临床丨诱导膜技术治疗大段骨缺损

对于各种原因引起的大范围长骨干骨缺损的修复，目前仍然是骨科的一个难题，当前的治疗方法有:a)带血管的自体骨移植技术；b)Ilizarov骨搬移技术；c)Masquelet诱导膜技术。带血管的自体骨移植技术和Ilizarov骨搬移技术是目前被广泛接受的方法。带血管的自体骨移植技术需要做血管显微吻合，且容易出现受区应力性骨折及供区并发症。带血管的自体骨移植适用于骨缺损范围较小的患者，当骨缺损大于6cm时，采用带血管的自体骨移植的方法重建骨干，骨愈合是不完全的，且容易出现植骨块被吸收的情况。Ilizarov骨搬移技术适应证较广泛，尤其适用于合并软组织缺损和感染的患者，但骨缺损愈合时间较长，术后护理不便，常需多次手术，并发症较多(如钉道感染、松动，关节黏连僵硬，神经损伤，对合端偏移、对合端不愈合等)。

诱导膜技术的生物学基础

在第1期将骨水泥置入骨缺损区4～6周后，诱导膜基本成熟，厚度约1mm，分2层，内层为滑膜样上皮细胞层，含有大量微血管和上皮细胞；外层为成纤维细胞层，含有丰富的微血管和胶原纤维。成纤维细胞的组织来源对诱导膜的厚度是个重要的因素，成纤维细胞是诱导膜的主要组成部分，诱导膜是对骨水泥组织反应的产品。有文献报道，在人体内形成的诱导膜与正常骨膜相比，诱导膜更厚，在酶解后通过流式细胞术测定，每克诱导膜组织中的活细胞数是正常骨膜中的11倍。在诱导膜组织中，浸润淋巴细胞大量增殖，CD45+淋巴细胞的含量是正常骨膜中的31倍，这表明诱导膜组织中免疫细胞的补充是更活跃的。诱导膜是间充质干细胞丰富的资源，从诱导膜和正常骨膜中扩充的间充质干细胞表现出相同的成骨潜能，这对于骨重建是有利的。动物实验表明，诱导膜上有垂直于骨长轴方向密集排列的小血管系统，还能分泌促进成骨的生长因子，如血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子-β1(TGF-β1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)。VEGF不仅可促进膜内皮细胞增殖，还可促进成骨细胞的增殖与分化，从而为骨的生长提供营养，并促进骨再生；TGF-β1可促进成骨细胞的新陈代谢和细胞外基质的合成；BMP-2可诱导骨髓基质干细胞分化为成骨细胞，促进骨的再生与修复。诱导膜的成骨活性和新生血管活性在其形成后2～4周达到最大，6周后逐渐下降。有学者在动物的皮下、肌层、骨生长区形成的诱导膜的厚度、微血管密度等方面做了研究，结果表明诱导膜内的细胞成分、生长因子及膜的厚度与诱导膜形成的位置有关。在皮下形成的诱导膜是最厚的，但是微血管密度是最低的；在肌层形成的膜是最薄的，但是植入骨的吸收是最强的；在骨生长区形成的诱导膜的厚度介于皮下和肌层形成的膜，但是微血管密度是最高的，退化速度是最低的。因此，在骨生长区形成的诱导膜可以诱导出更强的骨重建。Gouron等在动物模型中发现诱导膜囊腔内有破骨细胞及破骨前驱细胞，这些细胞可能有助于骨重建。

诱导膜技术的手术步骤及原理

诱导膜技术的手术步骤

a)第1期:首先对骨缺损区进行彻底清创，切除死骨、无血运的骨和硬化骨，消除感染，必要时行皮瓣或肌皮瓣转移覆盖修复软组织，然后在骨缺损区用PMMA骨水泥混入抗生素(通常是万古霉素)，填充塑形为棒状并连接骨断端，用软组织包裹骨水泥，缝合筋膜和皮肤，并用外固定架固定骨缺损两端。

b)第2期:在第1期术后6～8周、软组织愈合良好、感染控制的情况下，去除外固定支架，切开软组织、切开形成的诱导膜，显露骨水泥，然后小心取出骨水泥(避免膜受损)，可见一层白色的纤维膜，之后打通纤维膜两端，使骨髓腔与膜囊腔相通，同时在膜腔内填满切碎的自体骨(一般为松质骨)或骨替代材料，然后缝合诱导膜，选用合适的内固定物固定骨断端。再用血供丰富的软组织覆盖，缝合皮肤。

诱导膜的作用

a)第1期:骨缺损区放入骨水泥是为了防止软组织的塌陷，占据骨缺损区，为以后植骨创造空间。b)第2期:取出骨水泥，植入自体松质骨，诱导膜可以将植入骨与软组织隔离开，为骨的生长提供了一个相对独立、封闭的成骨环境，使骨祖细胞及其相关因子得以富集保留，并且排除了局部不利因素的影响，如炎性反应、感染等，还可以防止植入骨被吸收。c)对于感染引起的骨缺损，骨水泥中可以混入万古霉素，随着万古霉素的缓慢释放，骨缺损区的感染得到控制。d)动物实验表明，同时使用诱导膜和植骨的完整诱导膜技术修复骨缺损的效果优于单纯使用植骨或单纯使用诱导膜修复的成骨效果。

