協調作用，年齡、絕經后女性、吸煙、飲酒、糖尿病、高脂飲食等都會不同程度影響成骨因子的協調作用，影響成骨的微環境，進而影響牽張成骨。臨床上可以針對這些影響因素采取措施，改變成骨的微環境。例如局部應用各種生長因子(骨形成蛋白、轉化生長因子、血管內皮生長因子、胰島素樣生長因子-1)、戒煙、控制血糖、換用等效藥、低脂飲食等，致力于促進骨缺損術后骨愈合。

2 手術方式的選擇

截骨部位和方式、截骨技術、外固定架的選擇會影響牽張成骨的質量和數量。截骨位置應盡可能選周圍軟組織血運豐富、覆蓋完整的部位截骨，主要是干骺端，其次是骨干。臨床實踐證實脛骨截骨部位不同會影響牽拉區成骨。許多專家學者提出了多種形態截骨方式，如“Z”形截骨術、橫斷截骨術和斜形截骨術等。實踐證明不同截骨方式對牽張成骨無明顯影響，不同的截骨技術會影響牽張成骨。目前已經有多種不同方式的脛骨截骨術進行骨延長，多個鉆孔和Gigli鋸截骨術是最受歡迎的兩種。Makhdoom等學者[17]通過回顧性分析不同截骨術進行脛骨骨延長患者，發現Gigli鋸截骨術后成骨及鞏固效果好，最大限度地減少了截骨術周圍的局部軟組織創傷和骨膜破裂。而對于顱頜骨的牽張成骨，Yamashita等學者[18]研究認為線鋸(“T”型鋸)骨瓣截骨術比骨鑿的經典截骨術術后成骨速度快、質量高。外固定支架在牽張成骨中起著重要的作用，具有一定的生物力學特性，影響到骨的再生及愈合。環形外固定架既笨重又難以放置，術后管理比較困難。隨著技術的改進，單側外固定架逐漸應用在臨床。Liu等[19]采用單側外固定架重建股骨4～16 cm的骨缺損，通過Paley推薦的標準對結果進行評價，結果表明單側外固定牽張成骨能有效治療骨缺損。單側外固定架的優點包括顯著地將Ilizarov的圓形裝置的一些最突出的缺點最小化，同時保留了其優點。Abhijit等[20]把單側外固定應用到肱骨延長術中，患者耐受性好，是骨搬移可選的有效方法。并發癥發生率與傳統圓形支架相似，單側框架允許患者將手臂放在一邊，而不需要外展肩膀，也不會撞擊胸壁。單側外固定架也有其局限性，如患者術后并發軸線偏移，通過環形固定可以隨時調整，但通過單側外固定架鉸鏈/角形器不易控制[21]。隨著技術的發展，植入髓內延長器逐漸進入外科醫生的視野。與外部器械相比，延長術具有感染率低、軟組織損傷小、疼痛小、關節活動度好、患者舒適等優點。使用髓內器械治療肢體長度差異的文獻中描述了各種并發癥，Schiedel等[22]報告了24例患者中有2例出現了髓內釘斷裂事件，一起是由于跌倒造成的，另一起是焊縫沿線的疲勞破壞造成的，焊縫似乎是髓內釘的一個弱點。Tiefenb?ck等[23]研究報告中指出老年男性脛骨干內置入髓內釘牽張成骨，術后15個月無明顯誘因出現焊縫截骨區斷裂。在植入髓內延長器的基礎上，Popkov等[24]采用24 h自動牽開器對16只雜種狗脛骨進行牽開，第1組采用羥基磷灰石包埋的髓內鈦絲入脛骨管，然后采用Ilizarov支架固定并截骨；第2組牽張方式相同，但不采用髓內釘。研究結果表明，兩組患者牽張期均減少了3倍，組1鞏固期為(13.8±4.0)d，組2鞏固期為(33.7±2.4)d。聯合技術能顯著減少術后并發癥，不影響肢體功能，且能加快牽張成骨，肌肉能夠表現出結構適應性和復原型的可塑性。對于臨床外固定架的選擇主要由患者經濟條件及醫療環境、截骨位置、病情、術者的習慣及經驗等決定，如股骨上端、肱骨截骨延長以單臂外固定架固定為佳，合并成角畸形者應選用環形外固定架，骨缺損范圍大、病程長的患者可以考慮選擇髓內釘聯合Ilizarov支架固定，縮短治療時間。

