预构复合组织瓣移植修复四肢骨及软组织缺损

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2767

中国组织工程研究 ›› 2020, Vol. 24 ›› Issue (26): 4208-4212.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2767

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预构复合组织瓣移植修复四肢骨及软组织缺损

王郑钢，刘鸣江，黄新锋，肖湘君

南华大学附属南华医院创伤骨科，湖南省衡阳市 421002

收稿日期:2019-09-24 修回日期:2019-09-29 接受日期:2020-02-11 出版日期:2020-09-18 发布日期:2020-09-02
作者简介:王郑钢，男，1982年生，湖南省衡阳市人，2012年中南大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨科创伤修复方面的研究。
基金资助:
湖南省卫生计生委科研计划课题项目(A2017018)

Prefabricated composite tissue flaps for repairing bone and soft tissue defects of the extremities

Wang Zhenggang, Liu Mingjiang, Huang Xinfeng, Xiao Xiangjun

Department of Traumatic Orthopedics, Affiliated Nanhua Hospital, University of South China, Hengyang 421002, Hunan Province, China

Received:2019-09-24 Revised:2019-09-29 Accepted:2020-02-11 Online:2020-09-18 Published:2020-09-02
About author:Wang Zhenggang, Master, Attending physician, Department of Traumatic Orthopedics, Affiliated Nanhua Hospital, University of South China, Hengyang 421002, Hunan Province, China
Supported by:
the Scientific Research Project of Hunan Provincial Health and Family Planning Commission, No. A2017018

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

预构复合组织瓣：是指通过对已知血管、肌肉、筋膜、神经等重构于游离皮片中，为破损组织修复提供血运，增强修复效果。优点是增强手术灵活性，可提高血管吻合成功率；缺点是操作复杂，对人体解剖学知识要求高，需进行二次手术。

股骨及软组织损伤模型：需选用适当大小的动物，兔子与人类拥有相似的四肢骨结构，且体型适宜，易于观察，操作方便。通过构建股骨及软组织损伤动物模型，研究其发病机制和治疗方法被广大研究者认同。

背景：预构复合组织瓣自1973年被Bakamjjan应用于心脏修复，但是受限于技术原因一直没有得到广泛使用，国内关于预构复合组织瓣修复四肢骨的研究更是稀少。
目的：分析预构复合组织瓣修复四肢骨及相应软组织缺损的效果。
方法：构建四肢骨骨折合并软组织缺损新西兰兔模型(第1次手术)，造模后随机分为3组，A组造模后10 d(第2次手术)应用预构复合组织瓣修复，B组造模后10 d使用游离桡骨修复，C组造模后10 d再次切开伤口缝合不做其他处理。对各组兔进行一般情况、体质量、影像学及组织学观察，并进行组间对比。
结果与结论：①各组存活率均为100%，B组中2只出现移植骨块移位，畸形愈合，对兔活动能力影响不大；②A组体质量恢复速率及体质量增长量均高于B组(P < 0.05)；③影像学结果显示，A组在术后2周形成大量骨痂，4周骨痂桥节于间隙，8周缺损间隙填满，12周开始改造塑性；B组在术后2周形成少量骨痂，4周骨痂增多，股骨切断处明显，8周形成大量骨痂，12周缺损间隙填满；C组在术后8周开始形成骨痂，12周缺损间隙仍在，两端骨质硬化；④在第2次术后8，12周3组间Lane-Sandhu评分差异有显著性意义(P < 0.05)；⑤组织学观察发现，A组术后4周出现大量新生成骨细胞和骨细胞，8周管状结构增多，新生不规则骨岛，12周新骨生成，髓腔出现，包含脂肪细胞为主的黄骨髓；B组术后4周大多数植入骨被降解和吸收，8周成骨细胞骨化，剩余的植入骨仍然可见，12周大多数成骨细胞被骨化并成为板层骨；C组术后12周缺损区充斥大量纤维结缔组织，无骨质形成；⑥提示预构复合组织瓣对四肢骨及软组织缺损具有修复作用，并且在修复速度及效果方面均优于传统的游离骨块修复。
ORCID: 0000-0001-6652-4657(王郑钢)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 预构复合组织瓣, 移植, 四肢, 软组织损伤

Abstract:

BACKGROUND: Prefabricated composite tissue flaps have been used by Bakamjjan for cardiac repair since 1973, but have not been widely used due to technique limitations. Domestic research on prefabricated composite tissue flaps to repair limb bones is rarely reported.

