骨牵引成骨与颅面骨延长术研究进展

常晓峰　综述　顾晓明　审校

(西安交通大学口腔医学院颌面外科西安710004)

[中图分类号]R782[文献标识码]A[文章编号]1008-6455(2000)05-0389-03

本文回顾及复习有关骨牵引成骨技术的基础理论研究类文献,旨在明确其发展主流及方向,为颌骨正畸应用此技术寻求理论支持。

1骨延长的概念形成プ钤缬泄卮死喾冻氲奈恼录于1905年Codivilla报道的病案⁽¹⁾。医生通过手术将患者肢体骨分断后,在麻醉状态下对断骨两侧施加突然的强迫牵拉而增长肢体长度,随即在施力后的状态下外加固定而维持其状态。这可能是最早的骨延长技术形式,但其效果不能确定,尤其是远期疗效的问题无法肯定。随后,Freiberg、Magnusson也进行了类似手术。由于经常碰到诸如断端固定不可靠、诱发癫痫、猝死等严重并发症而中断使用。1939年Abbott及Saunders⁽²⁾等人在总结以上经验与教训的基础上改进了外固定装置从而获得了较好的临床效果。他们通过对下肢骨截骨断端的两部分分别行骨钉固定,然后以套丝金属螺杆连接骨钉而获得骨牵开后的状态维持。ピ缙诘墓茄映な跷了获得理想的延长效果(主要针对侏儒、肢体不等长患者等)沿用了骨周组织广泛剥离的方法,包括肌肉、筋膜、血管、神经的严重损伤。直到1932年Haboush及Finklestein倡导使用保守的外科手术方法,即在胫骨周围剥离骨膜袖套,使断端的远中部分能在骨膜袖内滑动,从而获得了X线检查时骨盐早期沉积的结论。由此提示人们骨膜的成骨作用不容忽视。随后又有人相继对保留筋膜组织的骨延长术式,Bosworth(1938)⁽³⁾强调了保护周围软组织对疗效的作用。1951年,前苏联库尔干地区的一位乡村医生Ilizarov在对第二次世界大战后大批肢体残疾患者的治疗及动物实验基础逐步总结并首次发表了保留骨膜的环皮质骨切开术式。由于该术式一改前人的完全骨截断术从而保留了了骨内滋养血管的完整性,使骨断端的骨不连及骨坏死等并发症大大降低。其基本术式为骨干的皮质锯开,而手术无法达到的区域通过骨凿造成裂纹然后人工折断。因此该术式连同Ilizarov的其它一些应用原则被称为Ilizarov技术⁽⁴⁾。60年代到70年代,Wagner所倡导的股骨或胫骨骨干中段截骨区局部的骨膜、肌肉、神经、血管的环形剥离在欧洲逐渐盛行,并沿用至今。

2目前牵引延长(Distraction Osteogenesis 简称DO)技术的经典概念ピ贗lizarov与Wagner的技术影响下,学者们目前趋向于达成以下有关骨牵引延长的共识:①骨截骨切开术或环皮质骨切开术都能保证骨延长的要求;②骨周组织最小程度的损伤(尤其骨膜保护)是保证DO的重要条件;③切开骨手术后要有一个间歇期(5～7d)(Latency Period)④骨切开断端通过器械牵开以获得未来成骨间隙,但牵引的速率以0.5mm～1mm/日为宜;⑤达到骨延长的长度后断端间宜维持此状态,保证新生骨的钙化(Consolidation Period);⑥骨断端间的固定(内固定或外固定)效果要必需保证坚固)^(4,5)。ザ杂谥体长骨的骨牵引延长技术(Distraction of Osteogenesis,DO),70年已从最原始的骨钉固定过渡到了环状固定及牵引方面,并广泛应用到了股、胫、指、掌、肋骨等方面。

