外固定支架在骨科臨床應用中的研究進展

楊旭平，李興勇

1.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院骨科，甘肅蘭州 730000；2.甘肅省人民醫院骨科，甘肅蘭州 730000

既往觀念認為，骨折治療重在強調骨折部位的解剖學愈合，以使患肢恢復最佳功能。由于傳統切開復位手術不可避免地會對軟組織造成進一步損傷，不利于骨愈合。因此，選擇對軟組織及骨的醫源性干擾程度最為輕微的技術是臨床醫生亟需解決的難題之一。隨著生物學固定（biological osteosynthesis，BO）理念的提出，骨科外固定技術也得到豐富完善。其優點在于軟組織剝離較少，對骨組織局部生物學生長環境影響輕微，此外，其持續牽拉作用可刺激骨細胞再生。但也有易造成感染、鋼針松動等缺點。臨床醫師應嚴格掌握其適應證，充分分析利弊，規范操作，才能有助于骨愈合。

1 AO理念的提出及優缺點

AO（Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen，AO）學派推崇堅強內固定技術[1]，提出骨折治療的四個原則：解剖復位、堅強固定、無創操作、早期功能鍛煉。近年來，隨著AO 技術的日趨完善及廣泛普及，其缺點也日顯突出，包括應力遮擋所致的骨質疏松、再骨折、手術創傷大、術野暴露時間長，感染風險增加[2-3]及內固定器材價格較昂貴等，AO技術的弊端是過分強調牢固固定，忽視了骨骼的生物學特性。

2 BO理念的原則

20 世紀90 年代初，AO 學者Gerber、Palmar 等[4]提出生物學固定（biological osteosynthesis，BO）理念，強調骨折治療在重視穩定性的基礎上，應重視骨的生物學特性，包括不進一步醫源性破壞骨生長的生理環境和防治并發癥。在治療方面不再過度強調解剖復位及堅強固定，傾向于糾正對線、恢復正常力線。此外，BO 理念也傾向于外科技術的微創化精神[5]。

3 外固定支架的產生及改進歷程

19 世紀40 年代，醫學界首次應用骨科外固定支架進行骨骼固定[6]，此后很多學者對外固定支架不斷改進并將其應用于臨床。相關報道[7]有學者于1902年應用外固定支架成功治療脛骨骨折，并系統闡述單邊外固定支架的應用原理，隨后將其推廣于臨床。1938 年，具有萬向夾功能的Hoffman 外固定支架的臨床應用，可對骨折端進行三維復位[8]。但基于當時材料選擇有限，外固定的穩定性效果不佳，固定后期易出現復位丟失、針道感染等并發癥。

前蘇聯骨科醫生Gavril Abramovich Ilizarov根據牽拉骨再生和創傷骨愈合機制發現張力-應力法則（law of tension-stress，LTS），設計了骨科環形外固定支架，即Ilizarov 外固定支架[9-10]，并提出外固定支架治療的原則：盡可能保護骨折周圍血供、保留骨組織、解剖復位、牢固固定、早期功能鍛煉。隨著Ilizarov 外固定支架在全球醫學界的廣泛普及和不斷改進，其適應證也在不斷完善，目前已由既往使用骨科外固定支架治療復雜長骨骨折、骨感染、骨缺損、骨骼畸形、肢體延長、糖尿病足等疾病擴展到血管外科、整形外科等皮膚軟組織牽拉領域[11-12]。但多數學者不能及時更新對外固定支架體系的認識，不能合理掌握其適應證及選擇外固定支架構型不夠規范。因此，完善外固定支架治療的適應證成為近年來研究的熱點。

4 外固定支架應用于開放性骨折

隨著社會交通業的飛速發展，開放性骨折的發生逐年增多。開放性骨折是皮膚黏膜破損，骨折端與外界相通，其治療包括清創、應用抗生素、骨折復位、臨時外固定及終末固定[13]，其中，骨折復位固定是開放性骨折治療的關鍵環節，由于開放骨折傷口常伴隨不同程度的污染、軟組織覆蓋不佳及骨缺損等，因此選擇外固定支架治療已成共識。良好的固定在阻止骨折端對軟組織的進一步損傷、減少二次損傷區域污染與有利于肌腱、血管、神經等重要軟組織修復、促進骨折和傷口愈合及早期功能鍛煉方面具有重要作用。急診單邊外固定支架具有微創、操作簡單、固定有效等優點，已將其作為急診橈骨遠端骨折和骨科損傷控制的有效固定方法，對骨折的臨時固定、減輕疼痛、避免骨折斷端進一步損傷重要臟器等具有重要作用[14]。