OBJECTIVE: To analyze the effects of prefabricated composite tissue flaps in the repair of limb bone and corresponding soft tissue defects.

METHODS: New Zealand big rabbit models of bone fracture and soft tissue defect of the extremities were constructed (first operation) and randomly divided into three groups. In group A, prefabricated composite tissue flap was used to treat bone and soft tissue defects of the extremities at 10 days after modeling (second operation). In group B, free femur was used to treat bone and soft tissue defects of the extremities at 10 days after modeling. In group C, the incision was open and sutured with no treatment. General condition, body weight, imaging finding and histological findings were compared between groups.

RESULTS AND CONCLUSION: There was 100% survival in all the three groups. Graft displacement was observed in 2 rabbits in the group B, but the deformity healed, which had little effect on the rabbit's mobility. The weight recovery and gain were higher in the group A than in the group B (P < 0.05). The imaging findings showed that a large number of calluses were formed in the group A at 2 weeks after operation, which were bridged in gap at 4 weeks after operation, filled in the defect gap at 8 weeks, and remodeled at 12 weeks. In the group B, a small amount of calluses were formed at 2 weeks after operation, and began to increase at 4 weeks. The femoral cut was obvious. A large number of calluses were formed at 8 weeks after operation, and the defect gap was filled at 12 weeks after operation. In the group C, the callus began to form at 8 weeks after operation, and the defect gap was still present, with osteosclerosis at the two ends. The Lane-Sandhu score was statistically different between the three groups at 8 and 12 weeks after second operation (P < 0.05). Histological observation indicated that a large number of newly formed osteoblasts and bone cells were formed in the group A at 4 weeks after operation, and the tubular structure increased and irregular bone island formed at 8 weeks; new bone formed at 12 weeks, with the presence of the medullary cavity containing yellow bone marrow dominated by adipocytes. In the group B, most of the grafted bones were degraded and absorbed at 4 weeks after operation, and osteoblasts were ossified at 8 weeks. The remaining implanted bones were still visible. Most of the osteoblasts were ossified and became lamellar bones at 12 weeks. In the group C, the defect area was filled with a large amount of fibrous connective tissues at 12 weeks after operation, and there was no bone formation. To conclude, the prefabricated composite tissue flap can be used to repair the bone and soft tissue defects of the extremities, and it has a faster and better therapeutic effect than the traditional free bone repair.

Key words: prefabricated composite tissue flap, transplantation, extremities, soft tissue injury

中图分类号:

王郑钢, 刘鸣江, 黄新锋, 肖湘君. 预构复合组织瓣移植修复四肢骨及软组织缺损[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(26): 4208-4212.

Wang Zhenggang, Liu Mingjiang, Huang Xinfeng, Xiao Xiangjun.

Prefabricated composite tissue flaps for repairing bone and soft tissue defects of the extremities [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2020, 24(26): 4208-4212.

图/表（结果） 4

参考文献

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引言

随着社会发展的进步，建筑业和交通运输业需求越来越旺盛，自然环境的恶化，泥石流、地震等自然灾害发生越来越频繁，以及战争、恐怖事件中高能量武器的广泛使用^[1-3]，这些都导致四肢骨折发病率越来越高^[3-4]。并且通常严重的开放性骨折与软组织损伤合并发生^[5]，软组织损伤比骨折本身更难以处理^[6-7]。软组织损伤指皮肤或骨骼肌肉直接或间接承受压迫、击打，或长期过力或机械性动作产生慢性劳损引发的一种创伤综合征。软组织受创后会导致微循环障碍、无菌性炎症^[8]。骨折四肢周围的软组织好坏是影响骨折修复的主要影响因素之一^[9-10]，解决软组织损伤并发症与后遗症可以促进骨折愈合，预防骨髓炎^[11]。

