同种异体骨植入材料的临床应用.doc

同种异体骨植入材料的临床应用2004年1O月第24卷笫chQE!er.24,:同种异体骨植人材料的临床应用邱贵兴孙世荃/同种异体骨是目前骨科最常用的骨植人材料(boneimplant),主要用于修复,充填骨缺损,起到固定和支撑作用.骨植人材料(bonegraft)包括自体骨,异体骨,合成材料以及具有成骨作用的生物制品(例如BMP).此外,金属内固定物也是一种骨科植入材料.医生在修复骨缺损时需要根据病情.对使用哪种植入材料作出选择.同种异体骨取自捐献的人体骨组织,骨组织库习惯于简称为同种骨以表明它来自人体,医生习惯于简称为异体骨以表明它不是来自患者自体.供体选定后,通常在死亡24h内,无菌条件下取得同种异体骨,并立即加工处理.保存方法包括新鲜冷冻和冷冻干燥两种.新鲜冷冻骨在一2O条件下储存不会减弱其力学性能而且能储存1年;冷冻干燥骨经真空包装后可在室温长时间保存,抗原性更低.与新鲜冷冻骨相比,冷冻干燥骨的力学性能会降低50%,而且环氧乙烷或大剂量射线照射消毒会进一步降低骨的诱导性能u.异体骨临床应用的范围可以包括几乎上述所有各类植人材料的适应证.异体骨有较强的骨传导作用,但骨诱导作用较弱且没有成骨潜能,因为其不含活细胞成分.处理和保存技术对移植骨的骨诱导,骨传导和抗原性均有重要影响,目前异体骨主要作为骨传导和爬行替代的支架异体骨一般分为小块骨和大段骨.小块异体骨主要由松质骨构成,多用于骨腔充填,与自体骨相比,它缺少活细胞,成骨较慢,优点是数量与部位不受限制,可以避免取自体骨伴随的各种并发症;大段异体骨主要由骨干皮质骨和骨关节构成,多用于骨肿瘤保肢术,与假体相比其强度不高,但可以达到骨性愈合.为了发挥自体骨的成骨活性,在使用小块或大段异体骨时应尽量利用已凿下的自体骨碎片将其掺入异作者单位:100730中国医学科学院中国协和医科大学北京协和医院骨科(邱贵兴);山西省医用组织库(孙世荃)?635?骨科教程?体骨或置于接骨断端,以利于骨愈合.早期异体骨移植的最大问题是疾病传播与免疫排斥反应,现代骨库技术能通过供体筛选和辐照灭菌有效防止来自骨材料的疾病传播和感染;深度冷冻,冷冻干燥和辐照可以有效降低抗原性,在植入小块骨后极少发生免疫排斥反应,但大段骨的排斥现象目前还没能完全解决.与发达国家相比,我国骨库发展相对滞后,异体骨移植尚未普及,目前我国异体骨年用量不足美国的1120.一,小块异体骨的临床应用小块骨取自含有丰富网眼的松质骨,其与皮质骨不同,不需经骨吸收生成网眼即能使新生骨直接在骨小梁表面爬行覆盖,并逐渐吸收和重建.X线表现与皮质骨移植不同,为骨密度增高.小块骨通常制成不同尺寸的骨碎块和松质骨条,冻干后辐照,便于室温保存,植入前应复水.小块骨多用于骨囊肿,纤维结构不良和巨细胞瘤刮除后腔性骨缺损的填充.常需在骨壁支撑窗口以保证彻底摘除或刮除,必要时可使用磨钻.对侵犯局部的巨细胞瘤需要越过边缘,例如使用电热烧灼瘤壁或使用化学药物进行处理,冲洗后紧密充填植骨.若有关节面塌陷的可能,可以同时构筑皮质骨柱进行支撑.小块松质骨还常用于支撑关节面,如塌陷的胫骨平台和跟骨骨折.上述这些部位均含有大量松质骨,植骨床m管和成骨组织丰富,容易通过骨传导达到骨愈合,临床成功率在95%以上,极少出现严重的免疫排斥反应.近年来,全髋关节翻修的病例不断增多,大量小块松质骨被用于骨缺损后的充填固定,称为填塞植骨.填塞植骨的理论基础是:碎骨破碎产生大量折断表面,使骨内生物活性物质得到释放;填塞可以改善植入骨的骨传导性能;使植入骨承受的负载加大,能够早期负重以促进成骨.二,大段异体骨的临床应用大段骨(massivebone)通常取自四肢的长骨,采取深冻保存,不经冻干以保持原有的生物力学性能.