胸壁重建材料的应用现状及进展

王占磊 金健

【提要】 胸壁重建是胸部外科手术后，修复受损胸壁结构，恢复胸壁正常功能的一种常用手段。当前，自体皮瓣已成为胸壁软组织重建公认的一种理想材料，但关于胸壁骨架重建材料的选择仍存在较大争议。除自体骨骼以外，非可降解材料是临床应用较多的一种胸壁重建材料，具有良好的组织强度及稳定性，且并发症较少。同时，随着胸壁重建材料研究的持续深入，生物可降解材料成为了临床应用试验及胸壁重建材料性质改良研究的新热点，其中3D打印可吸收材料具有较高的临床可行性。本文主要就胸壁重建材料的应用现状及进展展开综述。

胸部手术后胸壁缺损会直接影响患者预后。一般情况下，胸壁缺损面积较小，可直接缝合；若胸壁缺损面积较大、组织层次较多，就需通过皮瓣移植或骨架重建修复胸壁结构。另外，若胸骨被大部分切除或肋骨缺损4 根及以上，应优先考虑骨性重建，以此来修复胸壁结构的完整性，增强骨架支撑强度，加强对纵隔结构与胸腔内脏器的保护，保证呼吸通畅。

1 胸壁软组织重建

临床重建胸壁软组织的主要目的是闭合创面、去除死腔、修复胸壁的完整性[1]。针对受损严重的多层组织创面，需要使用较多的软组织进行胸壁重建，而游离皮瓣、带蒂皮瓣、网膜瓣等自体皮瓣是胸壁软组织最为理想的重建材料[2]。选择自体皮瓣时，要重点考虑软组织的量与血供。当前，临床应用的带蒂皮瓣多为胸腹、背阔肌、胸大肌等部位的皮瓣组织，可覆盖大面积、深层创口，为重建区域提供丰富的血供，能够满足接近80%的手术需要[3]。在临床实践中，若无法获取带蒂皮瓣，可使用游离皮瓣进行胸壁软组织重建，如阔筋膜张肌皮瓣、股前外侧及肩胛旁皮瓣等，并通过血管吻合在供、受区之间建立新的血运联系，减少蒂长短对皮瓣选择的限制。此操作虽较为复杂，但允许两组术者同时进行游离皮瓣移植操作，故能缩短手术时间，在保证供区组织缝合良好的情况下，可有效减少术后不良反应的发生[4]。另外，网膜瓣作为胸壁软组织重建中的一种新型辅助材料，可用于大面积胸壁缺损的治疗，能够更加全面地修补缺损缝隙，减少空腔的发生，比肌皮瓣具备良好的抗感染能力。

2 胸壁骨架重建

2.1 自体或同种异体骨骼

自体骨骼是最早应用于胸壁骨架重建中的一种移植材料，具有良好的生物相容性，既可提供大量的成骨细胞，也能够提供各类生长与促生长因子。同时，由于自体骨骼本身具备骨膜，可充分刺激新骨的形成与生长，加快愈合[5]。在实际应用中，可依据骨骼具体形态，根据胸壁骨架重建对强度的要求，选择肋骨、髂骨等作为供区。同种异体骨骼移植虽不必考虑如上限制因素，可提供充足的骨量，且不会产生新的创伤，但较自体骨骼而言，异体骨骼在生物相容性方面的表现相对较差，需通过组织配型减少排斥反应，在移植过程中还存在较大的交叉感染风险[6]。此外，异体骨骼因来源十分稀缺，价格也非常昂贵。

2.2 非可降解材料

目前，金属材料在胸部骨架重建中运用广泛，而钛合金是胸壁重建中应用最为广泛的一种材料。钛合金重量较轻，既耐腐蚀，也耐摩擦，具有良好的可塑性和生物相容性[7]，可代替缺损骨骼或作为支架与肌肉皮瓣、补片等合用。同时，在核磁共振（MRI）、CT 等影像学检查中，钛金属移植物的显像十分清晰，受伪影影响较小，十分有利于随访评估[8]。但由于钛合金板与骨骼断面无法实现真正意义上的“融合”，因此，在长期应力作用下，极有可能发生断裂。这种断裂在已有瘢痕组织形成的情况下，症状并不明显，但若胸部有长期疼痛的表现，就极有可能需要再次手术移除[9]。

