脛骨骨不連的研究進展

周正震 陳輝文 常思靈 孫永建

·綜述與講座·

脛骨骨不連的研究進展

周正震 陳輝文 常思靈 孫永建

近年來，世界各地骨科領域中對脛骨骨不連的研究呈現一種高熱狀態，成為醫學界廣泛矚目的焦點。但世界各地對脛骨骨不連的治療效果一直欠佳，究其原因一方面是因為各種方法的技術水平還未完善等，另一方面是因為脛骨骨不連的局部反應較復雜如骨髓損傷嚴重，血運差，斷端存在硬化反應等，第三方面就是傳統治療后的并發癥較多，如成骨作用差，骨折不愈合，神經損傷長期引發的疼痛等。本文重點闡述近幾年世界各地骨科領域中對脛骨骨不連的研究熱點及新治療方向等問題，包括從根本原因來分析脛骨骨不連形成的原因。最后總結分析為脛骨骨不連的治療提供新的思路和新的方向。

脛骨骨不連;髓內釘;骨搬運;骨形態發生蛋白;MiRNA

目前關于骨不連的定義是在骨折后6～9個月骨折仍未愈合，并且已經連續觀察3個月骨折沒有愈合跡象，即每次拍片骨折的縫隙和骨痂生長都與前次相同。骨不連的發生率一般為2%～7%。由于我國人口基數大，脛骨骨不連的發生率達到45%～65%。目前世界各地對脛骨骨不連的治療效果一直欠佳，本文從脛骨骨不連的危險因素到治療及研究各方面進行綜述。人口統計與經濟影響：2006年在美國的一份回顧性研究中發現，在853例脛骨骨折患者傷后24個月，發生骨不連的比率達到12%。這項研究還證實脛骨骨不連住院和門診服務的成本增加，以及與麻醉藥品使用增加的成本[1]。根據兩個1級創傷中心收集的一個前瞻性數據庫的回顧性審查，脛骨骨不連的患者也導致間接成本即顯著生產力的損失。在這份回顧性分析中，對已知治療結果的423例患者進行分析，有138例出現過骨不連。同59%出現骨不連的患者相比，72%的復合骨折患者在1年內回到工作[2]。見表1。

表1 脛骨骨不連患者增加的成本

1 分類

骨不連的分類沒有改變，無論是生物和機械特性必須評估每一種情況。最重要的生物因素是否合并感染。機械特性經常被描述為：(1)肥大型骨不連(缺乏穩定性)，(2)萎縮型骨不連(骨的生物愈合反應較差)，(3)不完全營養不良型骨不連(介于前兩者之間)。

2 危險因素

影響脛骨愈合的因素有：骨折的切開部位[3]，嚴重的開放性損傷[4]，感染[5]以及與患者自身密切相關的新陳代謝、內分泌系統和煙草[6]、藥物[7]均對患者的骨折愈合產生影響。其中感染對脛骨骨不連的形成有重大影響，一旦出現感染跡象，均需在手術前進行感染風險的評估。白細胞計數(WBC)、紅細胞沉降率(ESR)、C-反應蛋白(CRP)可精確預測感染風險。但在術中對脛骨骨不連部位進行準備活檢，仍是臨床診斷感染的金標準。另外現在對于骨組織的新陳代謝，人們對其的認識逐漸提高，并認為其將會是骨折治療的一個重要組成部分。另有研究表明血清25-羥維生素D不足(<30 ng/ml)或者缺乏(<20 ng/ml)是脛骨骨不連形成的危險因素[8]。而各個研究均表明吸煙可增加所有骨不連形成的危險，并且會阻塞小血管，增加感染的形成率。

3 治療

3.1 髓內釘治療脛骨骨不連 目前使用脛骨髓內釘是治療脛骨骨不連的一種常見方法。它通過截除骨不連部位廢用骨組織或骨痂，刺激骨不連部位的成骨細胞活性，達到骨生長的目的，即骨愈合。并通過髓內釘保證骨不連的部位穩定。脛骨髓內釘雖可有效治療骨不連，但給予愈合足夠時間的等待和耐心也是非常必要的。試驗表明，脛骨骨折及骨不連予以髓內釘固定后，給予不少于6個月的觀察期可顯著減少不愈合的發生率及二次手術率[9,10]。雖然目前脛骨髓內釘是治療脛骨骨不連的一種常見方法，但是其可出現截骨部分伴有骨不愈合及延遲愈合，乃至再發骨不連。并有過早負重帶來的斷釘風險。

