创伤骨科-骨科外固定支架的应用

创伤骨科-骨科外固定支架的应用

随着AO理念和教育在中国的普及,我国创伤骨科医生对骨折内固定的使用逐步规范。由于肢体创伤的复杂性和严重性,仅靠内固定技术已很难满足创伤骨科临床的救治需求。随着外固定支架技术和理念的不断创新使得其适应证日趋广泛,很多内固定无法处理的开放性损伤、骨缺损、骨感染、骨畸形等通过外固定支架治疗均可获得满意的效果。

外固定支架用于临床治疗由来已久,早在1840年,Malgaigne设计了一款骨科外固定支架用于小腿骨折的治疗,后续不断有医生学者继承了外固定支架的治疗理念并在前人的基础上不断创新改进。1902年,比利时医生Lambotte首次较为系统地阐释了单边外固定支架并用于临床,其利用外置连杆和固定夹调节固定于骨的钢针从而达到对骨折端加压的理念与当今单边外固定支架的使用方式颇为相似。1938年Hoffman在此基础上进一步研发出了万向夹,实现了利用外固定支架进行三维复位,但此时受限于材料学等原因,外固定的稳定性得不到解决,治疗也会出现复位丢失、针道感染等并发症。然后虽然很多医生进行了改进,外固定支架技术在骨科领域始终处于较为边缘化的位置。

20世纪冷战时期,前苏联巴尔干地区的Ilizarov首先发现了牵张成骨原理(distraction osteogenesis)并应用于临床外固定支架技术中,牵张成骨原理是利用骨组织这一完全可再生组织的特性,在损伤后赋以微量机械牵拉应力使损伤局部能够达到完全再生性修复。除此之外,Ilizarov还提出了使用外固定支架治疗骨折的原则:尽可能保护骨折周围组织血运、保留成骨组织、解剖复位、牢固固定及早期活动,从而形成了一整套外固定支架治疗骨科相关疾病的临床理论知识体系,以张力-应力法则为核心的牵张组织再生理论及技术被公认为20世纪骨科里程碑之一,也让后人对外固定支架进一步创新发展有据可依。随着冷战时期的结束,Ilizarov的外固定支架技术在全世界范围广泛传播并不断得到改进发展,使外固定支架技术在复杂骨折、骨感染、肢体畸形、肢体延长、骨缺损以及糖尿病足的治疗方面取得了突破性的进展,且进一步外延至皮肤牵拉、软组织牵拉等多个领域。但相较于外固定支架技术的长足发展,很多临床医生对外固定支架理念的认识并不能同步,也不能规范的使用及选择合适的适应证。本文围绕外固定技术的临床适应证及相关问题展开。

一、开放性骨折中外固定支架的应用

开放性骨折是创伤骨科急诊中最为常见的一种损伤,救治包括清创、固定、覆盖以及抗生素的使用,其中骨折固定是治疗的中心环节。良好的固定可以维持复位,促进骨折愈合、实现早期锻炼,对开放性骨折还能帮助消除骨折端对周围软组织的威胁、减少二次污染、便于重要软组织(血管、神经、肌腱)的修复及利于伤口闭合。由于开放性骨折伤口常伴有污染严重、骨缺损多或软组织覆盖不足等情况,因此推荐选用外固定支架进行骨折固定。钉棒系统外固定支架以其操作简单、快速、微创、有效等优点作为急诊损伤控制救治的首选,特别是对于多发伤中有骨折、脱位的患者和多发骨折无法立刻进行内固定治疗的患者,使用钉棒系统可以临时固定骨折,同时避免因骨折未固定造成全身状况进行性恶化,手术应牢记跨越、避开、稳定三大原则。一般情况稳定后,外固定支架应有计划转为内固定,转内固定的时机参照"中国开放性骨折诊断与治疗指南(2019版)"[3]推荐的5~14 d为宜,若已存在钉道感染,应及时更换成终末型外固定支架并作为终末固定方式一直保持到骨折愈合。当伤口污染严重、骨质大面积缺损或是多段骨折时,可根据患者一般情况和术者经验选择终末外固定支架进行骨折固定,避免了二次更换外固定支架所带来的再次手术风险。

二、骨不连及骨缺损治疗中外固定支架的应用

大段骨缺损的治疗目前临床存在3种主流方法:显微外科技术移植带血运的骨瓣修复、膜诱导技术分期手术进行骨缺损修复和牵张成骨骨搬运治疗。3种方法在骨缺损修复过程中均能发挥各自优势,但也有其适应证。

(一)显微外科技术移植带血运的骨瓣修复

自20世纪70年代,Taylor首先报道带蒂自体骨移植修复大于6 cm的骨缺损并获得成功后,该技术开始广泛应用于临床严重创伤、肿瘤或感染清创后继发的骨缺损修复。常见的供区包括带蒂游离腓骨移植和带蒂游离骼骨移植。不同长度的游离骨移植适用于不同范围的长骨缺损。腓骨作为供区选择时,除远端1/4需保留以维持关节稳定外,其余部分可获得长达26 cm的管状骨,在移植过程中还可根据受区具体情况,联合肌肉、神经等软组织形成复合皮瓣对骨与软组织一并修复。髂骨的最大可利用长度为8~10 cm,但受限于其弧形外形特点,长骨缺损时不做首选。血管吻合后供区移植骨需要与受区骨残端进行固定,对于单纯骨缺损患者,内固定方法是理想固定方式。对于合并有感染、软组织覆盖不佳、复合皮瓣移植以及移植骨形态不规则不适用于内固定的患者,推荐使用终末外固定支架进行固定。