聚酯类、聚丙烯、聚四氟乙烯等热塑性树脂材料也是胸壁骨架重建常用的合成材料之一，可满足不同强度的胸壁骨架重建需要。但在实际应用中仍存在一些问题[10]。聚丙烯等单一合成材料，常因强度不足而无法维持正常稳定的胸壁结构，临床上常会选择在聚丙烯补片结构之间，增加一层甲基丙烯酸甲酯“黏合剂”，形成一种类“三明治”结构的复合材料[11]，此种结构的复合材料通过高温处理，强度会大大提升，可有效抵抗各种应力作用，即使外层结构在外力作用下发生断裂，中间结构仍可维持良好的稳定性[12]。由聚四氟乙烯制作而成的补片因具有较强的张力性、柔软性和允许组织长入的特点，是目前广泛应用于人体的生物植入材料[13]，但有研究指出，聚四氟乙烯的感染发生率要明显高于聚酯类、聚丙烯等其他合成材料，常需要再次手术进行摘除[14]。与这些材料相关的并发症，如继发性伤口感染、血肿形成、拉伸强度不足以保护胸腔内脏器等，使其应用受到限制。

当前，非可降解材料在胸壁重建中的应用是否具备较高的感染风险，仍存在较大争议，但专家共识明确指出，非可降解材料不适用于如下几种情况的修复：污染创面、感染严重创面和放疗后的创面[15]。

2.3 生物可降解材料

非可降解材料在胸壁骨架重建修复过程中虽已得到有效应用，但术后并发症等问题并未得到有效解决。重建材料的主要作用是帮助患者保留、修复正常的胸壁功能，手术创伤完全愈合后，异体材料就无存在的必要，且会增加并发症风险[16]。因此，生物可降解材料成为研究的对象，认为该种材料在胸壁骨架重建中，能够为新生结缔组织提供可靠的附着骨架，置入人体后，可发生如下变化：①植入体内后，可立即发挥机械支撑作用，维持正常的呼吸运动；②随着新生纤维组织的生长，可同时作为新生细胞的附着支架与纤维组织成型的支撑[17]；③当生物可降解材料被充分降解或部分降解后，剩余部分会与人体组织相融、重塑，新生结缔组织与创面愈合组织均被完全包裹，形成了新的支撑结构。根据生物可降解材料的成分，具体可分为人工合成材料与生物材料两种[18]。

聚对二氧杂环己酮是人工合成材料的主要成分。自20 世纪90 年代起，就有聚对二氧杂环已酮相关的使用报道。Qin等[19]的动物实验结果显示，无论单独使用，还是与其他材料合用，与非可降解材料相比，生物可降解材料在胸壁骨架重建中的应用优势已十分突出。

通过脱细胞处理的真皮是生物材料的主要成分，根据其来源不同，大致可分为两种：一种是自体来源的人脱细胞真皮基质，另一种为异体来源，主要是猪/牛等脱细胞真皮基质。在胸壁骨架重建中，将生物材料植入到人体内，可快速地再血管化，重新塑形，最终融于自体组织结构，具有较强的抗感染能力，并且可有效防止组织粘连[20-21]。同时，具备上述特点与应用优势的脱细胞真皮基质在胸壁骨架重建中，可有效弥补非可降解材料的不足，突出表现为可覆盖污染伤口或接受过放疗的组织，效果与安全性均得到临床肯定。

生物材料通过与原有胸壁组织的有机融合，组织粘连与炎症发生的风险较低，在胸壁骨架重建中的安全性与临床应用价值均受到高度肯定。当前，有关报道中显示的短期并发症以血肿形成较为常见，长期并发症尚不明确[22]。同时，由于生物材料是否可降低并发症发生率缺乏大量数据的支持，故尚未广泛用于胸壁重建，其可行性仍待证实。

