开放性骨折修复：创面感染、植入物选择及预后评价

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.26.030

摘要/Abstract

摘要：

背景：开放性骨折多伴随软组织损伤严重甚至缺损、高风险感染、骨折骨缺损等特点，往往导致修复术后并发症多、肢体功能受限，给临床治疗带来极大困难，修复此类骨折的方方面面也因此存在着一些争议，相对应的动物实验以及临床研究成为近年来研究的热点。
目的：综述近年来关于开放性骨折修复方面存在的一些争议以及与之相对应的最新研究进展。
方法：第一作者应用计算机检索2005年1月至2015年1月PubMed数据库、中国知网等中英文期刊全文数据库相关内容文章，英文检索词“Open fracture，Evaluation and prognosis of injury，Antibiotics，Debirdement，Treatment of fracture，Wound repair”；中文检索词“开放性骨折，损伤及预后评估，抗生素，清创，骨折治疗，创面修复”。共检索到100余篇相关文献，47篇文献符合纳入标准。
结果与结论：经过大量动物试验以及临床应用，开放性骨折的清创、预防感染、植入物选择及预后评价等方面的研究也越来越深入，尤其是治疗骨缺损的植入物研究方面，金属3D打印机的出现改变了传统植入物的观念，纳米二氧化钛/PEEK生物活性复合材料等骨代替材料也成为近年的研究热点。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 植入物, 骨植入物, 开放性骨折, 植入物选择, 预后评价, 清创, 预防感染

Abstract:

BACKGROUND: Open fractures often present soft-tissue defects, high-risk infection, and fracture with bone defect, often lead to more postoperative complication, defect of limb function, and bring great difficulties to clinical treatment. There is some controversy in the treatment of such fracture. Relevant animal experiment and clinical study become the hotspot in recent years.
OBJECTIVE: To review some controversy about open fracture treatment and latest research.
METHODS: A computer-based online search of China National Knowledge Infrastructure database and PubMed was performed for articles published from January 2005 to January 2015. Key words included “Open fracture, Evaluation and prognosis of injury, Antibiotics, Debirdement, Treatment of fracture, Wound repair”. More than 100 literatures were retrieved, and 47 articles met the inclusion criteria.
RESULTS AND CONCLUSION: After a large number of animal experiments and clinical application, open fracture debridement, prevention of infection, implant selection and evaluation of prognosis had been deeply studied, especially the study of implant treatment of bone defects. Metal three-dimensional printer has changed the traditional concept of implant. Nano titanium dioxide /PEEK bioactive composite materials have become a hot research in recent years.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Fractures, Open, Prostheses and Implants, Debridement

中图分类号:

R318

马翔宇，王东. 开放性骨折修复：创面感染、植入物选择及预后评价[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(26): 4258-4264.

Ma Xiang-yu, Wang Dong. Open fracture repair: wound infection, implant selection and evaluation of prognosis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(26): 4258-4264.

图/表（结果） 3

2.1 损伤及预后评估

2.1.1 开放性骨折的分类目前最常用的分型方法仍然是Gustilo和Anderson于1976年提出的分型方法，这种方法后来又经过Gustilo进行修订而逐步完善，得到了众多临床医师的广泛认可，给临床医师判断损伤及制定治疗方案提供了标准。这种方法将开放性骨折分为3型：Ⅰ型是指创口< 1 cm，非粉碎性骨折且局部污染程度轻；Ⅱ型是指创口> 1 cm，骨膜剥脱程度轻，中等程度的软组织损伤，无皮肤撕脱；Ⅲ型为高能量损伤，又分为3个亚型，ⅢA型伤口污染较重，软组织损伤广泛，但清创后仍有足够软组织覆盖；ⅢB型损伤程度与ⅢA型类似，但清创后软组织不足以覆盖创面，需行皮瓣移植等修复创面；ⅢC型则伴有动脉损伤需行修复。这种分类方法将重点放在了软组织损伤程度与污染程度两个方面，但是在实际情况中这种依靠皮肤损伤程度的分型并不能完全反映实际损伤情况，因为这种方法参照因素过多，各个因素之间相互也不一致。在临床中应对对开放性骨折时，除了应了解皮肤损伤之外，还应了解伤口的整体情况，如皮下软组织损伤情况，尤其是血管以及神经等的损伤情况。