3骨延长成骨(DO)的机理

3.1骨自身具有强大的成骨能力DO技术的机理最早被认为是简单的骨折愈合概念,即血肿形成、血肿机化、骨盐沉积、骨痂形成与改建成熟。然而,目前的研究却认为两者仍存在显著的差别。我们知道不同种属或同种属不同部位的骨组织其自身成骨的能力是有限度的,Mckibbin曾对截骨断端无限拉开,发现结局是断端骨不连;Mulholand及Pritchard对犬的肋骨及腓骨分别给截除10mm～20mm,造成缺损,发现其超出这个范围后断端将无法用骨痂桥接。然而,将残端用骨膜组织覆盖后则分别能修复8mm缺损,即使用塑胶管行断端封密桥接时仍能达到7mm。说明骨断端的骨再生能力在不同的条件下是截然不同的。有实验及临床报道DO可以延长肢体骨最长达37cm^(５)。テ胀ㄗ橹学观察显示,骨切开术后早期断端间有血凝块的形成。随着牵引进行可见到血凝块被大量的沿牵引力轴向排列的胶原纤维束所替代,同时可见到成骨细胞在胶原纤维网上的聚集与排列,经历了骨基质的分泌及骨盐的沉积,至后期时部分区域已钙化形成网状的小骨架及骨片结构。牵引2周后部分区域已形成较为成熟的类骨质及骨质区,大约4周～5周时骨质大部分已成熟,皮质骨的哈佛氏系统已规则有序,而在中央区仍有较原始的纤维组织存在。有趣的是:DO成骨中骨发生的各个阶段可在骨痂全长中见到,一张切片可显示新成骨的各个阶段。不象骨折愈合过程中有相对明显的阶段区分。コ晒窍赴主要来源于内、外骨膜的间充质细胞及前成骨细胞部分源于血管内的未分化间充质细胞。Ilizarov报告认为DO的成骨过程是兼具膜性成骨与软骨内成骨两种方式的混合过程。部分学者则认为是一种膜性过程。同样,Kojimoto⁽⁶⁾却观察到了软骨生长盘的软骨内成骨样生骨方式。作者在对犬下颌骨延长的实验中观察发现:出现软骨性内成骨表现的动物占实验总数的80%以上,但膜性过程仍然是最主要的成骨方式。同时在DO技术中未发现典型骨折愈合过程的封闭骨痂、外骨痂、桥梁及连接骨痂等结构。

3.2骨缺损(gap)间隙的应力影响ブ鸾デＲ的骨切开断端间间隙在经典DO技术中是维持恒定的生骨中心,有学者甚至将这种成骨方式称为(Callustasis)骨痂成骨术。即给骨断端的骨痂(未成熟)不断牵引从而使骨的新生不断发生。1976年Comminou及Yannas发现结缔组织的应力应变关系受胶原纤维的几何排列方向的严重影响,实验发现由于每日的小剂量牵引也可造成应变负荷的巨大增加,但是力的大小却很快降低。Lones(1990)实验证明加载到组织上的生理性应变在10分钟后就可以迅速刺激组织内CAMP及前列腺素的合成。认为应变能刺激细胞的增殖及分裂。但是一周以后却可以降低胶原的合成。Lanyon(1990)观察到当骨组织被施加以生理水平的应变条件时可以出现明显的编织蛋白多糖结构。这些均表明了应力、应变对骨组织再生过程中所起到的特殊作用⁽⁷⁾。プ罱有人同时对应力状态下骨组织产生的骨形成蛋白BMP、IGF、BFGF、RGF等产物大分子的含量进行了测定,发现在应力状态下量均不同程度的显著增加。

4颌面骨骨延长技术的研究及进展ビ捎诼颌面骨特殊的组织学解剖学特点,DO技术的应用相对复杂。1973年Synder首先报道了应用DO技术进行狗下颌骨骨牵引延长技术的实验。Snyder将狗的一侧下颌骨经口内手术切除15mm长的骨及骨膜,粘膜等,外固定断端两侧6周造成骨性错位愈合,于第七周起将骨愈合处凿断,并将断骨两侧以外固定杆加骨钉方式连接,一周后以每日一次1mm的方式牵引断骨两端,于14天后观察发现初次手术造成的错位畸形完全恢复,再经6周后X线显示骨皮质连续性完全清晰。McCarthy,Karp等^(8,19)于1992年探讨了DO技术在颌面乃至颅骨、腭中缝、颧骨上颌骨扩大等方面的应用。指出颌骨(膜状骨)的骨牵引延长成骨机理与管状骨DO应用中结果是一致的,均为膜性成骨机制。

4.1骨牵引成骨器械的选择ツ壳暗那Ｏ咂骺梢愿据其是否埋置于软组织内而分为外置式及内置式,根据其与口腔的关系而分为经口内式或经口外式;根据牵引成骨的定向能力而分为单向牵引式或多向牵引器(Mutiplanar),也有人称为单点式牵引器或双点及多点式牵引器(Bio-Focal)⁽⁹⁾;根据断端两侧骨与牵引器的附着方式又可分为牙支托式及骨内钉支托式。无论器械是何形式但其根本原理大同小异。即骨切开断端两侧通过某种附着方式与牵引器(刻度螺栓一螺杆结构)连接,通过外力牵拉两个端使其间距离逐渐增大。并在断端间逐渐生成新骨。目前最为先进的外力施加方式已改为电驱动方式,即自动牵引器(auto Distracter)⁽¹⁰⁾。

