重组人骨形态发生蛋白2对胫骨骨搬移术后新生骨段矿化的影响

张泽，张进，王栋，李岩，李娟，张茹琦，刘少皇，张永红

创伤后骨髓炎多累及下肢，尤其是胫骨[1-2]。胫骨慢性骨髓炎的治疗对于骨科医师来说仍然是一个棘手的难题，目前的治疗理念包括认真仔细清创、感染坏死骨段彻底切除和术后肢体功能重建。但切除感染坏死骨段后常遗留大段的骨缺损，修复骨缺损是肢体功能重建的首要任务。彻底切除感染坏死组织和死骨后应用Ilizarov技术可以重建肢体微循环，提高肢体的抗感染能力，因而Ilizarov技术治疗大段骨缺损是目前公认的“金标准”。但骨搬移术修复骨缺损的过程中，由于肢体的血运很差或其他原因可能出现牵张区成骨能力弱、新生骨段矿化速度慢[3]、外固定时间长等问题，给患者带来一定的经济与心理负担。因此，如何加快骨搬移区骨痂矿化的速度、缩短患者骨愈合的时间，已经成为目前亟待解决的重要问题。骨形态发生蛋白2（bone morphogenetic protein-2, BMP-2）是目前发现的较为有效的骨诱导因子之一，在胚胎成骨、骨折修复和骨再生方面起到至关重要的作用[4-5]。已有临床研究表明，应用重组人骨形态发生蛋白2（recombinant human bone morphogenetic protein-2, rhBMP-2）治疗骨折延迟愈合、不愈合具有一定疗效[6-7]。本研究拟探讨rhBMP-2对胫骨骨搬移术后新生骨段成骨、矿化的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：①年龄为16～80岁；②因胫骨骨缺损采用Ilizarov技术治疗；③胫骨骨缺损长度≥3 cm。排除标准：①患有精神疾病、依从性较差，不能配合治疗的患者；②合并内科疾病导致器官功能障碍不能耐受手术的患者。

2017年12月至2022年1月山西医科大学第二医院共收治131例胫骨骨髓炎患者，依据上述纳入与排除标准，回顾性纳入77例因胫骨骨缺损接受胫骨骨搬移术治疗的患者。44例患者术中在胫骨截骨端置入外源性rhBMP-2（rhBMP-2试验组），33例患者术中不进行特殊处理（常规治疗组）。rhBMP-2试验组44例患者中，男38例，女6例，年龄18～78岁，平均年龄（47.1±13.3）岁，术前患者胫骨骨缺损的长度为3.0～20.3 cm,平均（7.9±4.0）cm。常规治疗组33例患者中，男29例，女4例，年龄16～61岁，平均年龄（45.1±11.1）岁，术前患者胫骨骨缺损的长度为3.1～18.9 cm，平均（8.0±4.1）cm。rhBMP-2试验组合并吸烟23例，饮酒18例，合并足下垂畸形4例，高血压10例，Ⅱ型糖尿病3例，冠心病1例，膝内翻畸形2例；常规治疗组合并吸烟11例，饮酒13例，合并足下垂畸形7例，高血压7例，Ⅱ型糖尿病1例，冠心病1例，双侧股骨头坏死1例。

本研究经山西医科大学第二医院伦理委员会审批［（2023）YX第（236）号］，患者均豁免知情同意。

1.2 手术方法

所有患者均由同一团队完成手术。患者全身麻醉或椎管内麻醉后取平卧位，常规下肢手术消毒、铺单。在患肢安置Ilizarov环形外固定器（北京瑞朗医疗器械有限公司）。小腿环形外固定器由5个环构成，小腿远端、近端各安置2环，中间安置1环，连接直径为4.0 mm的螺纹半针固定搬移骨段。在胫骨的远端、近端环分别交叉置入4枚直径为2.0 mm的克氏针和1～2枚直径为4.0 mm或5.0 mm的螺纹半针。胫骨中下段骨缺损的患者在胫骨结节下、胫骨上段骨缺损的患者在胫骨中下段取长度为1.0 cm的切口，用微创截骨器进行截骨。rhBMP-2试验组患者在胫骨截骨处置入剂量为1.0 mg的骨修复材料（rhBMP-2，杭州九源基因工程有限公司），常规治疗组患者不进行特殊处理，之后闭合截骨切口。

医师在术后第12日指导患者进行骨搬移操作，通过调整外固定器以完成对搬移骨段的缓慢牵拉，患者每日调整外固定器5次，每4 h进行一次调整，每日搬移长度合计5/6 mm。当搬移骨段到达对合端后开始进行“手风琴”治疗。具体操作方法为：对合端加压1周→暂停调节1周→牵拉2周→回缩2周，以促进对合端的骨愈合。直至患者达到拆除外固定器的标准[8]后再拆除外固定器。

