颗粒骨的临床应用及其研究进展

王南翔(综述),姬 烨,闫景龙(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院骨外四科，哈尔滨 150010)

因外伤、肿瘤、炎症及外科手术等原因所致的大块骨缺损的修复一直是骨科医师所面临的一个难题,治疗骨缺损的主要方法是骨移植术。在以往的临床应用中,骨移植的“金标准”是自体骨移植。虽然骨移植术经历了相当长的发展过程,但仍有很多问题还待解决。骨移植术以大块骨移植作为常用方法。但移植骨中大量的细胞未得到利用,大块骨的结构又阻碍移植骨中生长因子的释放[1-2]。而近些年来,颗粒骨的出现使这一问题得到解决,目前颗粒骨在临床应用中取得了良好的效果,已广泛并成功地应用于关节翻修术及脊柱外科等临床中,而相关实验表明颗粒骨复合支架材料等修复骨缺损取得了良好的效果。

1 颗粒骨在关节翻修术中的临床应用

1.1颗粒骨在髋关节翻修术中的应用 颗粒骨移植最早被应用于Sloof-Ling技术中[3],人工髋关节置换术后,失败及再翻修手术中常常遇到的问题是髋臼或股骨骨髓腔骨质缺损较多,在这种情况下,势必会填入大量骨水泥,当骨水泥填入较厚时,固化过程中的温度升高,且单体量增大对骨质会引起进一步损伤,从而使术后再次松动的可能性增加。临床应用结果也证实了骨水泥填充的再翻修率很高。1984年,Slooff等[4]在修复髋臼骨缺损时用异体颗粒骨代替自体骨，首先用于髋臼松动伴骨缺损患者,其方法是把颗粒骨植于骨缺损床面上并将其压紧,用双层金属网将颗粒骨固定,再于外层金属网上固定髋臼假体。1993年,Ling等[5]用同样的方法对股骨骨质缺损进行了颗粒骨移植，方法是首先将股骨髓腔内的骨缺损区内植入颗粒骨,再将髓腔内颗粒骨挤压紧密,在股骨皮质壁内形成紧密的颗粒骨内衬,再将假体以骨水泥固定在颗粒骨的内衬上，此种技术称为“Sloof-Ling”技术。目前,颗粒骨移植越来越广地应用于关节翻修术中。

宁漱岩等[6]将颗粒骨填充于钛网中治疗人工全髋关节翻修术中髋臼骨缺损：选取了31例行髋臼翻修的患者将松质骨制成颗粒骨,压紧植骨联合金属钛网固定于髋臼的骨缺损处，结果显示，翻修前髋关节Harris评分平均37分，术后半年Harris评分较术前平均提高到45分。由此得出结论，在处理髋关节翻修术中髋臼缺损时应用打压植骨联合金属钛网固定,疗效可靠。

陈及非等[7]采用远端固定生物型股骨假体结合异体颗粒骨植骨，观察在近端骨缺损型股骨翻修术中的应用：选取23例股骨假体松动患者进行翻修手术,均采用颗粒骨植骨结合远端固定生物型股骨假体，结果显示术后切口均Ⅰ期愈合,无手术相关并发症发生。术后随访Harris评分为(87.6±9.4)分,与术前比较差异有统计学意义；术后X线片显示颗粒骨愈合良好,假体部位骨皮质密度和厚度明显增加，从而证明远端固定生物型股骨假体结合异体颗粒骨植骨应用于伴有近端骨缺损的股骨翻修术中,中短期疗效满意。