4.2颌骨骨牵引的速度与频率1989年Ilizarov对480条狗的胫骨延长实验发现每日4次每次0.25mm的方法较每日1次1mm组能获得更好的成骨效果。Stewart在兔下颌骨牵引延长成骨的研究中同样认为0.5mm/次、2次/d的速率及频率是理想的。目前的观点认为0.25mm～0.5mm/次、2～4次/日的速率及频率较为可靠。过快的节律容易造成纤维性骨痂的形成及骨不连,假关形成等,而过慢时则易形成过早骨化的发生^(11,12)。

4.3影响骨形成的重要因素Ilizarov的研究表明牵引区的成骨活动水平依赖于骨断端固定的稳定性。牵引器与固定螺钉间的微小活动导致了受力区血凝样区域的纤维组织形成及一些软骨小岛样区的出现,而并非骨组织的形成。X线检查表明稳定的固定条件下新成骨的阻射程度远远高于有活动的病例。Ilizarov总结道,组织牵引时应力的刺激可保证一些结构的组织再生,称为组织的"张力定律"(Law of tension stress)。这种现象已被生化,组织学生物机械力学领域等所证实。在牵引完成后的断端固定问题上许多人却提出了允许有动度的观点。Goodship,Kenwright等实验指出骨愈合期的断端间微动(Micromovement)促进了骨盐沉积,并在新骨的生物机械性能测定时得到反映。由此可见,牵引过程中的骨断端间制动主要保证了牵引力的定向传递,对成骨活动起刺激与促进作用;而微动是非定向的应力刺激而已。同样的现象也可以在骨折固定的愈合过程中发现,较小的功能性负载可以加速骨的改建及成熟周期缩短。^(13,15)

5颌面外科应用DO技术面临的问题ジ孟罴际跻严允境隽似湓诔晒欠矫娴木薮笥攀,尤其是此成骨方式是三维可定向控制的理想模式。DO完全可能对传统的正颌外科、整形外科中植骨方式、骨移动及骨代材料方面提出挑战。①三维成骨的设计需要建立在三维骨测量技术的完善基础上,如何精确测量骨的三维立体结构及数值将对DO在颌骨正畸方面的应用产生重要影响⁽¹⁶⁾;②不断开发及研究新型骨牵引延长器以达到适应三维成骨的需要,尤其是内置式及口内半埋置式、多向式、微型化是发展方向⁽¹⁸⁾。因器械的改进常常可以造成简化手术操作及术后病员护理,包括对病人的心理状况的改善,同时保证了牵引力的轴向施力,对于器械材质选择宜逐渐向纯钛及钛合金方向过渡,从而获得良好的组织相容性,减轻异物反应等并发症;③对于牵引后延长的新生骨如何定期检查,既要减少三维CT及X线片检查的X线辐射次数及费用又要客观检测与评价⁽¹⁴⁾。已有学者尝试用超声检查及全程监控,但该方法在成骨后期的敏感性仍有待证实;④颌骨骨牵引延长的过程伴随着皮肤,粘膜,肌肉,神经,血管的同时延长,对这些组织功能,特别是远期效果仍难以肯定;同时,在对软组织与骨组织功能,特别是远期效果仍难以肯定;同时,在对软组织与骨组织延长量的协调上采用何种方式来检查及明确疗效等问题仍需在基础研究方面进一步加深;另外,牵引时的骨关节系统有何改建?这些问题尽管已有人论及,但是比较肤浅,需要更多关注⁽¹⁷⁾。⑤DO技术究竟能获得多少的骨延长量,是否有限?牵引速度、频率、方向在不同骨及不同个体之间是否也存在差异?如何进行DO技术的个性化设计(personalize)?骨延长后新骨是否存在复发(Relapse)?如何控制复发?⑥有关成骨机理方面的探讨还需要更深层次的明确,组织再生的张力定律(Law of tension stress)是否是DO成骨的唯一解释?应力对组织再生激活及刺激机制在生化,免疫组化,生物大分子,基因方面的表达;与胚胎组织发育的关系等方面仍有待于进一步实验证实。⑦从生物力学的角度要继续研究D。O新成骨与固有的骨质在生物力学性能方面的异同。尤其是有关骨基质与各型胶原以及组织细胞同应力,应变之间的关系。探究牙胚在牵引成骨过程中的功能及变化。⑧在临床应用上如何与正畸技术结合以共同完成牙颌系统的功能与形态的重建。如何拓展其应用范畴,诸如DO与年龄,性别关系;上颌延长时对腭咽功能的影响,对上颌窦生理功能的影响等^(19,20)。

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作者简介:常晓峰男,1966年生,西安交通大学口腔医学院主治医师,1999年第四军医大学口腔医学院毕业获医学博士学位。

收稿日期2000-07-20

[HJ]编辑/姜如蓉