国内学者朱伯通在结合自己研究后，按创口大小、软组织损伤程度、污染程度和骨折端外露情况，也将开放性骨折分为3型：Ⅰ型是指皮肤被自内向外的骨折端刺破，创口< 3 cm且无骨折端外露，软组织挫伤及污染轻微；Ⅱ型是创口大小在3-15 cm之间，且伴有骨折端外露，软组织中度损伤、污染明显；Ⅲ型是指创口大于15 cm，骨折端外露，软组织毁损严重，常合并神经、血管损伤及污染。由此不难看出，软组织的损伤程度与预后密切相关，因此开放性骨折的分型显得尤为重要，所以，分型不应在急诊室初诊时确定，而应在手术室对伤口行清创探查后确定。

2.1.2 预后简单评估在判断其损伤程度时，应遵循“先全身后局部”的原则，首先观察患者生命体征，排除可能危及患者生命的因素，然后再检查并记录局部神经、血管、肌腱等的损伤情况，记录完之后才对伤口行无菌敷料包扎，并初步应用抗生素以及破伤风抗毒素，最后再根据病史及体征完善辅助检查明确骨折补位及类型^[2]。Gustilo等^[3-4]分别对84-1 104例开放性骨折病例组分析，发现Ⅰ型发生感染率为0-2%，Ⅱ型为2%-5%，ⅢA型为5%-10%，ⅢB型为10-50%，ⅢC型为25%-50%。Bowen等[5]进一步研究发现，患者若为高龄或有吸烟史，以及合并糖尿病、肺功能差、免疫功能低下、恶性肿瘤等不良因素时，将明显增加术后感染概率，存在3种不良因素的情况下，感染率甚至高达31%。

目前，众多临床医师和学者都认可的说法是，早期对开放性骨折进行分类并评估患者骨骼及软组织损伤程度，有助于早期制定正确的治疗方案，减少术后并发症的发生^[6]。事实上在创伤初期对损伤进行客观准确的评估一直是创伤科的难题，目前所有的评分及分型方法很难对Ⅲ型开放性骨折预测其保肢率，Rajasekaran等^[7]通过Ganga评分发现其比MESS评分相比更具特异性和敏感性，相关论文发表在JBJS杂志上。

2.2 合理应用抗生素 感染是开放性骨折最主要的并发症之一，在早期应用抗生素并彻底清创的前提下，仍存在感染的风险。有学者做过相关研究，开放性骨折早期使用抗生素可使感染概率降低59%[8]。因此在过去，无论哪种类型的开放性骨折，均主张清创前后常规应用抗生素。

但是近年来却有不少人对其实用性及可靠性提出质疑。Zalavras等[9]通过临床研究发现，清创前培养阴性患者最终感染发生率为8%，而培养阳性者却只有7%，相对的，清创后培养阳性者则高达25%，因此不推荐清创前后常规应用抗生素。这表明污染的开放性骨折，会培养出多种细菌，但不一定导致伤口感染。在Nanchahal等^[10]的研究结果中进一步显示，开放性骨折部位最终感染多由院内细菌所引起，如革兰阴性杆菌和革兰阳性葡萄球菌。值得注意的是，近年来耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌感染发生率有上升趋势^[11]，已经有国外学者主张预防性应用万古霉素来降低耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌感染的发生率^[12]。甚至在Baliga等^[13]的研究中发现，在某些部位的开放性骨折，即使清创前后均不应用抗生素，也不会增加术后感染概率。

抗生素的应用的持续时间也存在争议，大多数学者认可的方案是：初期使用3 d，之后再行手术治疗后再加用3 d，此后的应用则参考化验及培养结果。但是也有人主张仅用1 d抗生素，因为前瞻性随机双盲对照研究结果显示，应用1 d抗生素的效果与5 d的效果相似，并不会增加感染发生率。关于抗生素应用的时机，Fletcher等[14]的研究显示，在伤后3 h内给药感染率仅4.7%，而3 h后给药会使感染率增加到7.4%。而Collinge等[15]通过制定一种改良抗生素使用方案后，发现伤后 1 h内充分利用广谱抗生素可以减少患者术后感染的发生率。