臨床上應結合患者具體情況，待患者穩定后選擇性將外固定支架轉變為有效內固定，轉變時機為骨損傷后5～14d[13]；對存在針道感染者，應及時更換外固定支架作為永久固定方式直到骨折愈合[15]。另外，當傷口污染嚴重、骨質大面積缺損或粉碎骨折時，為避免多次更換外固定支架帶來感染、醫源性二次打擊等風險，可直接經驗性選擇永久型外固定支架進行固定直至骨折愈合。

5 外固定支架用于骨缺損及骨不連的治療

目前臨床上大段骨缺損的治療主要采用三種方法：顯微外科技術輔助下帶血運骨瓣移植修復、膜誘導成骨技術分期修復和牽張成骨骨搬運治療,無論選擇上述何種技術，其中心環節均離不開外固定支架進行固定。

5.1 血運骨瓣移植修復術

20 世紀70 年代，臨床上首次成功應用帶蒂自體骨移植修復較大范圍的骨缺損[16]。該技術隨后開始廣泛應用于嚴重骨創傷、感染、腫瘤等繼發的骨缺損修復，常用的修復供區包括帶蒂腓骨移植和帶蒂游離髂骨移植。內固定技術對單純的小面積骨缺損患者可進行理想固定；對較大范圍骨缺損、合并有感染、軟組織條件不良、移植骨形態不規則等情況時，則建議應用永久型外固定支架進行固定。

5.2 膜誘導成骨技術分期修復骨缺損

膜誘導成骨技術為治療感染性骨不連提供一種新方法[17-18]，治療過程包括首先對長骨缺損區徹底清創、切除無效死骨，對缺損區以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥進行結構性填充，予軟組織覆蓋并選用合適外固定支架固定6～8 周，此時會在原骨水泥填充處形成1～2mm 膜性結構，隨后縱向切開取出骨水泥，切開時避免膜性結構受損，最后用自體松質骨或骨性替代物填充。在膜誘導成骨過程中應用外固定支架可提供穩定的力學環境，保證患者早期部分負重、功能鍛煉，此外，有效的外固定能夠保證缺損區正常膜結構的形成，保證如期進行第二階段的骨替代治療。若在骨缺損區應用內植物進行內固定會影響正常膜誘導形成，此時外固定支架在穩定局部結構和避免內植物所致感染方面凸顯優勢[19]。曾荇等[20]應用三維外固定支架配合誘導膜技術對脛骨感染性骨不連患者進行治療，三維外固定支架具有操作簡單、穩定性強、最大程度確保骨膜血供、有利于誘導膜的形成且術后并發癥少等優點。劉瑤等[21]在應用三維外固定支架對老年骨質疏松骨折患者的早期生物力學穩定性研究中得出：對鋼板和髓內釘而言，三維外固定支架穩定性可靠，位移程度較小，且其抗扭轉能力較強。

5.3 牽張成骨技術

20 世紀50 年代，有學者[22]首次在犬模型中成功應用牽張成骨技術（distraction osteogenesis，DO），一定程度上解決其他骨移植技術如自體骨移植、同種異體骨移植等技術難題[23]?，F已成為臨床上治療骨缺損的主流方式之一。該技術運用可調式骨科外固定支架對骨缺損兩端進行固定，應用骨刀在正常骨組織干骺端行低能量截骨，1 周后以每天3 次、每次0.25mm 的速率進行牽拉延長及節段滑移，通過外固定牽引逐漸將截骨區向缺損區搬運，最終完成新生骨礦化、重塑改建激活骨的正常再生。

