抗生素骨水泥联合自体骨移植及环形外固定架修复骨髓炎后胫骨缺损

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.002

摘要/Abstract

摘要：

背景：含抗生素骨水泥修补骨缺损可在缺损处持续释放较高浓度的敏感药物，利于杀灭致病菌，为二期植骨提供必要的植骨床和植骨空间，减少二期植骨时清除骨缺损处肉芽而引起的大量出血。
目的：分析抗生素骨水泥联合自体骨移植、环形外固定架治疗创伤性骨髓炎后胫骨缺损的临床疗效。
方法：纳入31例胫骨慢性骨髓炎后骨缺损患者，其中男19例，女12例，年龄17-40岁，积极清创骨断端坏死感染组织，以Ilizarov环形外固定支架牢固固定骨折端，取自体髂骨移植骨缺损处修复，同时在缺损处放置含抗生素骨水泥填充支持，随访观察骨折骨性愈合时间、膝关节和踝关节评分情况。
结果与结论：31例获6个月-3.5年随访，胫骨骨折均骨性愈合，无感染复发，骨性愈合时间为3-6个月，外固定时间3-6个月，术后患肢延长长度(7.50±1.01) cm，未发生与骨水泥材料及移植骨材料相关的不良反应。植骨后3个月时的膝关节和踝关节评分均较治疗前明显改善(P < 0.05)。表明抗生素骨水泥联合自体骨移植、环形外固定架治疗骨髓炎后胫骨骨缺损可控制感染的发生，促进骨折愈合，恢复关节功能。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 生物材料, 骨生物材料, 骨水泥, 骨移植, 胫骨, 骨髓炎, 骨缺损, 骨组织工程, 骨搬移

Abstract:

BACKGROUND: Bone cement containing antibiotics for repair of bone defects can achieve sustained release of a higher concentration of sensitive drugs, which will help kill bacteria and provide the necessary bone grafting bed and space to reduce massive bleeding due to removal of the granulation at bone defects during the second phase.
OBJECTIVE: To analyze the clinical efficacy of antibiotic bone cement combined with autologous bone transplantation and Ilizarov external fixator on tibial bone defects after traumatic osteomyelitis.
METHODS: A total of 31 patients with tibial bone defects after chronic osteomyelitis, including 19 males and 12 females, aged 17-40 years old. After positive debridement of necrotic tissues at bone stump, Ilizarov external fixator was used for fracture fixation, and autogenous iliac bone grafting combined with bone cement containing antibiotics was performed to repair bone defects. Fracture healing time, knee and ankle scoring were followed up.
RESULTS AND CONCLUSION: The 31 patients were followed up for 6 months to 3.5 years. Tibial fractures were healed without infection recurrence in all patients. The bony union time was 3-6 months, the fixation time was 3-6 months, and the limb extended length was (7.50±1.01) cm. No adverse reactions related to bone cement and bone graft occurred. At 3 months after bone grafting, the scores on the knee and ankle joints were improve significantly. These findings indicate that the antibiotic bone cement combined with autologous bone transplantation and Ilizarov external fixator for repair of post-osteomyelitis posterior tibial bone defects can control infection, promote fracture healing, and restore joint functions.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Bone Transplantation, Osteomyelitis

中图分类号:

R318

祝勇刚，张大伟，赵广跃，漆伟，孙强，邹继伟，杨永利. 抗生素骨水泥联合自体骨移植及环形外固定架修复骨髓炎后胫骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(25): 3942-3946.

Zhu Yong-gang, Zhang Da-wei, Zhao Guang-yue, Qi Wei, Sun Qiang, Zuo Ji-wei, Yang Yong-li . Post-osteomyelitis posterior tibial bone defects repaired with antibiotic bone cement combined with autologous bone graft and Ilizarov external fixator [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(25): 3942-3946.

图/表（结果） 2

参考文献

[1] 蒋守海,董长红,周立国,等.应用Ilizarov技术修复胫骨长段骨髓炎骨缺损36例[J].中国矫形外科杂志,2014,22(18):1699-1702.

[2] 张伟,张群,唐佩福,等.Ilizarov技术治疗胫骨感染性骨缺损[J].解放军医学院学报,2014,35(11):1105-1108.

[3] 翟饶生,张虎翼.支架外固定抗生素骨水泥填充治疗胫骨骨折术后骨髓炎的临床疗效观察[J].黑龙江医药科学,2011,34(1):41.

[4] 林谋明,姚小福,毛平,等.抗生素骨水泥棒髓内旷置治疗股骨及胫骨骨折髓内钉固定术后髓腔感染的临床观察[J].中国骨与关节损伤杂志,2014,29(10):1045-1046.

