胸壁重建材料的應用現狀及進展

王占磊 金健

【提要】 胸壁重建是胸部外科手術后，修復受損胸壁結構，恢復胸壁正常功能的一種常用手段。當前，自體皮瓣已成為胸壁軟組織重建公認的一種理想材料，但關于胸壁骨架重建材料的選擇仍存在較大爭議。除自體骨骼以外，非可降解材料是臨床應用較多的一種胸壁重建材料，具有良好的組織強度及穩定性，且并發癥較少。同時，隨著胸壁重建材料研究的持續深入，生物可降解材料成為了臨床應用試驗及胸壁重建材料性質改良研究的新熱點，其中3D打印可吸收材料具有較高的臨床可行性。本文主要就胸壁重建材料的應用現狀及進展展開綜述。

胸部手術后胸壁缺損會直接影響患者預后。一般情況下，胸壁缺損面積較小，可直接縫合；若胸壁缺損面積較大、組織層次較多，就需通過皮瓣移植或骨架重建修復胸壁結構。另外，若胸骨被大部分切除或肋骨缺損4 根及以上，應優先考慮骨性重建，以此來修復胸壁結構的完整性，增強骨架支撐強度，加強對縱隔結構與胸腔內臟器的保護，保證呼吸通暢。

1 胸壁軟組織重建

臨床重建胸壁軟組織的主要目的是閉合創面、去除死腔、修復胸壁的完整性[1]。針對受損嚴重的多層組織創面，需要使用較多的軟組織進行胸壁重建，而游離皮瓣、帶蒂皮瓣、網膜瓣等自體皮瓣是胸壁軟組織最為理想的重建材料[2]。選擇自體皮瓣時，要重點考慮軟組織的量與血供。當前，臨床應用的帶蒂皮瓣多為胸腹、背闊肌、胸大肌等部位的皮瓣組織，可覆蓋大面積、深層創口，為重建區域提供豐富的血供，能夠滿足接近80%的手術需要[3]。在臨床實踐中，若無法獲取帶蒂皮瓣，可使用游離皮瓣進行胸壁軟組織重建，如闊筋膜張肌皮瓣、股前外側及肩胛旁皮瓣等，并通過血管吻合在供、受區之間建立新的血運聯系，減少蒂長短對皮瓣選擇的限制。此操作雖較為復雜，但允許兩組術者同時進行游離皮瓣移植操作，故能縮短手術時間，在保證供區組織縫合良好的情況下，可有效減少術后不良反應的發生[4]。另外，網膜瓣作為胸壁軟組織重建中的一種新型輔助材料，可用于大面積胸壁缺損的治療，能夠更加全面地修補缺損縫隙，減少空腔的發生，比肌皮瓣具備良好的抗感染能力。

2 胸壁骨架重建

2.1 自體或同種異體骨骼

自體骨骼是最早應用于胸壁骨架重建中的一種移植材料，具有良好的生物相容性，既可提供大量的成骨細胞，也能夠提供各類生長與促生長因子。同時，由于自體骨骼本身具備骨膜，可充分刺激新骨的形成與生長，加快愈合[5]。在實際應用中，可依據骨骼具體形態，根據胸壁骨架重建對強度的要求，選擇肋骨、髂骨等作為供區。同種異體骨骼移植雖不必考慮如上限制因素，可提供充足的骨量，且不會產生新的創傷，但較自體骨骼而言，異體骨骼在生物相容性方面的表現相對較差，需通過組織配型減少排斥反應，在移植過程中還存在較大的交叉感染風險[6]。此外，異體骨骼因來源十分稀缺，價格也非常昂貴。

2.2 非可降解材料

目前，金屬材料在胸部骨架重建中運用廣泛，而鈦合金是胸壁重建中應用最為廣泛的一種材料。鈦合金重量較輕，既耐腐蝕，也耐摩擦，具有良好的可塑性和生物相容性[7]，可代替缺損骨骼或作為支架與肌肉皮瓣、補片等合用。同時，在核磁共振（MRI）、CT 等影像學檢查中，鈦金屬移植物的顯像十分清晰，受偽影影響較小，十分有利于隨訪評估[8]。但由于鈦合金板與骨骼斷面無法實現真正意義上的“融合”，因此，在長期應力作用下，極有可能發生斷裂。這種斷裂在已有瘢痕組織形成的情況下，癥狀并不明顯，但若胸部有長期疼痛的表現，就極有可能需要再次手術移除[9]。