1.2颗粒骨在膝关节翻修术中的应用 颗粒骨同样被用于膝关节翻修术中。颗粒骨最初应用于膝关节翻修术时,应用的是长柄非骨水泥(press-fit)型假体柄,没有将颗粒骨压实,影像学显示颗粒骨愈合良好,骨组织重建,临床上未见假体不稳。Ullmark等[8]最先报道，膝关节翻修术中使用短柄假体联合应用打压的颗粒骨植骨,对3例患者随访18～28个月,均获得了良好的临床效果和影像学结果。van Loon等[9]用咬骨钳将新鲜冰冻的股骨头制成颗粒骨,填充全膝关节置换中的骨缺损,术后4年对不伴有炎症性松动或移位的持续性膝关节疼痛患者进行了膝关节融合,整块取出膝关节假体与其周围部分骨质,进行骨密度、放射线及苏木精-伊红染色等检查,结果发现股骨侧移植的异体颗粒骨已大部分被新生骨替代,而在胫骨侧发现大部分异体颗粒骨未被替代。由此得出结论,在全膝关节移植术中,股骨侧更适于进行异体颗粒骨移植,而在胫骨侧的颗粒骨不会完全被新生骨替代。Suárez-Suárez等[10]报道，在全膝关节翻修术中采用打压结实的颗粒骨复合金属网笼移植填充骨缺损,取得了良好的效果,这种方法可以与人工全髋关节翻修术中应用金属网笼及颗粒骨植骨处理人工全髋关节翻修中髋臼骨缺损的效果相媲美,可以修复全膝关节翻修术中的骨质缺损。

1.3需解决的问题 颗粒骨成功应用于人工关节翻修术是一项大有发展空间的技术。其临床疗效可靠,但目前对于同种异体骨植入后的愈合机制、免疫反应等的研究尚未十分透彻,而且在如何保存骨组织,以求在安全前提下最大程度地降低免疫原性,并加快植入后的骨愈合速度等方面亦存在争议[11]，有些还会引发疾病的传播，其潜在危险是通过骨移植把供体体内的病原微生物传播给受体[12]，此类问题仍有待进一步解决。

2 颗粒骨在脊柱外科中的临床应用

目前,颗粒骨也被广泛应用于脊柱外科。许益民等[13]采用改良前路颈椎多节段减压术治疗多节段颈椎病：经前路颈椎管彻底减压后,在硬膜外覆盖一层明胶海绵,将前路减压时所收集的碎骨块及骨屑制成颗粒骨,用医用胶搅匀挤压成块状,等量填充于修整好的骨槽中，然后在骨槽壁与回植骨和凝结骨块间点注医用胶水，术后2～3周影像学检查显示,移植骨无松脱现象,植骨生长迅速，最快者6周完全融合，骨性融合率为100%。这种术式实质是进行自体活骨组织和骨细胞等量原位移植,可免除截取髂骨块的痛苦,并具有回植骨成活率高、骨性愈合快等优点。Hashimoto等[14]在单节段的腰椎后路融合术中将颗粒骨填充于钛网中,效果较好。张庆明等[15]研究分析了颗粒骨打压植骨在腰椎后路融合手术中应用的可行性：选取腰椎颗粒骨打压植骨融合并取得随访的患者31例,均采用单纯颗粒骨椎间植骨结果显示，术后无并发症，术后6个月时影像学检查均获良好愈合；随访结果:术后JOA(Japanese Orthopaedic Association)评分平均(27.4±1.9)分。术后较术前改善率按照(术后JOA评分-术前JOA评分/17-术前JOA评分)×100%计算，术后改善率达89.4%。颗粒骨打压植骨在腰椎后路椎间融合手术的应用操作相对简单,费用低、损伤小、融合率高,是一种值得推荐的手术方法。Lee等[16]应用三维重建CT对腰椎后路颗粒骨植骨术后的患者在术后各段时间的融合率进行评估，实验选取了30例腰椎后路椎间植骨融合术后的患者,分别在术后6、12个月行三维重建CT检查植骨的融合率,结果显示6个月后的颗粒骨融合率为86.7%，12个月后其融合率上升到90.0%。由此说明颗粒骨植骨在腰椎后路融合手术的应用操作简便、可行且融合率高,获得了满意的效果。