[5] Aytaç S, Schnetzke M, Swartman B,et al.Posttraumatic and postoperative osteomyelitis: surgical revision strategy with persisting fistula.Arch Orthop Trauma Surg. 2014;134(2): 159-165.

[6] Yetkinler DN,McClellan RT,Reindel ES,et al.Biomechanical com- parison of conventional open reduction and internal fixation versus calciumphosphate cement fixation of a central depressed tibial plateau fracture.J Orthop Trauma.2011; 15(3):197-206.

[7] 李铭章,汤奇,乔巨峰,等.自体皮质骨板移植及人工骨粒植骨加可调式外固定支架治疗儿童严重开放粉碎性胫骨骨缺损分析[J].中国伤残医学,2014,22(22):49-50.

[8] 洪汉标,陈楷正,陈坚,等.自体与同种异体骨移植修复四肢长骨骨缺损的对比研究[J].中国骨科临床与基础研究杂志,2011, 3(3): 174-178.

[9] 穆世民,杜志军,李无阴,等.开放植骨联合负压封闭引流技术治疗胫骨感染性骨缺损14例[J].中华烧伤杂志,2013,29(4):393-394.

[10] 赵生勤,覃万安.VSD联合抗生素骨水泥、皮瓣、外固定器治疗创伤性胫骨慢性骨髓炎并皮肤软组织缺损[J].中国实用医药,2012, 7(32):135-136.

[11] 薛有地,张晖,黄富国,等.Ilizarov骨搬运技术结合抗生素骨水泥间隔物治疗胫骨感染性不愈合[J].中华创伤骨科杂志,2014, 16(7):581-585.

[12] Lowenberg DW, Buntic RF, Buncke GM,et al.Long-term results and costs of muscle flap coverage with Ilizarov bone transport in lower limb salvage.J Orthop Trauma. 2013; 27(10):576-581.

[13] Papakostidis C, Bhandari M, Giannoudis PV.Distraction osteogenesis in the treatment of long bone defects of the lower limbs: effectiveness, complications and clinical results; a systematic review and meta-analysis.Bone Joint J. 2013; 95-B(12):1673-1680.

[14] 黄其龙,柯勇平,郭卫中,等.自体骨联合异体骨开放植骨治疗胫骨远端感染性骨缺损的疗效观察[J].中国骨与关节损伤杂志,2014, 29(10):1060-1061.

[15] 武智超,张立才,平伟,等.复合型可注射磷酸钙骨水泥应用于胫骨平台SchatzkerⅡ型骨折的生物力学研究[J].海南医学,2014, 25(23):3467-3469.

[16] 李林,林达生,郝健明,等.Masquelet技术治疗胫骨大段骨缺损的疗效分析[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(1):88-90.

[17] Mouzopoulos G,Kanakaris NK,Kontakis G,et al.Management of bone infections in adults:the surgeon' s and microbiologist's perspectives.Injury.2011;42 (S5):S18-S23.

[18] 于丽凤,汪安,陈建荣,等.碳酸化羟基磷灰石支架及其细胞因子复合物修复鼠胫骨缺损的实验研究[J].口腔颌面外科杂志,2014, 24(5):330-335.

[19] 张咏,周许辉,陈雄生,等.骨质疏松大鼠胫骨骨缺损应用硫酸钙骨水泥填充后骨密度的变化[J].第二军医大学学报,2008,29(5): 569-571.

[20] Cha SM, Shin HD, Kim KC,et al.Plating after tibial lengthening: unilateral monoaxial external fixator and locking plate.J Pediatr Orthop B.2013;22(6):571-576.

[21] Zeng D,Xia L,Zhang W,et al.Maxillary sinus floor elevation using a tissue-engineered bone with calciummagnesium phosphate cement and bone marrow stromal cells in rabbits[J].Tissue Eng Part A.2012;18(7-8):870-881.

[22] Krappinger D,Irenberger A,Zegg M,et al.Treatment of large posttraumatic tibial bone defects using the Ilizarov method: a subjective outcome assessment.Arch Orthop Trauma Surg. 2013;133(6):789-795.

[23] Atef A, El-Tantawy A.Management of open infected comminuted tibial fractures using Ilizarov concept.Eur J Orthop Surg Traumatol.2014;24(3):403-408.

[24] 徐永清,朱跃良,范新宇,等.万古霉素硫酸钙或万古霉素骨水泥治疗胫骨开放性骨折术后并发骨髓炎[J].中华创伤骨科杂志,2014, 16(11):925-929.