皮瓣是指本身携带血液供应，活的皮肤组织块，是外科组织瓣中的一种，而同时连带着同源血供的骨、肌腱及其他组织的皮瓣则称为复合组织皮瓣^[12-13]。复合组织瓣是严重损伤后闭合和修复伤口的基本技术之一^[14]，然而目前仍然存在许多技术缺陷急待解决，例如植入的复合组织瓣血流受到限制^[15]、移植位置受限、术后移动需要顺应复合组织瓣强迫体位、移植位置留有瘢痕等，都为患者带来困扰，同时影响恢复。随着人体解剖学研究越来越深入，预构复合组织瓣被提出。预构复合组织瓣指基于人体解剖学的基础，结合患者的损伤部位与损伤程度，将血管束植入皮瓣中，在外界培养，待其稳定生长与皮瓣中原始血管相通且血流畅通达到一定标准后植入人体^[16]。预构复合组织瓣血流量增加，可以为软组织与四肢骨折修复带来更多的营养，增加修复效果，并且外形更为美观^[17]。近年来，预构复合组织瓣作为一种新的修复技术越来越多地被研究与应用^[18-19]，但是目前其在修复四肢骨及软组织缺损的临床应用上仍具有一定的技术困难。文章通过在动物模型中模拟复合预构组织瓣修复四肢骨折与软组织缺损，评价预构复合组织瓣在四肢结构中的作用，并为临床推广提供指导与建议。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点于2018年7月至2019年7月在南华大学实验室完成。

1.3 材料选取健康、雌性、体质量2.5-3.5 kg的新西兰大耳兔30只，由南华大学实验室提供，许可证号：SYXK(湘)2015-0001。将兔随机编号1-30，均分为3组，所有动物均构建四肢骨折合并软组织损伤动物模型。A组造模后10 d应用预构复合组织瓣修复，B组造模后10 d使用游离桡骨修复，C组造模后10 d再次切开伤口缝合不做其他处理。

1.4 方法

1.4.1 动物模型建立及处理方法使用3%的戊巴比妥钠耳缘静脉麻醉，剂量为1 mL/kg；静待麻醉发挥效果后剔除下腹部及后肢毛发，仰卧固定，随机取左、右后肢分别进行如下处理：

(1)A组：对皮肤表面进行消毒，沿后肢内侧顺股骨痕迹切至膝关节。分别剥离皮下筋膜与肌群，暴露股动脉、股静脉、股神经和股骨，自股骨中部以下取1 cm截断。将肌骨瓣插入股骨髓腔内固定，将肌骨瓣蒂血管与兔子本身相应动静脉吻合，翻转肌骨瓣观察10 min后渗血情况，渗血旺盛则使用硅胶片(施乐辉医用产品国际贸易(上海)有限公司，批号：20182661340)包裹，将其置于肌群之间，缝合肌骨瓣与深层筋膜预构。再将外部伤口缝合，以庆大霉素(山东鲁抗制药厂，批号：2019032802)包裹伤口。10 d后再次手术，在原伤口处褪毛、消毒，切开伤口，取出预构复合组织瓣，移植至切断股骨处，与损伤处动静脉血管、神经吻合，观察稳定后缝合伤口，并以木板固定后肢。

(2)B组：对皮肤表面进行消毒，沿后肢内侧顺股骨痕迹切至膝关节。分别剥离皮下筋膜与肌群，暴露股动脉、股静脉、股神经和股骨，自股骨中部以下取1 cm截断。再将外部伤口缝合，以庆大霉素包裹伤口。将切下股骨置于生理盐水(安徽丰原药业股份有限公司，批号：1119041004)中密封冷冻保存10 d。10 d后再次手术，在原伤口处褪毛、消毒，切开伤口，取出切下股骨，移植至切断股骨处，使用7#丝线固定，观察稳定后缝合伤口，并以木板固定后肢。

(3)C组：对皮肤表面进行消毒，沿后肢内侧顺股骨痕迹切至膝关节。分别剥离皮下筋膜与肌群，暴露股动脉、股静脉、股神经和股骨，自股骨中部以下取1 cm截断。再将外部伤口缝合，以庆大霉素包裹伤口。10 d后再次手术，在原伤口处褪毛、消毒，切开伤口，静待5 min后缝合伤口，并以木板固定后肢。

1.5 主要观察指标

1.5.1 一般情况观察记录自第1次手术后兔子的存活率，观察兔伤口愈合处外形颜色、活动能力、进食情况等。在第1(第1次手术开始)，4， 7，10(第2次手术开始)，24，38，52，66，80，94天分别使用精准电子秤称量新西兰大耳兔体质量。

1.5.2 预构组织瓣情况观察

(1)影像学评价：分别对3组兔在第2次手术后2，4，8，12周手术部位进行X射线检查。利用Lane-Sandhu放射学评分评估X射线结果^[20]，评分标准见表1。