脊柱植骨融合术是治疗脊柱不稳、脊柱侧弯等疾病的主要方法之一，目前最好的植骨材料是自体松质骨。刘好源等[17]认为,成骨早期自体微小颗粒的成骨是众多颗粒骨为中心的多点同时成骨,如骨传导作用成骨、骨生成作用成骨、骨诱导作用成骨。微小颗粒骨在骨诱导方面强于块状骨,其结构有利于骨内细胞的存活。骨移植诱导成骨性能的优劣最终需通过其力学性质来判断,其扭转强度与垂直刚度在骨折早期一般较低,但随着骨折的进一步修复、重建,逐渐增高,最终趋于正常[18]。有研究表明，颗粒骨自体移植,其力学强度不低于已在临床上广泛应用并获得肯定的条状骨[19]。自体颗粒骨移植可以充分诱导新骨生成并满足脊柱后路融合需要。目前在腰椎后路融合术中,最广泛应用的植骨方式是椎间植骨和横突间植骨,此两种手术方法已得到认可,但仍存在手术操作难度大、副损伤风险高的缺点。探讨更为有效且副损伤少的手术方式及融合更好的颗粒骨移植方法,仍是未来临床工作和研究的重点。

3 颗粒骨在修复骨缺损中的临床应用

目前亦有颗粒骨在临床中修复骨缺损及骨不连的报道。张明等[20]使用自体颗粒骨混入骨膜碎片修复肿瘤及瘤样病变骨缺损：对18例骨肿瘤及瘤样病变患者行病灶清除,自体颗粒骨混入骨膜碎片修复骨缺损，经过38个月随访,X线片显示成骨良好,骨缺损完全修复,肢体无畸形,功能基本恢复正常。张东方等[21]应用自体颗粒骨移植治疗48例陈旧性骨折、骨不连，制作方法:去除髂骨内的松质骨,将其捣碎,制成直径为1.0～1.5 mm的颗粒骨,将处理好的骨折两端对合,采用钢板或外固定架固定后,将得到的颗粒骨均匀地覆盖和填充于骨折端间隙和周围钻孔内,这样骨折端周围便有一层泥沙样的骨颗粒覆盖,且部分掺入髓腔内。结果显示，48例均获得了良好的临床效果。

颗粒骨修复骨缺损及骨不连的优势:①增加了骨细胞从周围获得血供营养的数量；②骨屑颗粒能更好地填充于骨折端的所有腔隙和骨缺损处。直接将两骨折端紧密对合起来,有利于骨折端骨细胞的爬行生长。加快了骨折的愈合；③自体颗粒骨取材方便。手术简便。不需特殊设备及过高的技术,经济适用，且无任何排斥反应及不良反应,也无任何感染因素存在。因此,自体颗粒骨移植是促进骨愈合的可靠方法,且目前现有的临床应用效果显著,随着相关实验的研究进展,颗粒骨在修复骨缺损方面的临床应用必有突破性进展。

4 颗粒骨的相关实验研究

4.1颗粒骨修复骨缺损的机制 了解颗粒骨修复骨缺损的机制及其影响因素对进一步的临床应用有重要的意义。Tagil[3]认为，颗粒骨之所以有良好的临床效果可能与以下特征有关：①用咬骨钳手工制成的颗粒骨直径为5～10 mm,使用机器研磨出的颗粒骨直径为2～4 mm[22]，颗粒骨的结构使骨表面积增大,有利于更多地释放出移植骨中的生长因子,发挥骨诱导作用；②粉碎骨块可增加表面积，使细胞易于得到营养,有更多细胞存活；③将颗粒骨锤紧,使之相互挤压,可使宿主骨更易向移植骨爬行替代；④移植骨的顺应性或弹性在载荷作用下可产生形变刺激骨生长；⑤颗粒骨较块状骨与植骨床有更大的接触面积,有利于周围血管的长入,细小的颗粒即使接触到一些血管、神经及软组织结构也不会产生刺激或压迫。