[25] 潘正刚,敖亮,何昌栋.骨水泥抗生素链珠结合骨移植治疗胫骨慢性骨髓炎的临床分析[J].医学理论与实践,2014,27(6):775-776.

[26] 钟万润,汪春阳,韩培,等.外固定支架骨搬运技术一期治疗胫骨缺损合并软组织缺损[J].中华创伤骨科杂志,2014,16(11):935-938.

[27] 刘家帮,薛涛,刘正,等.Orthofix单边外固定架治疗胫骨慢性骨髓炎骨缺损的疗效分析[J].北京医学,2014,36(7):547-549.

引言

外伤性骨髓炎指因各种外伤造成的骨髓炎症，存在致病菌及低反应性炎症，并可见骨质吸收和破坏^[1]，常见的发病部位依次为胫骨、股骨、肱骨。虽然骨折固定技术在不断改进，软组织的处理也得到重视，以及使用微创技术可以闭合伤口，但感染性骨缺损的治疗仍然对骨科医生充满挑战性。
诱导膜技术为大段骨缺损的治疗提供了一种新方法，其手术方法简便，适应证广泛，可用于创伤性骨感染引起的骨缺损^[2]。利用膜保护和维持局部微环境的概念在20世纪60年代首先被提出，最初使用不可吸收材料如聚四氟乙烯聚氨酯海绵，有学者先利用膜辅助自体骨移植治疗节段性骨缺损，成功治愈了缺损最大达25 cm且伴有严重软组织损伤的患者，首先完全去除失活骨及软组织，然后置入聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥占位器，使用内固定或外固定进行固定^[3-4]。1950年，开放植骨(骨搬移技术)倡导使用外固定架联合骨搬移和牵引成骨技术治疗骨缺损，骨搬移技术可有效纠正下肢成角畸形、肢体长度不等，以及治疗骨折不愈合和骨缺损[5]。骨搬移技术的主要治疗过程分为3期：①行扩创，清除坏死骨和软组织，临时夹板固定下肢，根据术中培养结果使用抗生素抗感染，术后换药，保持敷料干燥。②待伤口基底部长出新鲜肉芽组织后，将自体松质骨颗粒植入骨缺损处皮下[6]。③伤口边缘长出肉芽组织后，即可二期关闭伤口(如果病例有软组织过度缺损，可选用游离皮瓣闭合伤口)。该技术在临床实践中不断获得改进，并取得了不错的疗效。
无血供骨具有成骨、骨传导及骨诱导作用，是治疗骨缺损的金标准。供骨区包括髂骨翼、股骨远端、胫骨近端、腓骨及桡骨远端，最常选用髂骨翼作为供区，取骨方便[7]。该处骨质富含成骨细胞和生长因子，但仅限于0.5-3 cm的骨缺损，取骨量过大可能导致严重并发症。无血供骨移植治疗大段骨缺损的机制为爬行替代，即细胞游动至组织间隙[8]，因此无血供骨移植所需治疗时间较长，可导致骨萎缩、移植骨骨折及不愈合等。
文章回顾性分析解放军第四军医大学西京医院骨二科自2008年6月至2011年3月收治的创伤性胫骨骨髓炎并骨缺损患者的临床资料，采用抗生素骨水泥填充结合自体骨移植技术并环形外固定架技术治疗，均取得了骨性愈合，拟探索骨搬运及骨修补材料在骨缺损修复中的作用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