到目前为止，仍没有统一的抗生素用药方案，AO《抗生素使用指南》给出的建议是：对GustiloⅠ、Ⅱ型骨折，使用第1代或第2代头孢类抗生素，时间不超过   1 d；对Ⅲ型骨折，给予第3代头孢类抗生素、阿莫西林或舒巴坦，时间不超过5 d；对潜在粪便污染骨折患者，给予3代头孢类抗生素加甲硝唑、呱啦西林[^16]，这也是到目前为止临床应用最为广泛的方案。但Okike等^[17]推荐的方法是，每8 h静脉使用头孢唑林1 g，直至伤口关闭后24 h，对Ⅲ型开放性骨折应同时联用庆大霉素或氧氟沙星，合理应用抗生素可以很大程度避免抗生素滥用的情况，同时又不降低防治感染的能力。

近几年来，开放性骨折局部应用抗生素来预防感染成为研究热点，这种方法可以使伤口局部产生较高的抗生素浓度，而全身抗生素浓度则维持在较低的水平，降低了全身应用抗生素的毒副作用^[18]。Ostermann等[19]通过研究1 085例开放性骨折患者，发现清创后伤口内放置药珠并结合全身抗生素应用，使感染率由12%降至3.7%。Murray[20]及其同事应用节段性缺损合并金黄色葡萄球菌感染的大鼠试验后发现，生物性可吸收的抗生素凝珠临床效果要优于聚甲基烯酸甲酯链珠(PMMA)。近年来，其他方式的局部抗生素疗法，如含有抗生素的骨组织或骨代替材料移植，以及抗生素涂层的髓内钉等，在动物实验中已充分表明其临床潜力^[21]。过去，Ⅲ型开放性骨折的治疗是严禁髓内钉固定的，但是目前髓内钉固定已成为Ⅲ型A、B骨折可接受的手术方式，这种带抗生素涂层的髓内钉，不仅可减少深部感染发生，而且可取代外固定架的统治地位，方便临床管理，患者也容易接受，2011年带抗生素的新一代髓内钉(Expert Tibial Nail PROtect)已开始在临床上使用，目前其效果已获得初步肯定[22-23]。Penn-Barwell等[24]通过对大鼠股骨缺损局部抗生素应用进行研究，发现在全身抗生素浓度降低至一定程度时，局部应用抗生素可以获得最为满意的降低感染率效果。但是局部抗生素的治疗，由于手术方式各异，缺少足够临床证据支持，还没有广泛认可其效果，目前只能作为全身抗生素的辅助治疗，还不主张单独使用。

2.3 清创处理原则 对开放性骨折行急诊手术治疗在以前是无可争议的，6 h手术的原则在经过动物实验验证和长期临床实践后得到了广泛认可，普遍认为6 h内行清创手术，会极大降低术后发生感染的概率。Kindsfater等[25]也通过研究表明，5 h内手术发生感染的概率仅有7%，远低于5 h后高达38%的手术感染率。但是现在，“6 h原则”成了极具争议的话题[26]。近期有学者认为，“6 h原则”可能是受到了其他因素的干扰，Al-Arabi 等[27]通过对237例长骨开放性骨折患者术后感染的研究，发现6 h前后手术的感染率分别为7.8%和9.6%，在统计学上差异并无显著性意义。Weber等[28]也通过对736例开放性骨折患者进行长期随访分析后，发现感染发生率与手术时间并无相关性。还有少数学者提出，对轻型开放性骨折，不必要行手术清创，因为开放性骨折后就预防感染而言，损伤后清创的时间与其他因素相比显得不那么重要，例如彻底的冲洗伤口和软组织缺损修复等。

但是如若不对创口行清创处理，则很难判断开放性骨折的严重程度，从而影响治疗方案的制定。到目前较为一致的说法是：彻底的清创术仍是对各种类型开放性骨折的标准治疗方法，虽然轻型开放性骨折行清创术可能显得没有必要，但仍需进行手术清创，以便明确骨骼及软组织损伤情况，进而指导下一步的治疗方案^[29]。

对伤口的冲洗是清创术的重要环节，可以去除伤口内异物、碎屑、凝血等，同时减少伤口内细菌数量，伤口冲洗是开放性骨折后预防伤口感染的重要步骤，临床常用“大量冲洗”等词汇，但很少有资料标明准确的冲洗量。目前国内外常用的冲洗液一袋为3 L，Anglen[30]推荐，依照Gustilo等[3-4]提供的分类方法，Ⅰ型用1袋   (3 L)，Ⅱ型用2袋(6 L)，Ⅲ型用3袋(9 L)，但是这种冲洗量尚需进一步大样本临床试验分析其效果。常用的冲洗液有生理盐水、洗涤液、庆大霉素液、联合应用抗生素液和肥皂液等，其中生理盐水是最常用的冲洗液，可单独使用，也可加入碘伏、抗生素、肥皂液等使用，其他类型的冲洗液也各有其优缺点。目前常用的冲洗方法有高压脉冲冲洗、高压脉冲灌洗等。