4.2相关动物实验 王新涛等[23]观察微小颗粒骨在移植修复骨缺损过程中的骨细胞存活情况和生物活性，采用的方法是建立鼠桡骨骨缺损模型,选择大鼠髂骨作为供体骨,分别制成块状骨和微小颗粒骨,植入骨缺损,于术后一定时间取材,采用原位杂交的方法观察受体内Y染色体性别决定基因(sry)的表达情况，并应用免疫组织化学法观察各组骨形态发生蛋白2、转化生长因子β1、碱性磷酸酶和Ⅰ型胶原的表达情况，结果显示，微小颗粒骨和块状骨修复骨缺损时均有供体骨细胞参与,但微小颗粒骨内有更多的骨细胞存活,微小颗粒骨内存活的骨细胞具有生物活性,合成并分泌骨生长因子和骨基质蛋白,可以加速骨缺损的修复。

由于微小颗粒骨存在结构松散的不足,为防止其向外周扩散,减少骨量流失,研究者们选取了相应的支架材料以弥补其不足。杨显声等[24]制作了大鼠颅骨缺损模型，将实验动物分为7组，实验组植入自体颗粒骨+磷酸钙骨水泥+骨髓间充质干细胞复合材料，其他组分别植入任意两种复合材料，于术后摄X线片及进行组织学观察比较修复骨缺损的效果，结果表明颗粒骨、磷酸钙骨水泥和骨髓间充质干细胞的复合材料可以修复骨缺损,效果优于其他组。曾荣等[25]研究了以明胶、京尼平黏合自体颗粒骨修复大鼠胫骨骨缺损的效果,取得了良好的效果,是良好的支架材料。目前已有越来越多的支架材料用于与颗粒骨复合,用以研究修复骨缺损的效果。

在有关颗粒骨修复骨缺损的实验中,发现其修复脊柱的骨质缺损仍有较好的前景,沈洪涛等[26]探讨了自体微小颗粒骨复合几丁糖修复椎板缺损的效果，他们选用健康成年犬制备成椎板缺损模型，随机分为4组,复合组于椎板缺损区先充填一层几丁糖，再充填预制半干自体微小颗粒骨,后铺上一层几丁糖;自体微小颗粒骨组于椎板缺损区充填自体微小颗粒骨;几丁糖组于椎板缺损区充填几丁糖;空白组椎扳缺损区不植入任何物质。术后8周,对4组模型的应力和位移变化进行比较，结果显示大小的变化，几丁糖组>自体微小颗粒骨组>复合组；复合组模型刚度最大，提示几丁糖是微小颗粒骨的优良载体,自体微小颗粒骨复合几丁糖可有效修复椎板缺损。

4.3颗粒骨相关实验研究的发展方向 颗粒骨来源广泛,易于保存,能够满足实验中骨移植的需要。相关实验表明，颗粒骨复合支架材料是一类有效的骨组织修复材料。虽然在近些年的研究取得了一定的成就,但离广泛的应用在临床工作中还需要很长的时间。理想的骨移植材料必须具有良好的骨诱导性、骨传导性、良好的生物活性和可降解性[27]。如何提高颗粒骨复合相应支架材料的活性和可降解性,更好地促进成骨细胞的再生与修复是今后研究的重点。目前，骨科临床中大多数患者需要行骨移植治疗,如果颗粒骨复合材料能成功的应用于临床。不但给患者带来的福音,而且也蕴藏着无限的商机。

5 展 望

以上应用的颗粒骨直径大小不等,在临床应用和相关实验研究中都取得了良好的效果，但究竟采用多大直径的颗粒骨对移植效果最佳,仍有待于进一步研究。此外,由于颗粒骨存在结构松散的不足,为减少骨流失,研究者们在实验中选取了相应的支架材料以弥补其不足,支架材料应用于临床进行骨缺损修复时其促进骨生长作用如何及其成骨性能如何还有待进一步探讨。为解决自体颗粒骨骨量有限的缺点,异体颗粒骨有着广阔的研究和应用前景,异体颗粒骨移植材料虽然在近几年的研究中取得了一定的成就，但离广泛应用于临床工作中还需很长的时间,如何提高异体颗粒骨的活性和可降解性,尽可能除去异种抗原性,更好地促进成骨细胞的再生与修复是今后研究的重点。

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