主要用于肢体肿瘤切除后的重建,也可与假体或带血管自体骨复合使用.CzitromE6于1992年提出大段骨移植的下述原则:(1)固定要牢固,在骺端和干骺端植骨最好使用钢板螺钉,对长骨骨干应选用髓内钉,可通过阶梯截骨(stepcuts)防止旋转;(2)尽量避免使用螺钉,它会因应力集中导致骨折;(3)异体骨复合假体时可使用骨水泥固定,但不要把骨水泥注入到宿主骨与移植骨断面之间;(4)尽可能在骨接合部位植入钳碎的自体骨以促进骨愈合;(5)将肌腱韧带软组织以适当张力牢固连接到植入骨上,以保持关节稳定性;(6)伤口仔细缝合,防止皮肤坏死.6362004年lO月第24卷第lO期ChinJOrthop,October2004.Vo1.24l0肢体大段骨移植包括骨关节移植,关节固定,插人性骨段修复和异体骨复合假体四类.(一)骨关节移植重建:主要适应证是年轻患者,不适于刮除的低度恶性肿瘤.可将宿主的韧带肌腱和关节囊结构固定到植人骨上.假如这些结构已经不复存在,可以利用获取异体骨材料时保留在异体骨上的软组织.(二)关节固定重建:利用长段异体骨进行关节固定主要适用于骨肉瘤行跨关节切除或关节外广泛切除,无法重建关节功能,以及有较长预期寿命的年轻患者.其缺点是关节失去活动度,因插人的骨段较长,常伴有较高应力,易造成骨折.近年随着假体和假体复合异体骨技术的发展,关节固定在骨肿瘤治疗中已经较少采用.(三)插人性重建:利用取自骨干的一段圆柱,半圆柱或不规则骨板修复骨干或干骺端骨缺损.因其不涉及关节,没有骨折和骨不连的问题,容易成功.适用于没有累及关节的骨肉瘤或骨转移性肿瘤.插入的骨段常用髓内钉固定.对不规则缺损要准确锯裁骨材料,使其嵌合良好,利用加压螺钉固定或同时使用接骨板.(四)异体骨复合假体重建:将异体骨骨段套装到假体上形成异体骨假体复合植人物,主要用于骨肿瘤和全关节置换.股骨近端复合假体的操作与伴有股骨近端骨缺损的全髋关节成形术相似.与假体复合也可用于股骨远端,但首先要解决接骨固定不牢及关节囊与韧带固定部位的问题.胫骨近端复合假体的优势在于其可以为髌韧带的重新固定提供位于中央的附着点.肱骨近端复合假体有赖于肩袖和关节囊周围肌肉韧带的固定,以保证肩关节的活动.Czitroml6回顾其近l0年的病例,临床优良率为70%-80%.感染,骨折,骨不连可达5%-15%.骨关节移植后出现关节不稳和退行性关节炎者约占5%.疗效因病例选择,手术方法,植骨部位,手术范围,宿主状态,术后放化疗等而有所不同.植入骨骨折后可在原来植入的大段骨上重新植骨,在两次植入的异体骨间形成新的连接而愈合71.Donati等随访高度恶性骨肉瘤术后大段骨移植60个月的患者,优良率达74%83%,与Czitrom报道相似.Muscolo等报告膝关节异体骨复合假体修复5年后,植入骨保留率为73%,认为导致失败的并发症主要发生在术后前4年中,假体生存率5年后为67%,10年后为48%,时间越久松动,感染,失败率越高,说明假体的优越性主要表现在术后早期,而异体骨的优越性主要表现在术后晚期.三,骨钉的临床应用利用人类皮质骨制作的骨钉通常被用于松质骨骨折的内固定,骨钉能被宿主骨取代,因此不必像金属螺钉那样需要二次手术取出.此外,它还可以避免金属内固定物固有的应力遮挡,不会干扰骨折愈合的影像观察,但是这种内固定只能用于不承重部位,例如踝关节骨折.骨库可以仿照金属螺钉把骨钉制出螺纹,顶端制成方形便于旋人.但是螺纹骨钉的强度不足,容易在旋人时折断,特别是钻孔直径不足时.目前更常用的是不带螺纹的骨钉(骨针).骨钉通常取自强度和厚度较大的男性供体的股骨.同种骨骨钉的强度与取材部位骨组织的强度相似,骨库只能保证制备过程中不会降低原材料的强度,而不会增加其强度.植入骨钉术后要进行必要的外固定,特别是防止术后早期移位.植入1-2周后骨表面组织开始渗入骨钉内部,因此即使没有螺纹也不易脱出.目前聚酯材料制成的骨钉的强度与人类同种骨骨钉相似,降解速度尚丁,被清除和被新骨取代的时间较长.四,同种异体骨在脊柱融合术中的应用国内外需要植骨的病例中大约50%为脊柱融合,其中主要为后外侧融合.异体松质骨骨条被制成火柴状或钳碎成小块摆放在脱皮质后的椎板或横突之问,再植入部分臼体骨碎屑和骨髓.