诱导膜技术临床应用过程中需要注意的细节

a)在第1期对骨缺损区进行彻底清创，消除感染，特别是由于感染导致的骨缺损，在植入的骨水泥中可以混入万古霉素，但是要定期检测血液中的万古霉素浓度。有文献报道，当人体血液中的万古霉素浓度超过25ug/mL时，肾损伤出现的比例将明显增加；

b)在第1期彻底清创后，应估算出骨缺损的体积，然后估算出使用骨水泥和万古霉素的量，避免混入骨水泥中的万古霉素的量过少或过多，出现万古霉素未达到有效杀菌浓度或浓度过高导致肾损伤；

c)骨缺损断端的骨必须是健康的，断端有良好的血管床，以便第2期手术植入的骨获得良好的血运，如果有软组织缺损，可行皮瓣或肌皮瓣转移覆盖修复软组织；

d)在第1期诱导成膜阶段，骨缺损区填充骨水泥塑形时骨水泥要包裹两断端，诱导出的膜囊空间应大于骨缺损空间，这样可使自体骨与骨断端达到完好愈合；

e)在实施第2期手术前，必须确保诱导膜囊腔内无感染或感染已控制(在手术前2个月，每隔2周查一次血沉、C-反应蛋白，连续3次复查结果正常)，否则会导致手术失败；

f)第2期去除骨水泥，植入松质骨前，打通纤维膜两端，打通髓腔，使骨髓腔与膜囊腔相通，有利于恢复移植骨的血运；

g)在第2期关闭手术伤口时，为防止术后血肿形成留置负压引流管，不应将负压引流管放入诱导膜内，而应该放在诱导膜外的软组织间隙，以避免诱导膜内成骨因子的丢失；

h)第1期外固定支架固定应足够牢固，以使软组织生长良好，防止活动时骨水泥破坏已形成的诱导膜；

i)填充自体移植骨时必须把囊膜腔填满，不留死腔，以免术后感染；

j)缝合诱导膜时张力不能过大，防止诱导膜破裂；

k)手术第2期固定骨缺损断端时一定要牢固，以避免术后骨连接不正或骨断端不愈合等并发症的发生；

l)若第1期手术后6～8周骨缺损区的感染仍未控制或患者正在接受放疗、化疗，可适当延长第2期手术的开始时间，待骨缺损局部和全身条件许可时再行第2期手术；

m)第2期植入的自体骨，一般为松质骨，自体皮质骨、松质骨、同种异体骨和人工骨均可做为植入材料，但自体松质骨的成骨效果最好。自体松质骨可以从髂骨获得，也可用RIA(铰刀、灌溉、吸引技术)从股骨髓腔获得。但是有文献报道，单独使用通过RIA获得的自体骨时会出现诱导膜囊腔内不规则的骨愈合，可能是因为移植物中心不完全的血管化造成的。当骨缺损范围较大，自体松质骨量不足时，可以用皮质骨、同种异体骨、人工骨替代，但是替代骨与自体松质骨量的比例不能超过1︰3，否则会影响成骨效果。因此，诱导膜囊腔内填充切碎的自体松质骨仍然是“金标准”，并且大小不能超过1～2mm3。

诱导膜的优缺点

诱导膜技术的优点

诱导膜可用于创伤后骨缺损、恶性肿瘤骨缺损、骨髓炎性骨缺损等，尤其对于感染引起的骨缺损，骨水泥中混入万古霉素，可以有效的控制感染，优势较其他方法明显。带血管的自体骨移植技术有骨愈合快、骨吸收少、能够重塑骨皮质的优点，但是也有很多缺点，该技术需要显微外科吻合血管，应用过程中出现的受区并发症有应力性骨折、感染、软组织黏连、骨连接不正、神经损伤、骨筋膜室综合征等。为避免应力性骨折的发生，负重时间较晚，自体骨移植术后1年患肢开始负重。供区的并发症包括自发性骨折、关节不稳、神经麻痹、肌腱挛缩。与带血管的骨移植技术相比，诱导膜技术不需要显微外科吻合血管，受区不发生应力性骨折，供区并发症少，术后愈合快，负重时间早。

Ilizarov骨搬移技术在临床的应用中日趋成熟，但是缺点也很多，如操作复杂、需要特殊装置、并发症多、固定时间长、患者耐受性差，并且在长时间的治疗过程中需要不断拍摄X线片，对患者的放射性损害较大。骨搬移技术的并发症主要有皮肤坏死、感染、假关节形成、对合端偏移、对合端骨不连等，且长期的治疗过程中患者出现焦虑、抑郁等精神疾病。与骨搬移技术相比，诱导膜技术操作简单，易推广，并发症少，感染率低，负重时间早。对于严重感染的开放性骨折，诱导膜技术还能控制感染，改善局部成骨环境。