对于范围较大的伤口，必须暴露其骨折端并检查有无异物，当有骨折端穿出皮肤时应将其保留在原位并覆盖以无菌敷料，突出的骨折端在放回肢体内部钱必须彻底清洁并大量冲洗，为此可能需要扩大创口，以便能检查深部组织和骨折端，包括髓腔在内。清创主要包括的步骤有伤口探查、清除异物以及切除严重污染和失活的肌肉。

2.4 骨折的固定 骨折的复位与固定是治疗开放性骨折的中心环节，骨折的处理除了具有恢复骨骼正常解剖关系、促进骨折愈合、实现肢体早期功能锻炼以及促进功能恢复的一般目的之外，对于开放性骨折来说更有特殊意义，如消除骨折端对皮肤潜在威胁、减少污染扩散、便于损伤的软组织修复等。

骨折固定方式的选择，取决于骨折的类型和位置(关节内、干骺端或骨干)、软组织损伤范围、污染严重程度以及患者生理状态等。值得注意的是，无论采用哪种内固定方式，都必须保证内固定物有良好的软组织覆盖。对近关节开放性骨折，一般采用钢板固定；对上肢开放性骨折，多采用钢板固定；对下肢开放性骨折，则多采用髓内钉固定。对污染严重、伴随明显骨缺损、多阶段开放骨折者，多采用外固定架固定。

具体某一节段的骨折采用哪种固定方式目前尚无定论，而且对于同是下肢骨折的股骨和胫骨来说，髓内固定的方式也不尽相同。对于股骨干开放性骨折来说，普遍主张应及时行扩髓后髓内钉固定，这是由于股骨骨折部位大多有丰厚的肌肉组织包围，血液循环好供应充足，而且对骨折的固定要求也较高，因此可采用扩髓髓内针固定，但是Keating等[31]的前瞻性随机对照研究纳入88例开放性骨折，结果显示扩髓组与非扩髓组在术后感染及骨折不愈合率等差异均无显著性意义，只是在扩髓组发生螺钉断裂的比率要少。对于胫骨开放性骨折来说，20世纪80年代后期，多主张采用外固定，到20世纪90年代有学者认为，不扩髓髓内钉固定的方法，要优于外固定，骨折畸形愈合率及感染率也远低于外固定   架[32]，而且，不扩髓髓内钉患者术后易于管理，患者也更容易接受，Esan等[33]最近的一项研究也证实了这一结论。对于外固定架患者转为内固定的时间间隔，目前尚存争议，有文献报道提示5-14 d相对安全，若存在钉道感染，外固定架应一直保持到骨折愈合[34]。

近来也有学者认为，对于Ⅲ型开放性骨折行分期手术是完全可行的。Alsan等[35]通过研究证实，对于Ⅲ型开放性骨折一期行血管修复、软组织闭合，二期(15 d)内行钢板或者髓内针等内固定术治疗骨折，可以减少感染的发生率并且避免了使用外固定架，减少了术后并发症发生率。

骨质的缺损修复过去主要依靠骨移植和骨搬移两种方法，一般认为手术时间最好在伤口闭合之后2周后进行，若行皮瓣移植，则应推迟到皮瓣完全成活之后进行，一般为6周后。Gustilo等[3-4]研究认为，伴有严重粉碎骨折块、骨缺损或骨膜广泛剥离的Ⅲ型开放性骨折若3-6周后行X射线检查仍无早期骨痂形成，应尽早植骨；若持续至12周仍无骨痂形成，则必须植骨。

近年来骨缺损的修复研究达到了新的高度。金属3D打印机(Additive Manufacturing)的出现，使得可以直接打印出可置入人体的内材，而且具有个体化、精准化、微创化的鲜明特点(图2，3)，2014年3月7日和4月3日，在解放军第四军医大学西京医院骨科，由郭征教授带领的团队成功将3D打印技术制作的钛合金假体分别置入3名骨肿瘤患者体内，目前患者躯体外形和功能皆得到满意恢复。但是3D打印材料是否会在长期使用中与人体组织发生相互作用而产生毒素，还有待观察[^36]。