设计：回顾性病例分析。
时间及地点：于2013年2月至2014年12月在解放军第四军医大学西京医院骨二科完成。
对象：纳入31例患者，其中男19例，女12例；年龄17-40岁，平均34.5岁；创伤原因：车祸伤18例，重物压砸伤8例，高处坠落伤5例，其中1例合并腓总神经损伤，均为单侧胫骨慢性骨髓炎；创面最大为8 cm×10 cm，最小为 4 cm×5 cm；创面分泌物培养金黄色葡萄球菌感染9例，阴沟杆菌感染3例，混合性感染3例；开放性损伤按照Gustilo分型：Ⅱ型7例，Ⅲa型18例，Ⅲb型6例；胫骨上段为14例，胫骨中段为12例，胫骨下端为5例。所有患者均采用抗生素骨水泥填充结合自体骨移植并环形外固定架技术治疗，患者对治疗知情同意。
诊断标准：前躯症状有全身疲惫、酸痛、食欲不振、可伴有驰张性高热，亦可见脑膜刺激征。胫骨前方软组织少，无论外伤或炎症，皮肤容易破溃，形成经久不愈的瘘道，且容易形成广泛长的皮肤贴骨瘢。
纳入标准：感染性骨不连、急性骨折伴骨缺损及慢性骨髓炎者。
排除标准：病理性骨折伴骨缺损的病例。
材料：
抗生素骨水泥：庆大霉素骨水泥(商品名为CMW)，购于强生(上海)医疗器材有限公司，国食药监械(进)字2010第3651210号，由聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯复合庆大霉素制成，包括粉-液混合辅助工具。经过测试，无细胞毒性、血液及组织相容性问题。
Ilizarov环形外固定架：为多孔性全环式外固定器，使用直径较细钢针(1.5 mm)于张应力下固定，包括固定针、固定针握持夹和体外连接杆3种基本部件，为不锈钢材质，购于贝尔泰克医疗器械江苏有限公司，苏食药监械(准)字2014第2100998号。Ilizarov环形外固定架提供三维稳定固定，模块化优化设计，组合方式灵活，操作简便，结构紧凑可根据术中需求自由装配支架，术后佩带更轻巧，经过测试，无细胞毒性、血液及组织相容性问题。
方法：
清创：彻底清除创面内坏死组织及周围瘢痕组织，患者一般状况良好，按手术切口(表面破溃处)进入，进行内固定取出清创+负压封闭引流[9-10]，彻底清除死骨，敞开所有死腔，可用1块或多块负压封闭引流材料充填封闭创面，确保不留死腔，避免接触较大的血管和神经。如骨及软组织缺损严重时，多采用外支架临时固定。
切取自体髂骨：常规劈开髂嵴骨骺，骨膜下显露对侧或同侧髂骨外板，从髂骨外板切取1片四边形髂骨外板皮质骨和尽可能多的若干松质骨，作为骨移植材料，但要求保留髂骨内板完整(图1)。在四边形自体髂骨块上不规则钻孔，并用可吸收缝线缝合固定，在四边角预留长缝线。之后，将四边形自体髂骨块用尖嘴咬骨钳折成规则形状，以利之后填充在胫骨缺损处。

抗生素骨水泥填充：将抗生素骨水泥倒入固化液充分搅拌，制成抗生素骨水泥颗粒，组织死腔清创后填充庆大霉素骨水泥，根据自体骨移植后骨缺损范围决定骨水泥用量，放置于骨缺损处或空隙处^[11]，注意抗生素药物的释放面积，骨水泥完全凝固后覆盖创面。
外固定支架固定：骨水泥填充完毕后直视下复位骨折，以单边外固定支架牢固固定骨折端。将术前定制的Ilizarov环形外固定器连接组合，在胫骨假关节远、近端分别交叉插入二三根直径1.5-2.0 mm的克氏针，并与环形固定器的上下两侧伊氏环连接，再用张力钳拉紧克氏针后锁定，调节连接上下伊氏环的连接螺杆，既能保持胫骨假两端密切接触又可施加适度的纵向压力[10]。如果胫骨假关节远端短小(长度小于2 cm)或骨质疏松明显，不适用交叉克氏针固定或担心固定不稳定，则可选择半环或跟骨U形环代替标准的伊氏环，经跟骨交叉插入2根克氏针与近端伊氏环连接，同样也可以达到使胫骨假关节加压的目的。如创面分泌物多，可根据病情反复多次置入负压封闭引流继续引流，直至创面干净后以皮瓣转移修复创面。
植骨后处理：切口内常规放置1根负压引流管，用可吸收缝线紧密缝合皮下组织和皮肤。根据引流量，通常在3 d左右拔出引流管；分别于植骨后6，12周进行X射线检查，观察胫骨假关节的愈合情况。如确定胫骨已达到临床愈合，即可拆除Ilizarov外固定装置，更换长腿管型石膏固定8周。确认胫骨及膝关节已牢固愈合，允许在支具保护下负重行走。
主要观察指标：
骨折临床愈合：局部无压痛及纵向叩击痛，局部无异常活动，X射线片示骨折线模糊，有连续性骨痴通过骨折线；解除外固定后，肢体能承受以下要求者：上肢向前平伸持重1 kg达1 min，下肢不扶拐在平地上连续行走3 min不少于30步者，观察2周骨折处不变形。
骨折骨性愈合：具有临床愈合的各项标准，且X射线片显示骨痴通过骨折线，骨折线已消失或接近消失。
功能评估：患者治疗前及植骨后3个月进行美国特种外科医院膝关节(hospital for special surgery knee score，HSS)评分、踝关节功能Baird-Jackson评分，观察胫骨愈合情况及下肢功能。HSS评分系统包括疼痛、功能、活动度、肌力、屈曲畸形及稳定性6个方面，总分100分，得分越高关节功能恢复越好。踝关节功能Baird-Jackson评分系统包括疼痛、踝关节稳定性、行走能力、跑步能力、工作能力、踝关节活动范围及放射学结果7个方面，总分100分，得分越高关节功能恢复越好。
统计学分析：采用SPSS 13.0软件对数据进行统计学分析，植骨前后及随访资料中率的比较采用χ2检验，均数比较采用t 检验，P < 0.05表示差异有显著性意义。