(2)组织学观察：分别在第2次手术后4，8，12周对3组兔骨缺损边缘骨质标本进行组织学观察，切片制作使用常规固定、包埋的苏木精-伊红染色切片方法。

1.6 统计学分析将实验结果借助SPSS 21.0统计学软件处理，统计分析使用单因素方法分析检验(One-way ANOVA)，P ≤ 0.05是具备统计学差异的标准。

讨论

随着社会的发展四肢骨及软组织缺损患者越来越多，复杂的四肢骨及软组织缺损不仅会导致生理功能紊乱，还会造成沉重的家庭经济负担，甚至严重的心理障碍，因此对骨外科与整形外科医生来说是一个巨大的挑战^[22-24]。传统的修复方法主要包括骨移植和皮瓣移植，但手术效果不理想^[25]，由于血液供应不足，经常出现并发症，如远端皮瓣坏死、感染、患处畸形等等^[26-27]。预制复合组织瓣是一种人造的轴向皮瓣，是将众所周知的血管束或已知的血管组织皮瓣移植到随机皮瓣的血运重建过程。预制皮瓣不受正常血管供体的限制，可根据需要预制，明显增加了复合组织瓣的供应及可塑性，预制皮瓣的过程丰富了四肢骨皮瓣的血供，使移植更加灵活^[28]。目前它主要应用在整形、美容等方向^[29]，在大型骨创伤的治疗上应用较少。

此次利用兔模型对预构组织瓣修复四肢骨及软组织损伤的方法进行评价，通过观察兔一般情况和体质量变化显示，30只兔存活率100%，实验成功率100%，B组和C组恢复中发生畸形，而A组使用预构复合组织瓣治疗的形状恢复更加自然，恢复活动能力更快更强。说明预构复合组织瓣相较于传统四肢骨修复手段修复能力更强，兼具美学效果，可以更好地恢复患者的身体健康，减轻患者的心理痛苦。使用A组体质量相对于B组恢复速率更快，增长量更多。这一研究结果表明预构复合组织瓣相比于游离股骨治疗可以更好的减轻疼痛，提高食欲，有利于兔的生长恢复。根据影像学和组织学观察可以发现，预构复合组织瓣组在骨连接、骨形成和骨塑性方面相对于游离股骨治疗组均恢复得更快更好，这说明预构复合组织瓣在治疗四肢骨及软组织缺损方面相对于传统治疗组效果更好。

在此次实验中充分证明了预构复合组织瓣对四肢骨及软组织损伤的修复作用显著优于游离股骨，但是在手术操作过程中暴露了许多问题。首先由于动物模型的血管相对人类血管更细，但是复杂交错程度不亚于人类，在操作过程中极易发生血管断裂破损等状况，预构组织瓣植入时对位置要求较高，因此手术风险更大，这对人的临床应用也是一大难题。其次硅胶片在预构复合组织瓣修复中的使用一直处于争议状态^[12]，近年众多研究者通过实验与回顾性临床报告分析发现，硅胶片的使用会增加感染、积液及硅胶片脱离等问题的风险^[30]。在此次实验中，30只兔模型均未发生感染，只有1只硅胶片发生轻微位移，但是不影响预构复合组织瓣对四肢骨的修复作用。以上都是在此次实验中发现的问题和现象，为预构复合组织瓣修复四肢骨损伤应用于临床提供了指导与借鉴。

此次实验使用预构复合组织瓣修复四肢骨及软组织缺损，通过一般情况、体质量、影像学、组织学等方面考察了预构复合组织瓣在四肢骨及软组织缺损修复中的应用，证明预构复合组织瓣修复四肢骨及软组织缺损具有一定的可行性。但是此次基础实验也发现了该方案尚待改进的部分，首先需要多次手术，在临床上应用会增加患者的痛苦和感染概率。因此利用工程组织全程在体外构建符合人体解剖学原理的复合组织瓣来减少手术次数必将是未来临床研究的重点。这一研究验证了预构组织瓣在四肢骨及软组织缺损修复方面具有非常强的可行性，为预构组织瓣治疗四肢骨及软组织缺损推向临床提供了依据，同时发现了预构复合组织瓣在骨创伤治疗方面的问题，为下一步研究提供了指导方向。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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