聚酯類、聚丙烯、聚四氟乙烯等熱塑性樹脂材料也是胸壁骨架重建常用的合成材料之一，可滿足不同強度的胸壁骨架重建需要。但在實際應用中仍存在一些問題[10]。聚丙烯等單一合成材料，常因強度不足而無法維持正常穩定的胸壁結構，臨床上常會選擇在聚丙烯補片結構之間，增加一層甲基丙烯酸甲酯“黏合劑”，形成一種類“三明治”結構的復合材料[11]，此種結構的復合材料通過高溫處理，強度會大大提升，可有效抵抗各種應力作用，即使外層結構在外力作用下發生斷裂，中間結構仍可維持良好的穩定性[12]。由聚四氟乙烯制作而成的補片因具有較強的張力性、柔軟性和允許組織長入的特點，是目前廣泛應用于人體的生物植入材料[13]，但有研究指出，聚四氟乙烯的感染發生率要明顯高于聚酯類、聚丙烯等其他合成材料，常需要再次手術進行摘除[14]。與這些材料相關的并發癥，如繼發性傷口感染、血腫形成、拉伸強度不足以保護胸腔內臟器等，使其應用受到限制。

當前，非可降解材料在胸壁重建中的應用是否具備較高的感染風險，仍存在較大爭議，但專家共識明確指出，非可降解材料不適用于如下幾種情況的修復：污染創面、感染嚴重創面和放療后的創面[15]。

2.3 生物可降解材料

非可降解材料在胸壁骨架重建修復過程中雖已得到有效應用，但術后并發癥等問題并未得到有效解決。重建材料的主要作用是幫助患者保留、修復正常的胸壁功能，手術創傷完全愈合后，異體材料就無存在的必要，且會增加并發癥風險[16]。因此，生物可降解材料成為研究的對象，認為該種材料在胸壁骨架重建中，能夠為新生結締組織提供可靠的附著骨架，置入人體后，可發生如下變化：①植入體內后，可立即發揮機械支撐作用，維持正常的呼吸運動；②隨著新生纖維組織的生長，可同時作為新生細胞的附著支架與纖維組織成型的支撐[17]；③當生物可降解材料被充分降解或部分降解后，剩余部分會與人體組織相融、重塑，新生結締組織與創面愈合組織均被完全包裹，形成了新的支撐結構。根據生物可降解材料的成分，具體可分為人工合成材料與生物材料兩種[18]。

聚對二氧雜環己酮是人工合成材料的主要成分。自20 世紀90 年代起，就有聚對二氧雜環已酮相關的使用報道。Qin等[19]的動物實驗結果顯示，無論單獨使用，還是與其他材料合用，與非可降解材料相比，生物可降解材料在胸壁骨架重建中的應用優勢已十分突出。

通過脫細胞處理的真皮是生物材料的主要成分，根據其來源不同，大致可分為兩種：一種是自體來源的人脫細胞真皮基質，另一種為異體來源，主要是豬/牛等脫細胞真皮基質。在胸壁骨架重建中，將生物材料植入到人體內，可快速地再血管化，重新塑形，最終融于自體組織結構，具有較強的抗感染能力，并且可有效防止組織粘連[20-21]。同時，具備上述特點與應用優勢的脫細胞真皮基質在胸壁骨架重建中，可有效彌補非可降解材料的不足，突出表現為可覆蓋污染傷口或接受過放療的組織，效果與安全性均得到臨床肯定。

生物材料通過與原有胸壁組織的有機融合，組織粘連與炎癥發生的風險較低，在胸壁骨架重建中的安全性與臨床應用價值均受到高度肯定。當前，有關報道中顯示的短期并發癥以血腫形成較為常見，長期并發癥尚不明確[22]。同時，由于生物材料是否可降低并發癥發生率缺乏大量數據的支持，故尚未廣泛用于胸壁重建，其可行性仍待證實。