3 3D 打印材料在胸壁重建中的应用

胸壁缺损因面积大小及缺损程度、位置各不相同，经统一标准化生产的制式耗材无法满足各类患者对胸壁形态恢复的个性化要求，且会增加胸部重建手术的操作难度[23]。与传统的制式钛合金耗材相比，3D 打印钛合金装置能够满足不同胸壁重建手术对胸壁修补材料形状与尺寸的要求，因此，该技术手段在胸壁重建中得到迅速普及。张豪等[24]采用3D 打印技术，将钛合金肋骨用于胸壁重建中，手术十分成功，胸壁重建效果良好。利用3D 打印技术可定制出与原始肋骨高度相似的肋骨段曲率，能够充分符合手术需求与患者要求，并且可与残余肋骨组织牢牢固定。同时，为获取更加良好的美容效果，术中还选择背阔肌皮瓣重建胸壁软组织，这是其他非定制胸壁重建方法无法实现的，可有效保证胸壁功能与外观的完整[25]。有研究报道了3D 钛合金植入物的开发和临床应用，该植入物可重建胸壁大部并保持胸廓的完整性[26]。经长期实践发现，3D 打印钛合金材料用于胸壁重建，安全性较高。一方面，术后移位、脱位的发生率较低；另一方面，正常的肺部呼吸不会导致种植体与胸壁发生摩擦，可有效避免局部胸壁出现血肿与损伤等情况。同时，3D 打印钛合金材料重量较轻，术后不易形变，能够有效抵抗胸壁自身的重力与呼吸、牵拉引起的张力[27]。

4 新材料用于胸壁重建的探索

当前，聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）在3D 打印胸壁重建中的应用已成为了新的研究热点，该种材料属于多芳烃半结晶热塑性聚合物，不仅具备较强的稳定性，在生物力学及生物相容性等方面也具有突出优势。与金属植入物相比，PEEK 的弹性模量更低，且与皮质骨的机械强度十分相近[28]。同时，在X 线、CT、MRI 检查时，PEEK 具备较强的兼容性，可有效消除CT、MRI 检查过程中由各种金属成分产生的伪影。另外，PEEK 的生物惰性也相对良好，且不具有致敏性[29]。另有研究显示，PEEK 种植体的重量较轻、更加灵活，与胸骨、肋骨的弹性、拉伸强度均十分相近，弹性模量较低，在胸壁重建中具有多种应用优势[30-32]。

当前，PEEK 已得到美国食品药品监督管理局（FDA）的认可，被广泛应用于牙科与整形外科。同时，有研究利用PEEK 进行脊柱融合[33]；有研究应用PEEK 成功完成了颅骨成形术；有研究基于熔融沉积成型原理，利用3D 打印技术制造出了仿生人体内踝。结果显示，PEEK 于3D 打印前后并未产生明显的化学变化，且细胞相容性良好。目前，胸外科应用PEEK 进行3D 打印胸壁重建的相关研究与报道较少，仍处于探索阶段。

但在实际应用中，PEEK 仍然具有局限性，主要表现为以下几点。①当前研究仅将3D 打印PEEK 应用于胸壁重建中，并未与使用3D 打印钛合金肋骨进行胸壁重建的患者进行疗效比较。②与PEEK 比较，采用钛合金材料进行胸壁重建患者表现出的细胞增殖、血管生成及骨塑性与成骨过程更为明显。早期胸壁重建的稳定性多以机械固定的方式实现，但后期胸壁重建的稳定性主要由周围骨与软骨组织的生长而决定。③3D 打印PEEK 材料的韧性、低弹性模量与拉伸强度，与胸骨、肋骨十分相似，不会对胸部运动造成较大的限制。当前已有研究的随访时间仅延续到胸壁重建术后的6～12 个月。因此，需在未来研究中，对3D 打印PEEK 材料在胸壁重建中的疗效与副作用进行更长时间的随访。④当3D 打印PEEK 植入物放入因胸壁肿瘤切除前胸壁的患者体内后，患者在睡觉或身体倾斜的过程中，后胸壁会承受更大的压力[34]，针对PEEK 植入体是否能够有效修复后胸壁缺损，需展开更加深入的研究。

综上所述，自体骨骼具有良好的生物相容性，不易引发术后感染，多数情况下无需移除移植物，是肿瘤切除术后胸壁重建的一种理想材料，但受材料来源有限、强度不足等因素限制。因此，可选择人工合成材料与自体皮瓣或生物可降解材料相结合的方式，进行胸壁骨架重建，以减轻患者疼痛，降低术后感染等并发症风险。同时，要不断加强生物可降解材料安全性方面的探索，以便更加客观评估其在胸壁骨架重建中的应用可行性。另外，应持续加大3D 打印技术与3D 打印可吸收材料的应用研究，将重点放在利用3D 打印技术制作解剖模型方面，制定详细的手术方案，满足患者定制个性化植入物的需求，将围手术期的风险降到最低，改善患者预后。以3D 打印为代表的新技术已得到临床高度重视，尽管其在当前胸壁重建中的应用相对有限，但随着理论实践的增加，前瞻性研究的开展，3D 打印技术具备十分广阔的应用前景。