诱导膜的缺点及临床存在的问题

虽然诱导膜技术在临床应用中优势明显，但是其自身存在一些不足，并且其研究过程中有些关键问题仍未解决。目前诱导膜技术在第1期的固定方式主要是外固定架，使用过程中可能出现骨断端固定不稳定、钉道感染，导致治疗失败。髓内钉虽然较外固定架稳定性好，但是包裹骨水泥后形成的金属－骨水泥结构在第2期取出骨水泥植骨时难以取出，可能造成骨缺损进一步扩大。

因此，在使用诱导膜技术治疗骨缺损时采用外固定架还是选择髓针内固定目前尚无定论。诱导膜技术的并发症有深部感染、骨断端不愈合、骨连接不正、关节僵硬、应力性骨折。对于骨缺损范围较大的患者，需要植入大量的自体松质骨，由于自体骨的来源有限，使用替代材料又无法保障成骨效果，故植入材料的选择需要进一步研究。虽然有实验证实骨水泥诱导膜能够产生VEGF、TGF-β1、BMP-2促进成骨，但是具体的生成机理还需进一步研究。在治疗感染引起的骨缺损患者时，骨水泥内可混入抗生素(常为万古霉素)，但是抗生素与骨水泥的比例不能大于1︰5，否则会影响骨水泥的机械性能，导致骨水泥不能很好的塑形，影响手术效果。

诱导膜技术临床应用改进

固定方法的改进

诱导膜技术最初在第1期彻底清创、骨水泥间置后使用外固定架固定患肢，但是外固定架安置后存在护理不方便、钉道感染、固定不牢固、适用部位有限等问题。后经临床工作者们不断探索，有学者主张采用内固定更为可靠及简便，尤其在第1期首选髓内钉固定，此方法有利于患者早期下地。

植入骨水泥方法的改进

在第1期将骨水泥置于骨缺损处后，第2期取出时发现骨水泥难以取出，出现骨水泥与金属内固定物连接牢固，取出时造成骨缺损范围进一步加大，损伤诱导膜等问题。针对这些问题，有学者报道了一种骨水泥间置的新办法。首先根据骨缺损的大小，在体外先用骨水泥隔离体包裹比受区髓内钉稍大的髓内钉塑形，在冷却变硬前用手术刀切开骨水泥，使其成为两个半管，冷却后置入缺损区，用薇荞捆住，在骨水泥半管两端使用少量骨水泥，使其与骨断端连接起来，二期取出时可减少对骨断端和诱导膜的损伤，也可避免骨水泥放热损伤软组织。

展望

诱导膜技术为大段骨缺损的治疗提供了一种新方法，其手术方法简便，适应证广泛，应用范围逐渐扩大，可用于创伤性骨感染引起的骨缺损，恶性骨肿瘤切除后骨缺损，尤其对于创伤后骨感染引起的骨缺损，取得了良好的治疗效果。诱导膜技术分期手术的治疗方法可以允许骨科医生在治疗过程中根据患者的实际病情调整手术方案，优化治疗方案，减少并发症，使患者受益。诱导膜技术为一些因采用其他方法治疗骨缺损失败的患者提供了再次治疗的机会，为一些原先无法保肢的患者创造了保肢机会。

尽管诱导膜技术在实验研究和临床应用中取得了重大突破，但是其治疗过程中的一些关键技术和理论基础仍然存在缺陷和不足。Giannoudis等提出骨折愈合的钻石理论，总结出成骨细胞、骨传导支架、生长因子、机械环境等因素的结合是骨折愈合的关键因素。诱导膜技术治疗大段骨缺损符合钻石理论的基本观点，在治疗骨缺损方面获得了良好的疗效，但是仍有一些问题需要进一步研究。

a)诱导膜的细胞成分、诱导膜的血管化机制、还有诱导膜在骨形成过程中的作用需要进一步的研究；

b)目前使用的膜诱导材料为PMMA骨水泥，如何选择一种骨诱导能力更强、促进骨生长的膜诱导材料需要进一步探索；

c)目前，在第2期手术中，诱导膜囊腔内填充切碎的自体松质骨是“金标准”，但是对于较大骨缺损的重建，自体骨来源有限，需要植入骨替代材料，有学者建议替代骨与自体松质骨量的比例不能超过1︰3，否则会影响骨愈合和骨的机械强度。理想的骨替代材料与自体骨的比例和选择一种骨传导、骨诱导能力更强的骨替代材料需要进一步研究；

d)在诱导膜内植入自体松质骨或骨替代材料后，都采用内固定的方法固定骨缺损断端，一种方法为使用钛板，将钛板置于诱导膜外固定，另一种方法为将钛板置于诱导膜内，第三种方法为使用髓内钉，究竟那种固定方法更好，目前尚无定论。

e)由于诱导膜的骨诱导能力有限，有学者提出使用骨诱导因子和骨源细胞，如BMP-2、间充质干细胞等，但是这种方法目前还不成熟，骨生长因子的最佳剂量、释放方法和骨源细胞的使用需要进一步研究。对于以上提到的问题，在未来组织工程将会是解决这些难题的希望。通过这种方法，可以增加诱导膜囊腔内的骨生成因子和骨源细胞，促进骨诱导和骨形成。