3 機械力學因素

骨搬移術后骨愈合的效果和病程很大程度上由牽張成骨的過程所決定，其中搬移速率及頻率決定骨再生的生物模式和延長數量及質量，是影響肢體延長療效和并發癥的直接因素，也是相對最可控的環節，是人們用以調控骨再生最有效的技術環節。一般認為速度為1 mm/d，頻率為2～4次/d為佳。在下頜骨牽張成骨研究結果表明，每天延長0.5 mm導致不成熟骨愈合，而每天1次2.0 mm的牽伸導致纖維性結合。牽張速率過低易導致截骨端過早愈合，達不到刺激新骨形成的目的；而牽張速率過高會導致纖維骨不連、血管生成數量減少以及肌肉損傷加重[25]。在一定的牽引速度下，高頻率牽引或連續牽引可以促進牽張成骨。Popkov等[24]采用24h自動牽開器對16只狗脛骨進行牽開，每天牽開3 mm(0.025 mm×120/d)，成骨效果與手動1 mm/d成骨相當，極大地減少了牽張成骨時間。此研究證實，高頻均勻連續牽張能最大程度激發骨組織再生的潛能。此外，對于年齡大患者延長速度可稍微放慢，而年齡小患者特別是干骺端的截骨延長速度可適當增加。因此，在高頻牽張成骨的前提下，可以個性化提高牽張速度。高頻次牽張成骨不僅僅加速骨愈合，Varsegova等[26]使用Ilizarov自動牽張成骨裝置對18只狗脛骨以3 mm/d的速度移動，牽張120次(組1)和180次(組2)，對腓神經功能的破壞進行了研究。第1組檢測到神經束膜損傷和神經內膜血管破壞，第2組神經束膜保留了完整的細片狀結構，同時也保留了神經鞘內血管。并且在停止牽張后60 d保留髓鞘神經纖維的形態學分析顯示，第2組軸索萎縮不明顯，髓鞘形成較好，說明高頻牽張成骨對神經組織再生效果好。此外，Makarov等[27]探索了相同搬移速度下3種不同頻率羊脛骨延長術對骨骼肌的影響，組織學結果表明牽張成骨過程中會出現肌退化變性，且牽張頻率越大，骨及周圍骨骼肌組織再生能力越強，組織學損傷越小，即肌退變的強度與牽張頻率成反比。Stupina等[28]探討了不同延長頻率對膝關節滑膜顯微結構的影響，1組以1 mm/d，分4個增量，每個增量0.25 mm；2組使用增加的自動牽張速度，以3 mm/d為單位，分120個增量，每個增量0.025 mm。結果顯示1組滑膜炎明顯，滑膜血管增生，滑膜下神經纖維變性，有再生的趨勢。第2組滑膜炎中度至輕度，滑膜下血管和神經進行性退行性改變，高頻牽張成骨不僅成骨效果顯著，對關節退變影響小。作者認為，在自動高頻牽張條件下，可以適當提高牽張速度，不但成骨效果越好，周圍軟組織、血管神經再生效果好，膝關節損傷小，還能明顯縮短牽張期。因此，適當加快牽引速度加高頻自動牽張成骨能縮短臨床療程，并取得最終理想治療效果。

4 骨密度及周圍軟組織情況

有學者研究發現[29]，骨骼肌在新生骨形成中作用顯著，骨折部位覆蓋有完整的骨骼肌比周圍骨骼肌受損的骨折愈合效果好。已經有研究結果顯示[30]，骨骼-肌肉機械和生物化學理論是互補的，因此機械力可能會引發骨骼和肌肉的調節和釋放特定因子，從而促進新生骨生成。作者認為一方面可能是骨骼肌是機體最大的內分泌器官[31]，肌肉分泌的各種生長因子、白介素、骨形成蛋白等對骨肌系統具有重要的調節作用[32]。另一方面認為，骨骼肌組織內含有豐富的血管，能促進新生骨形成[33]，因此，骨骼肌對于骨形成和骨修復具有積極作用。國外大量動物實驗證實，牽張成骨中骨質疏松癥可延緩骨痂愈合，并對骨形成產生不利影響[33]。并且有研究表明骨質疏松會影響內固定的穩定性，進而影響手術效果，所以術后骨質疏松會影響內固定的穩定程度及增加術后失敗率[34]。除此之外，骨質疏松癥與骨關節炎兩者在臨床上往往伴隨出現，因此，骨質疏松不僅僅影響牽張成骨及手術效果，術后鄰近關節關節炎也會伴隨發生。

綜上所述，多種因素影響Ilizarov技術骨搬移術后骨愈合，其中牽張速度、頻率是主要原因，牽張期建議使用自動牽張期恒定高頻率牽張成骨，新生骨、肌肉、血管、神經及鄰近關節能夠表現出結構適應性和復原可塑性，同時局部應用一些已被臨床證實的各種促進新骨形成及加速礦化的相關因素，避免不利因素。術中建議在骨骺段或周圍軟組織豐富的部位截骨，截骨時樹立微創意識，如盡量采用小切口，減少骨膜及周圍軟組織損傷。術后根據患者情況個性化決定牽張過程，促進牽張區骨愈合和軟組織再生，將有望大幅度縮短病程，獲得較好骨愈合效果，早期達到臨床治療效果，提高患者的生活質量。