讨论

骨缺损治疗是临床医生面临的难题。临床采取病灶清除、传统自体骨或同种异体骨移植与内固定治疗胫骨骨不连，术后易复发骨不连，致残率高，是骨科临床一大顽症。不同治疗方式有其自身的优劣势^[12-13]，没有哪一种方法适用于所有患者。因此医生应根据患者的独特情况选择合适的治疗方法。治疗方式的选择应基于以下几点：骨缺损的量、软组织损伤程度、患者总体健康程度、对长期治疗的依从性^[14]。术前应详细规划，并与患者及其家属进行充分沟通。患者应了解治疗过程漫长，有并发症发生可能，而最终可能面临截肢风险。
胫骨远段软组织覆盖较薄弱，所以肿瘤易被早期发现，总体来说肿瘤易完整切除，故术后复发率相对较低。但由于软组织覆盖较薄弱，重建时限制因素就较多，比如排异反应等。重建后踝关节的稳定性及下肢功能要求有坚强的内固定^[15-16]。骨搬运到位后易出现诸如对接端骨不连、马蹄内翻足畸形、踝关节僵硬、膝关节僵硬及慢性骨髓炎等并发症。自体骨移植是治疗对接端骨不连最好的方法，但应用该方法的前提是伤口已完全闭合且感染已根治。值得一提的是，治疗对接端骨不连不一定必须切开植骨。移植骨在宿主部位所起的成骨生物学效应，主要表现为骨传导作用和骨诱导作用，且骨传导较骨诱导具有更重要的作用^[17]。大段异体骨与宿主骨接触面积，移植骨周围软组织条件的好坏、血运是否丰富，将影响移植效果。吻合血管的自体骨移植虽然容易成活且没有排异反应，但由于取材受限，供区并发症较多，其应用受到较多限制^[18-19]。人工假体本身无生物学活性，体内不能被吸收，且胫骨远端由于软组织覆盖少易出现排异反应而伤口愈合困难，长期应用易出现假体松动、疲劳断裂等并发症^[20]。瘤段灭活回植存在着灭活不彻底导致肿瘤复发等并发症，而且灭活后其强度与同种异体骨相差很多，术后容易造成骨折。由于外固定支架肢体延长方法需要时间较长，患者依从性差，并且钉道感染等并发症发病率高，也有很高的骨不连发生率，故其应用也十分受限^[21]。由于大段同种异体骨供骨形态大小不受限制，保存方便，对生物力学特性影响较少，是补充大段骨缺损的有效方法^[22-23]。
试验利用抗生素骨植入缺损区是为了防止软组织塌陷，占据骨缺损区，为以后植骨创造空间，避免其外围新生膜受到损伤，然后植入自体松质骨。该诱导膜具有避免移植骨吸收、维持移植骨位置及阻止软组织侵入等作用。该诱导膜为特殊组织成分，由Ⅰ型胶原和成纤维细胞构成，其血供丰富，由骨水泥导致的微弱排异反应在2周后降低，6个月后消失^[24-25]，因此，存在骨移植的最佳时机。
感染是保肢手术后最严重的并发症，往往发生于手术后1-3个月，先有局部窦道形成、渗出，随后发生继发感染。因此在手术过程中应坚持严格的无菌操作、术中严格止血、术后保持引流通畅和合理的抗生素应用等，均是预防感染的关键^[26-27]。骨骼中的矿物质不具有抗原性，胶原和非胶原蛋白仅是弱抗原，异体骨移植的抗原刺激主要来自其细胞膜表面组织相容性抗原(MHC)。MHC抗原属脂蛋白类，与同种异体骨来源广泛，容易塑形和植入，但异体骨经过一系列处理后仍然容易引发排斥反应。正确的处理植骨并发症可有效提高临床疗效，并可作为胫骨远端骨缺损修复的重要重建方式。试验采用抗生素骨水泥避免了感染的发生，为植骨提供良好宿主环境，植骨后的长期疗效还需要进一步随访观察。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程