3.2 骨搬運技術對脛骨骨不連的治療 骨搬運技術或稱為骨轉移，骨轉換，骨輸送技術。該技術是指對于骨組織和軟組織進行骨外固定技術修復。自從技術提出后，在世界各國得到迅速和廣泛的應用。Ilizarov骨搬運技術的基本原理為進行低能量截骨處理骨殘端后，使用外固定器,并逐步牽拉,將膜內化骨轉化為正常骨組織。臨床試驗結果顯示，給予骨缺損處以穩定的外部固定支持,導致骨缺損處相接觸和連接,然后慢慢牽拉,導致骨缺損的組織增強新陳代謝,細胞增殖活躍,生物合成功能改善,骨缺損的部位出現生長帶[11]。生長帶內的成纖維細胞轉化為膠原纖維，并且膠原纖維的取向和牽拉方向相同,膠原纖維中的骨母細胞轉化為骨組織,逐步進入骨小梁,后固定緩慢的骨化,血管壁中間產生活躍的平滑肌細胞,一種新型的毛細血管通過溝通與周圍血管分支血管吻合的組織,和擴展和周圍逐漸建立血液循環。同時，延長周圍的結締組織,肌腱、神經和皮膚生長變化,使骨缺損在一定范圍內得到擴展。這些變化導致的軟組織缺損骨在骨運輸期間逐漸萎縮小最后關閉,同時骨運輸血液運動過程中加強，感染逐漸得到控制[12]。

骨搬運技術一般會引起皮膚及軟組織嵌頓，且需要的時間較長，骨搬運的速度為1 mm/d，如果有75px的缺損，則需搬運30 d，然后還需要2倍搬運的時間(即60 d)讓新生骨組織充分礦化、堅強；期間需要患者及家屬的積極配合，會給患者造成較長時間的疼痛及生活不便。

3.3 骨移植對脛骨骨不連的修復 目前世界移植骨來源分別為自體骨、異體骨和人工骨，自體骨常用，人工骨少用。近年來世界各地對骨移植的研究表明其在某些方面具有不可逆轉的作用，尤其是在不負重區部位具有明顯作用。

自體骨移植時，需要根據缺損部位骨強度來選擇骨源，并要保證來源充足，且成骨細胞活性強，沒有明顯免疫反應。目前世界選擇的骨源主要有松質骨和帶血管腓骨兩種。一般臨床上少用單純皮質骨，雖然其早期有良好支撐作用等優點，但沒有明顯骨誘導能力。目前自體帶血管骨移植是骨不連治療的一個里程碑。對于脛骨骨不連，現在使用帶血管的腓骨移植較多，因為腓骨附帶的血管口徑粗，術中吻合方便。但其對供骨部位也將會產生不利影響，如結構的不完整。目前一般松質骨移植多會取自身髂骨，優點是安全，費用不高，另外移植后微血管的吻合和營養物質的滲透播散迅速[13]。缺點目前主要表現在會伴發一定時間的疼痛以及美觀上尚有不足。目前骨科領域關于自體骨移植的手術準確時間還未有明確觀點，但是有不少學者認為應盡早進行，目前這塊還缺少明確的研究。

異體骨移植可解決自體骨移植帶來的骨源問題，現在歐洲擁有良好的骨庫，異體骨大多被制備成為凍干骨和新鮮冷凍骨保存以備不時之需。雖然目前異體骨移植的研究還不是特別成熟，并且還伴隨著一些問題，如組織相容性弱，免疫反應強烈，但是它具有一定的骨傳導性及骨誘導性，其代替部分自體骨移植的功能已經是不可避免的。隨著研究的深入和科技的進步，其功能也會慢慢被發掘。