3 3D 打印材料在胸壁重建中的應用

胸壁缺損因面積大小及缺損程度、位置各不相同，經統一標準化生產的制式耗材無法滿足各類患者對胸壁形態恢復的個性化要求，且會增加胸部重建手術的操作難度[23]。與傳統的制式鈦合金耗材相比，3D 打印鈦合金裝置能夠滿足不同胸壁重建手術對胸壁修補材料形狀與尺寸的要求，因此，該技術手段在胸壁重建中得到迅速普及。張豪等[24]采用3D 打印技術，將鈦合金肋骨用于胸壁重建中，手術十分成功，胸壁重建效果良好。利用3D 打印技術可定制出與原始肋骨高度相似的肋骨段曲率，能夠充分符合手術需求與患者要求，并且可與殘余肋骨組織牢牢固定。同時，為獲取更加良好的美容效果，術中還選擇背闊肌皮瓣重建胸壁軟組織，這是其他非定制胸壁重建方法無法實現的，可有效保證胸壁功能與外觀的完整[25]。有研究報道了3D 鈦合金植入物的開發和臨床應用，該植入物可重建胸壁大部并保持胸廓的完整性[26]。經長期實踐發現，3D 打印鈦合金材料用于胸壁重建，安全性較高。一方面，術后移位、脫位的發生率較低；另一方面，正常的肺部呼吸不會導致種植體與胸壁發生摩擦，可有效避免局部胸壁出現血腫與損傷等情況。同時，3D 打印鈦合金材料重量較輕，術后不易形變，能夠有效抵抗胸壁自身的重力與呼吸、牽拉引起的張力[27]。

4 新材料用于胸壁重建的探索

當前，聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）在3D 打印胸壁重建中的應用已成為了新的研究熱點，該種材料屬于多芳烴半結晶熱塑性聚合物，不僅具備較強的穩定性，在生物力學及生物相容性等方面也具有突出優勢。與金屬植入物相比，PEEK 的彈性模量更低，且與皮質骨的機械強度十分相近[28]。同時，在X 線、CT、MRI 檢查時，PEEK 具備較強的兼容性，可有效消除CT、MRI 檢查過程中由各種金屬成分產生的偽影。另外，PEEK 的生物惰性也相對良好，且不具有致敏性[29]。另有研究顯示，PEEK 種植體的重量較輕、更加靈活，與胸骨、肋骨的彈性、拉伸強度均十分相近，彈性模量較低，在胸壁重建中具有多種應用優勢[30-32]。

當前，PEEK 已得到美國食品藥品監督管理局（FDA）的認可，被廣泛應用于牙科與整形外科。同時，有研究利用PEEK 進行脊柱融合[33]；有研究應用PEEK 成功完成了顱骨成形術；有研究基于熔融沉積成型原理，利用3D 打印技術制造出了仿生人體內踝。結果顯示，PEEK 于3D 打印前后并未產生明顯的化學變化，且細胞相容性良好。目前，胸外科應用PEEK 進行3D 打印胸壁重建的相關研究與報道較少，仍處于探索階段。

但在實際應用中，PEEK 仍然具有局限性，主要表現為以下幾點。①當前研究僅將3D 打印PEEK 應用于胸壁重建中，并未與使用3D 打印鈦合金肋骨進行胸壁重建的患者進行療效比較。②與PEEK 比較，采用鈦合金材料進行胸壁重建患者表現出的細胞增殖、血管生成及骨塑性與成骨過程更為明顯。早期胸壁重建的穩定性多以機械固定的方式實現，但后期胸壁重建的穩定性主要由周圍骨與軟骨組織的生長而決定。③3D 打印PEEK 材料的韌性、低彈性模量與拉伸強度，與胸骨、肋骨十分相似，不會對胸部運動造成較大的限制。當前已有研究的隨訪時間僅延續到胸壁重建術后的6～12 個月。因此，需在未來研究中，對3D 打印PEEK 材料在胸壁重建中的療效與副作用進行更長時間的隨訪。④當3D 打印PEEK 植入物放入因胸壁腫瘤切除前胸壁的患者體內后，患者在睡覺或身體傾斜的過程中，后胸壁會承受更大的壓力[34]，針對PEEK 植入體是否能夠有效修復后胸壁缺損，需展開更加深入的研究。

綜上所述，自體骨骼具有良好的生物相容性，不易引發術后感染，多數情況下無需移除移植物，是腫瘤切除術后胸壁重建的一種理想材料，但受材料來源有限、強度不足等因素限制。因此，可選擇人工合成材料與自體皮瓣或生物可降解材料相結合的方式，進行胸壁骨架重建，以減輕患者疼痛，降低術后感染等并發癥風險。同時，要不斷加強生物可降解材料安全性方面的探索，以便更加客觀評估其在胸壁骨架重建中的應用可行性。另外，應持續加大3D 打印技術與3D 打印可吸收材料的應用研究，將重點放在利用3D 打印技術制作解剖模型方面，制定詳細的手術方案，滿足患者定制個性化植入物的需求，將圍手術期的風險降到最低，改善患者預后。以3D 打印為代表的新技術已得到臨床高度重視，盡管其在當前胸壁重建中的應用相對有限，但隨著理論實踐的增加，前瞻性研究的開展，3D 打印技術具備十分廣闊的應用前景。