相關研究表明，當使用環形外固定器時，環的數量與環之間的近距離可增加外固定支架的穩定性，臨床上多使用直徑為1.5mm、1.8mm、2.0mm 的鋼針。1.8mm 直徑鋼針的結構剛度比1.5mm 直徑鋼針的剛度增加20%[24]。Ilizarov 環形外固定支架在骨牽張成形術中具有重要作用，但張興東等[25]認為相比使用六軸外固定器治療下肢畸形，Ilizarov 環形外固定支架存在治療周期較長、操作過程復雜、對醫師技術要求較高等缺陷，六軸外固定器可結合計算機輔助技術提高矯正精度、降低畸形殘存率，但其存在穩定性較差、人為因素影響較大、價格昂貴等不足，臨床上應具體問題具體分析，選用合適的外固定支架進行治療。

6 外固定支架在糖尿病足治療中的應用

糖尿病足患者多合并神經及血管病變，引起下肢潰瘍形成、感染、局部軟組織深層破壞，病程長，預后不良[26]。在Ilizarov 張力-應力法則基礎上，形成脛骨橫向骨搬運技術[27]。近年來，相關研究證實，該技術能夠促進受損骨骼及血管再生、改善微循環，臨床上應用較廣泛[28-29]。

在脛骨橫向骨搬運治療糖尿病足干性壞疽的患者中，需對骨塊進行“手風琴”樣搬運[30-31]，要求骨塊骨質較好，外固定支架具有較好的把持力。作者認為，盡管骨科外固定支架已廣泛應用于有內固定禁忌證的長骨病損領域，但在糖尿病足骨缺損治療方面，由于此類疾病具有較高的感染傾向，外固定支架作為異物同樣受限，因此應用外固定支架進行治療時應嚴格明確其適應證，并繼續需要大量臨床研究來證實其有效性。

7 外固定支架在骨骼畸形矯形中的應用

骨骼畸形患者存在骨骼和肌肉軟組織兩大方面的異常改變。在應用外固定支架進行骨骼矯形治療時，正確掌握和運用畸形旋轉中心（center of rotational angulation，CORA）概念及理論體系可細化和簡化三維空間畸形問題，依據Ilizarov 牽張成骨原理，采用微創技術逐漸調整骨骼形態，同步對軟組織進行緩慢牽拉矯形是外固定支架獨特的優勢所在。因此，外固定支架在治療陳舊性骨骼畸形，包括關節脫位、長骨短縮、馬蹄內翻足等具有內固定技術無法替代的作用[32]。由于環形外固定支架可在不同維度進行多維調整，因此在矯形治療中，通常以環形外固定支架為主。雖然應用單邊外固定支架操作相對簡單，但其穩定性較差[33]，且在矯形及骨搬運過程中不能進行多向調整而限制其臨床應用。

總之，外固定支架對骨骼矯形、延長缺損組織等是一種有效的治療方法，作者認為，除外固定支架的上述不可替代的優勢外，相較于開放手術而言，在矯形治療改善患者功能的同時，外固定支架對皮膚軟組織損傷更小，待病情恢復后瘢痕輕微，在改善美觀方面具有協同效應。

8 外固定支架在骨髓炎治療中的應用

慢性骨髓炎因其反復發作、遷延不愈及高致殘率成為骨科醫師面臨的難題之一[34]。徹底清創是治療骨感染的關鍵。近年來，有部分學者應用血小板血漿負載抗生素結合Masquelet 技術治療骨髓炎[35]，結果發現有較強的抗感染和組織愈合能力。但作者認為，由于骨髓炎不同于其他非感染性疾病的處理，Masquelet 技術一定程度上封閉了病損骨周圍環境，對骨清創后不能確定復發性感染出現的可能，臨床上需繼續開展大量研究。

綜上所述，外固定支架種類多樣，相較于鋼板內植物等內固定術而言，臨床上具有創傷小、軟組織剝離小、不破壞骨損傷區局部生物環境、不需二次手術、價格低廉、操作簡單、適合縣級醫院應用等優點，但也存在影響美觀和日常生活、針道周圍感染、加強護理、固定松動傾向等不足。目前對大面積骨缺損的定義尚無明確統一標準[36]，臨床選取外固定支架進行治療時，應進一步明確掌握適應證、規范其臨床操作，為臨床醫師和患者提供幫助。