1.3 术后处理

胫骨骨搬移术后第1日由本组医师指导患者进行患肢的功能锻炼，根据患者骨质疏松的程度鼓励患者早期下地活动，逐步增加负重。术后第4～5日换药时指导患者进行针道护理，告知患者出院后定期进行针道护理，预防针道感染。

1.4 随访计划及观察指标

患者从进行骨搬移开始，每2周门诊复查1次，根据情况拍摄X线片，观察牵张区骨痂的生成情况以调整牵拉成骨的速度，同时观察牵张区新生骨段的对位对线情况，以便及时调整。

1.4.1 骨愈合

X线片上观察到骨搬移区浓密的云雾状骨痂，且骨痂充满两骨端间横截面的85%以上，可以作为骨愈合的标准。

1.4.2 骨矿化速度[9]

使用骨愈合指数定量评价骨矿化速度。骨愈合指数=骨愈合时间/骨缺损长度。

1.4.3 患肢功能评估

末次随访时根据Ilizarov方法研究与应用学会（Association for the Study and Application of Methods of Ilizarov, ASAMI）标准[10-12]对患肢功能进行评估。该功能恢复评估标准包括活动恢复情况、疼痛程度、有无跛行、局部组织营养情况、膝和踝关节痉挛畸形角度及膝、踝关节活动度减少度数6个指标，分为优、良、可、差。①优：患肢术前主动活动均恢复，轻度疼痛或无疼痛，无局部软组织营养不良，无跛行，膝、踝关节痉挛＜10°，膝、踝关节活动度减少＜15°；②良：患肢大部分术前主动活动恢复，无疼痛或轻度疼痛，余下4项标准有1项不符合；③可：患肢部分术前主动活动恢复，轻度疼痛或无疼痛，余下4项标准有2项不符合；④差：患肢术前主动活动明显受限，疼痛严重需麻醉药物，余下4项标准有3项不符合。

1.5 统计学方法

采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。定量资料经统计学分析符合正态分布，用均数±标准差表示，并采用t检验进行两组间的比较；两组间定性资料的比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较

两组患者年龄、性别、骨缺损长度差异均无统计学意义（P＞0.05，表1），具有可比性。

表1 两组患者一般临床资料比较

2.2 两组患者随访结果比较

两组77例患者均获得随访。rhBMP-2试验组患者随访时间为7.3～53.6个月，平均（23.6±9.5）个月；常规治疗组患者随访时间为9.8～60.0个月，平均（30.0±14.5）个月。所有患者伤口均愈合。

2.2.1 骨愈合指数比较

rhBMP-2试验组患者骨愈合时间为88～588 d，平均（278.2±98.2）d，常规治疗组患者骨愈合时间为163～652 d，平均（350.5±129.3）d。rhBMP-2试验组患者骨愈合指数为（39.0±13.8）d/cm，常规治疗组患者骨愈合指数为（48.0±14.2）d/cm；rhBMP-2试验组患者骨矿化速度快于常规治疗组患者（t=-2.778，P=0.007）。

2.2.2 患肢功能比较

末次随访时ASAMI标准评估结果显示，rhBMP-2试验组患者患肢功能优21例、良16例、可4例、差3例，常规治疗组患者患肢功能优9例、良16例、可4例、差4例。rhBMP-2试验组患者患肢功能优良率为84.1%（37/44），高于常规治疗组患者的75.8%（25/33），但差异无统计学意义（χ2=0.835，P＞0.05）。

2.2.3 并发症发生情况

两组共38例患者出现针道反应，加强针道护理、减少运动量、提高换药频率后针道反应消失；2例患者下肢力线出现轴向偏移，调整环形外固定器后矫正；1例患者骨搬移治疗结束时发现对合端对位稍差，因对患者骨愈合的影响较小，未予特殊处理。

典型病例见图1和图2。

3 讨论

胫骨位于皮下，缺乏肌肉覆盖，在高能量损伤时极易发生开放性粉碎性骨折，合并感染和血管损伤概率也较高[13]。同时，滋养动脉是胫骨血液供应的重要来源，损伤后容易导致胫骨骨折块缺血坏死，形成死骨。在以上多种机制影响下，胫骨遭受外伤后较为容易形成迁延不愈的骨髓炎，此时较为可靠的治疗手段是通过手术彻底清除感染病灶、截除坏死骨段，但切除大段感染坏死骨组织后形成骨缺损的治疗比较棘手，手术后的骨修复过程也比较缓慢[14-15]。目前普遍认为骨搬移术是治疗长骨大段骨缺损的“金标准”[16]，可以有效解决这一难题，是一种广泛应用于四肢肢体重建的方法[17]。该技术的优势在于：①手术损伤小；②术后骨骼即刻得到稳定，可以早期下地负重行走；③后期可以通过骨搬移实现大段骨组织及周围肌肉、肌腱、神经、血管的再生。该技术的不足之处[18]是：①肢体血运差、高能量截骨、外固定不稳定等均会引起搬移区骨痂生成较慢，进而延缓了患者骨搬移术后的骨愈合，使得治疗周期变长；②骨搬移术后生成的新生骨段刚度不足，需要较长时间进行矿化，才能拆除外固定器；③矿化时间延长导致患者佩带外固定器的时间变长，这使得针道反应、软组织挛缩、踝关节僵硬等并发症发生率提高。因此，在骨搬移术治疗胫骨骨缺损的过程中，加速胫骨骨搬移术后牵张区骨痂的矿化，进而缩短患者佩带外固定器的时间以降低并发症的发生概率就显得尤为重要。