目前世界各地具體治療骨不連的方法包括保守治療、中醫治療、組織工程等，但是無論何種方法，在臨床上都不能做到十分完善。我們仍然在慢慢摸索治療骨不連的新思路和新方向。

4 研究熱點

4.1 骨形態發生蛋白(BMP)及BMP-9 BMP近幾年作為研究熱點為骨科醫生們所熟知，對于它的研究及其如何加強成骨細胞活性機制一直為人們所探討。BMP首次由Urist[14]從成人的骨組織中提取到，其具有730個氨基酸組成的富含半胱氨酸的前膠原c蛋白酶。但除BMP-1外，BMP家族均屬于TGF-β超基因家族成員，能誘導多種細胞的增殖、分化以及凋亡，尤其是在骨組織的修復過程中發揮著要的作用。其主要成骨作用以軟骨內化骨為主要方式，也以膜內化骨方式進行介導間充質干細胞(MSC)分化為成軟骨細胞和成骨細胞，進而促進新生骨的形成，包含了趨化期、分化期、骨質形成期和骨質重塑期四個階段。BMP-9作為其家族一員，目前已經被證實其是最強成骨活化因子之一[15]。但是其在骨骼系統中的成骨機制暫未完全闡明。目前已有研究表明多種細胞協同因子可加強BMP-9的成骨作用，包括：胰島素樣生長因子-2(IGF-2)、轉化生長因子-β1(TGF-β1)、全反式維甲酸(ATRA)、維甲酸等。并有人在小鼠的基礎實驗研究中證實BMP-9可促進軟骨內成骨。但是目前暫未有實驗或研究表示其在人體臨床試驗中有明確作用。但是BMP-9強效的成骨活性使其具有作為有效骨再生的研究潛質。

4.2 MiRNA MiRNA是單鏈小分子RNA，大約由22個核苷酸組成，對蛋白分子的表達具有調控功能，廣泛存在于動物和植物真核生物的細胞內。自從1993年以來，第一個MiRNA(lin-4)被發現后，將近二十年來，MiRNA研究領域發生了顯著的進步。已經有成百上千的MiRNA被研究者鑒定出[16]。生物信息學數據顯示，每個MiRNA可以調節數百個靶基因，這同時也從側面表明MiRNA調節了多種生物學信號通路甚至很有可能影響所有的信號途徑。越來越多的研究證明，MiRNA對成骨與成血管相關的轉錄因子和信號分子具有重要的調節作用，與各種信號通路一起，構成了干細胞成骨-成血管分化的調控網絡[17,18]。由于一個MiRNA可以調控數百的靶基因，因此，一個MiRNA便可以通過與多條成骨-成血管相關的信號通路作用，從而同時調控多種促進骨與血管生長因子的表達，使脛骨骨不連在手術治療后及時形成成熟穩定的血管并使完全修復脛骨骨不連成為可能。其中MiRNA-26a做為MiRNA家族的一員，其在骨發育或骨再生中起著關鍵的調節作用，促進成骨分化相關的關鍵性生長因子即基因Alp、Ocn 的作用發揮[19]。在國外已經有研究發現BMP/Smad通路的負向調節因子Tob1 在成年動物模型中抑制了骨形成，但對骨吸收無任何影響[20]。有研究報道，Tob1的缺失在雌激素誘導的骨質疏松模型中通過促進成骨細胞的增殖極大的促進了骨形成能力。我們了解到Tob1的非編碼區(3’UTR)存在miR-26a 的結合位點。雖然已經有數據表明MiRNA-26a可促進成骨細胞活性，但是還未見有明顯臨床報道。

目前世界各地對于骨不連的研究除了BMP及MiRNA家族外，還有細胞核因子κB、p15、整合素β1等因子。雖然目前都處于研究狀態，但是其作為治療骨不連的新方向，具有很大的研究意義。

綜上所述，脛骨骨不連的發生和發展極其復雜的，受多種因素的影響，其治療是非常困難的，沒有哪一種治療方法是完善的。但是目前對骨不連的研究已經取得了進展，乃至突破性的成績，甚至很多成果已經在動物實驗上取得了成功，就差最后的臨床研究數據。雖然這還有很長的一段路要走，有待進一步的研究。但是新思路和新方向給予臨床和科研一個思考和研究的方向，也提供了更廣闊的研究空間，對骨不連的臨床治療具有重要指導意義。而且所有的新思路和新方向都不是孤立存在的，將其整合聯系起來，才會是真正有效的存在，具有不可估量的意義。現在骨不連的發生率仍然持續較高，是臨床上常見問題，個人通過以上總結，希望各位骨科醫師以后面對骨不連時，能夠更加從容面對。

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