由于脊柱融合时的两侧局部环境相似,因此很多作者利用这一特点来对比观察异体骨干uf体骨植骨后的情况.Cloward最早于1958年报告r一组46例患者使用冷冻干燥同种异体骨的结果,其中仅3例出现移植骨吸收.,有作者比较了冷冻同种异体骨与自体骨的临床效果:一组32例使用冷冻骨,另一组29例使用自体骨,结果单节段骨融合率基本相当,两组间移植骨的塌陷率也相当,但多节段融合时同种异体骨的塌陷率较高J.Zdeblick等12i比较了三面皮质冷冻干燥同种异体骨与自体骨在87例患者中行SmithRobinsion融合术的临床结果,术后1年两组间单节段融合率相当(95%);两个节段融合的病例中,8例使用异体骨,共l6个节段,其中有63%没有愈合;而使用自体骨移植组不愈合率仅为17%.从移植骨塌陷情况看,异体骨组发生率为30%,而自体骨组发生率仅为5%,总的看来,不管使用那一种类型的骨移植,多节段应用效果一般较差.这可能是因为需要骨块填充的表面数目增加以及多个节段的椎间盘切除使脊柱的不稳定性增加所致.因此,一学者建议,在行多节段脊柱融合时,椎体切除后用一大块移植骨加前路钢板固定可获得满意效果.同种异体骨(或同时使用自体骨)成人腰椎后路融合术的应用效果已有较多报道.有作者任一项前瞻性临未研究中指出,与单独使用自体骨相比,独使用同种异体骨或合并使用自体骨的X线愈合率较低An等j对一组腰椎后外侧融合术的病例进行了前瞻性研究,其中自体骨移植20例,自体骨和冷冻干燥骨混合植骨8例,新鲜冷冻舜体骨移植5例,冷冻干燥异体骨移植7例,结果显示单纯自体骨移植融合率最高,而单独使用冷冻十燥异体骨移植融合率最低.另有报道,颗粒状同种异体骨在青少年脊柱侧凸手术中的应用效果较好,20例患者使用颗粒状的种肆体骨植骨,融合率达100%.虽然使用自体髂骨的对照组也没有出现假关节,但有40%的患者有供骨部位的持续性疼痛或感觉障碍.当然儿童和青少年中自发骨愈合及融合的发生率本身就比老年患者高,因此评价同种异体骨在腰椎后路融合术的应用效果应当考虑患者的年龄和融合部化.在腰椎前路融合术中,已有使用同种异体皮质骨提供结构支撑并与自体骨结合使用的成功报道一Kozak等16将充填颗粒状自体髂骨的异体股骨环应用于45例患者,结果发现移植骨周围的x线透亮区持续达1年以,但假关节很少.2004年10月第24卷第10October2o04.Vo1.24.No.10近年来,取自骨干中段的带有螺纹的异体皮质骨在腰椎前路融合固定术中的应用越来越多.其固定的原理是利用移植骨表面螺纹的把持作用防止骨块滑移,同时其中央的空心结构有利于颗粒状自体髂骨填充.Abitbol等报告填充颗粒状自体骨的螺纹状异体骨环可获得超过90%的早期融合率,患者的满意度亦很高.但这些同种异体骨的临床应用尚在初始阶段,相关的l临床资料有限,还有待长期的l临床研究.Gibson等:对69例病例进行了对比性研究,认为冷冻异体骨与自体骨的疗效相似.但强调用环氧乙烷灭菌的异体骨疗效不佳.Ehrler等报告使用环氧乙烷灭菌的异体骨行脊柱融合术后假关节发生率可高达76%:颈椎和腰椎椎体问融合器用于重建脊柱的稳定性,目前已广泛用于l临床.近年来由异体骨制成的螺纹骨笼代替钛合金螺纹骨笼(TFC),在力学上它优于传统的后外侧植骨融合.在l临床推广使用钛合金TFC之前,主要使用自体髂骨进行椎体问融合,但是存在强度不足,移位和难以准确锯裁等问题.TFC会造成应力遮挡,妨碍植骨融合;而利用皮质骨制作的与TFC外形相似的骨笼和利用皮质骨环,皮质骨板制作的骨垫兼有传统植骨和TFC的优点,骨笼和骨环内还可充填自体骨或异体骨碎块.由于腰椎负载高于颈椎,因此一般带孔骨笼应该慎用于腰椎,同时为提高骨笼的强度可以在内部套装一层皮质骨进行加固:参考文献1翁习生.骨移植及替代物在脊柱外科手术中的应用.当代医学,2o02.8:3339.2GazdagAR,LaneJM,GlaserD,eta1.Alternativestoautogenousb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