此外，纳米二氧化钛/PEEK生物活性复合材料作为骨代替材料的研究也在悄然兴起，被称之为“21世纪最有前途的生物材料”，有学者在体外研究中发现这种材料比光滑的PEEK在初期更能附着原始成骨细胞^[37]。Mason等^[38]对一个开放性距骨骨折造成骨缺损的3岁小女孩移植了聚乙醇酸和透明质酸制成的可吸收产品后进行跟踪随访，发现3年后患者骨缺损取得了满意的恢复，这在世界上尚属首例。另外，可降解镁合金的应用已进入了临床试用阶段，镁作为人体常量元素，具有其他生物材料难以相比的生物相容性和综合力学性能，其密度与骨组织接近，有利于保持骨骼力学完整性[39]。

骨搬移技术是由Llizarov在1950年首先倡导并使用的技术，包括环形外固定、骨延长、骨搬移3种具体方法，从诞生至今已在临床广泛应用，是治疗骨缺损、骨不连、骨感染等最有效的方法，其效果也得到广泛认可，目前临床研究热点多为其衍生技术以及与其他技术的联合应用。

2.5 创面修复 创面的修复在开放性骨折的治疗中也是至关重要的，在最近的十几年中，针对软组织缺损有好几种软组织再生方法如皮瓣移植等技术，但是还有许多病理生理学问题依然存在，从而影响患者术后肢体功能恢复。Garg等[40]通过对Ⅲ型胫骨开放性骨折患者导致软组织缺损进行长期随访研究发现，在骨折愈合甚至长达18个月后，软组织缺损尤其是肌肉肌腱损伤等会导致长期甚至终身难以恢复的肢体功能受限。

传统的观点认为，开放性骨折的伤口应延期缝合，以防止伤口感染，这种观点仍普遍被人们所接受。但是随着临床和实验研究的进展，人们开始考虑在适当的清创后应早期缝合开放性骨折的切口，因为伤口延期缝合为院内细菌的侵入提供了条件，因为有不少资料已经证实院内细菌才是开放性骨折感染的主要来源，因而，早期闭合伤口的效果明显优于晚期关闭伤口的效果[41]。

伤口闭合的方法有直接缝合、中厚游离植皮、局部或游离皮瓣移植等，选择最佳的方案取决于创面大小的位置，合并其他损伤与患者全身情况以及患者对功能要求程度等因素。Franken等[42]主张对有软组织缺损的ⅢB型骨折采用了急诊一期吻合血管的游离组织移植术，这种方法可以降低术后感染率，缩短住院时间，促进骨折愈合，有利于肢体功能的恢复，最重要的是降低了游离组织成活的失败率。Rajasekaran等[43]提出一期闭合伤口的标准为：清创术在伤后12 h内完成；没有原发或继发的软组织缺损；局部能无张力缝合；无水沟污泥污染的农田伤；清创彻底；没有肢体供血不足。作者认为，由于开放性骨折多伴软组织严重损伤，伤口一期清创难以彻底，对组织失活程度、受损程度也不容易评估，所以，在二期甚至多次清创术后再行闭合创面是最为稳妥的方法。

近年来，负压封闭引流装置在处理开放性骨折方面应用广泛(图4)，其效果也得到了临床验证[44]。赵敏等[45]通过随机对照发现，一期内固定联合负压封闭引流在治疗Ⅲ型开放性骨折时骨折愈合、创面愈合时间要明显优于传统的二期植皮或皮瓣移植。这种方法既可以对骨折断端满意地复位并加以固定，又最大限度地减少对软组织的二次损伤，有效的封闭了创面，促进骨骼及软组织愈合，减少感染等并发症发生，减少患者的痛苦，缩短治疗时间，降低医疗费用[46]。对真皮再生模板的研究Alet教授[47]也取得了新进展，这是由动物Ⅰ型胶原纤维层和黏附在上面的硅凝胶膜层组成，这种模型可保持真皮和表皮的基本功能甚至

外观，甚至可通过模板的血管重建生成血管层，来用于皮瓣覆盖修复组织缺损中的血管重建。

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