本研究随访结果显示，所有接受骨搬移术治疗的患者均获骨性愈合，说明骨搬移术治疗长骨大段骨缺损具有良好的临床疗效。本研究中，rhBMP-2试验组患者骨愈合指数（39.0±13.8）d/cm优于常规治疗组患者骨愈合指数（48.0±14.2）d/cm（t=-2.778，P=0.007）。有文献报道，实施胫骨骨搬移术治疗后微创截骨组患者骨愈合指数为（53.1±22.0）d/cm[19]，其骨愈合速度仍慢于本研究的rhBMP-2试验组患者。与同类型采用骨搬移术治疗胫骨骨缺损的研究相比，本研究中患者骨愈合速度较快，可能与胫骨截骨端置入的外源性rhBMP-2及进行“手风琴”治疗相关。BMP是一类多功能的生长因子，在骨修复过程中起到重要作用。有研究显示，在骨搬移过程中，骨搬移区组织成骨因子BMP-2的表达水平显著升高[20-21]，这可能说明血清BMP-2对新生骨痂的生成具有明显的促进作用。Floeikemeier等[22]在绵羊胫骨截骨端放入外源性rhBMP-2，观察到试验组牵张成骨的速度较快，治疗时间有所缩短。这与本研究中rhBMP-2试验组患者在胫骨截骨端置入外源性rhBMP-2能够促进骨搬移区新生骨痂的生成，从而加快牵张成骨速度的结论相一致。在使用Ilizarov技术治疗胫骨骨缺损的过程中，由于环形外固定器提供了轴向固定，能将断端的应力分散到外固定器上，不会像单边外固定器产生偏心固定，因此患者可以早期下地锻炼，在负重训练中较早的力学刺激可以加速患者骨搬移区的矿化，加之外源性rhBMP-2加快了患者牵张成骨的速度，这两者的共同作用加快了患者牵张成骨区域骨密度的改善，相应的骨愈合时间缩短，从而减少了外固定器佩带时间，缩短了患者的治疗周期。外固定器佩带时间的缩短同时也能够降低并发症的发生率，尽早恢复患肢的功能，这也极大减轻了患者的生理、心理和经济负担。综上，在应用骨搬移术治疗胫骨大段骨缺损时，在胫骨截骨端置入外源性rhBMP-2能够促进骨搬移过程中骨痂的再生，缩短骨搬移区新生骨段矿化的时间，从而缩短骨愈合的时间。

在整个治疗过程中，所有的患者均获得骨性愈合且无感染复发。其中，38例患者出现针道反应，国外研究报道针道反应的发生率为6%～40%。针道反应与患者身体状况、周围环境、肢体活动时产生的摩擦和压迫等均有一定关系，通常通过减少运动量、针道保护得到解决。2例患者的下肢力线出现轴向偏移，通常在搬移骨段矿化前通过调整搬移骨段力线得到矫正；1例患者在骨搬移治疗结束时发现对合端对位稍差，因对患者的整体力学与骨愈合影响较小，未予特殊处理。为了避免术后搬移骨段力线偏移，术中常规行正侧位X线透视确保胫骨力线与螺纹杆平行，以避免牵拉过程中牵拉骨段出现偏移。

本研究末次随访时两组均有较多ASAMI功能评分为可与差的患者。大部分为术前有踝关节创伤性关节炎、踝关节僵硬与重度骨质疏松，术后无法配合功能锻炼，导致末次随访踝关节功能较差。同时，本研究缺乏大量的病例及长期的随访，未来仍然需要高质量的多中心、大样本、前瞻性随机对照研究来评估其临床疗效。另外，关于rhBMP-2促进牵张成骨、加速胫骨骨搬移术后新生骨段矿化的具体分子机制还有待后续进一步的基础实验研究。

4 结论

应用骨搬移术治疗胫骨大段骨缺损时，在胫骨截骨端置入外源性rhBMP-2能够促进骨搬移过程中骨痂的再生，加速胫骨骨搬移术后牵张区骨痂的成骨矿化、缩短搬移区新生骨段矿化的时间，从而缩短骨愈合的时间，是骨搬移术治疗胫骨大段骨缺损的有效辅助治疗手段。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突