(二)膜诱导技术分期手术进行骨缺损修复

膜诱导技术最早由Masquelet在1986年提出用于修复长骨缺损,治疗过程大致分为两个阶段:首先对长骨缺损区域进行彻底清创,缺损区域以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥进行结构性重塑,良好软组织覆盖6~8周后进行第二阶段手术,此时在骨水泥周围形成约1~2 mm的膜性结构,纵向切开后以替代原填充物骨水泥。后续经临床广泛推广应用,可修复4~25 cm的长骨缺损。影响Maquelet技术的因素包括骨缺损处彻底清创、稳定的力学环境、骨水泥的正确放置、良好的软组织覆盖以及植骨。Maquelet发表的原文中正是使用外固定支架提供稳定的力学环境,外固定支架固定不仅可以保证早期负重进行功能锻炼,也可以最小程度的侵入机体,保证局部内环境正常膜结构,以便进行第二阶段的松质骨植骨。传统Masquelet技术因自体松质骨的来源有限在治疗大段骨缺损时有其局限性,有学者建议可将自体松质骨与同种异体骨进行混合使用,但自体骨移植量至少占60%。

(三)牵张成骨技术

基于骨组织是完全可再生组织这一特点,牵张成骨技术(骨搬运技术)是在Ilizarov张力-应力法则的理论基础上发展而来,运用外固定支架固定骨缺损两端,选择正常健康骨组织在保持骨膜完好前提下干骺端低能量截骨,7 d后以3~4次/d,每次0.25 mm的速率行牵拉延长,根据肢体具体情况可选择骨断端加压结合延长或骨节段滑移。骨断端加压结合延长是先短缩闭合骨缺损区,截骨后逐渐牵开延长恢复患肢长度,适合骨缺损长度不超过骨原长度15%。若骨缺损过多,短缩会形成软组织褶皱,血管、神经折叠,易出现神经症状、血管危象等。骨节段滑移技术是通过外固定牵引逐渐将截骨段向缺损区域搬运,搬运接合后,新生骨逐步矿化,最终重塑改建获得骨的完全再生,适合骨缺损长度超过骨原长度15%。此技术具有手术次数少、固定牢固、创伤小、延长可同步矫正肢体畸形、并发症少等优点,牵张成骨技术已成为临床上治疗骨缺损的最主流手段之一。

三、畸形矫形中外固定支架的应用

Dror Paley最早提出的畸形旋转中心(Centre of rotational angulation, CORA)概念及理论体系大大帮助了临床医生对复杂畸形的认识和治疗。骨科疾病治疗中既要考虑骨的因素,更要考虑软组织的因素,畸形的诊疗也是如此,不同于内固定仅治疗骨组织相关疾病,外固定支架可以对骨组织和软组织进行同步,综合治疗。正确理解和应用畸形旋转中心理论体系可以在三维空间角度将复杂畸形析毫剖厘地简化成单个简单的畸形问题。根据Ilizarov牵张成骨的理论,使用微创的方式、即时或逐步的调整重塑骨组织形态,同时对软组织缓慢牵拉矫形的能力是外固定支架无可替代的优势。这也使得外固定支架在治疗陈旧性关节脱位、关节挛缩或僵直、马蹄内翻足等复合畸形疾病有着独特的优势。通常用于畸形治疗的以环形外固定支架为主,单边外固定支架仅适用于单个维度畸形的治疗。环形外固定支架除三维平面的强大调节能力外,在矫形过程中也可以根据病程变化随时调整矫形方案。但环形外固定支架手术操作技术门槛高,调整需要患者依从性很好,对随访也有较高的要求。1996年Charles Taylor从航空降落器中汲取灵感,通过反复实验论证两个平面可以通过6根连接杆斜向排列达到稳定固定的同时实现三维空间的调整,还设计了配套软件,由电脑计算出整个调整方案,无疑简化了原有环形外固定支架的操作难度,也让患者不必频繁随访。在此基础上,通过对连接杆的改进、材料的革新等,六轴系统无疑成为复杂畸形的矫形的首选方法,限制临床广泛推广的唯一顾虑可能就是较高的价格。

四、骨髓炎中外固定支架的应用

慢性骨髓炎是骨科医生所面临的临床难题之一,其诊断困难、治疗棘手、迁延不愈、复发率高、致残率高。早期准确诊断与规范治疗是提高治愈率、降低复发率与致残率、恢复肢体功能、改善患者生活质量的关键。2017年,国际内固定研究协会(association for the study of internal fixation, AO/ASIF)专家共识中指出,符合任何一项者,即可诊断骨感染:

①与骨组织或内置物直接相通的窦道、瘘管或骨组织或内固定物外露;

②术中发现内固定物或骨组织周围存在明显脓液;

③术中病灶组织细菌培养阳性;

④术中病灶组织病理学检查每个高倍镜视野中性粒细胞数量≥5。

彻底清创是骨感染治疗的前提,也是降低复发率的关键。清创原则要将感染病灶当作低度恶性肿瘤处理,将难以控制的骨感染转化为可以修复的骨缺损。彻底清创后遗留的骨缺损可参照前文所述的不同方法进行适应证选择。值得提出的是,Masquelet技术最早提出的适应证仅针对骨缺损。尽管近年来有部分学者采用骨水泥结合抗生素的方法应用Masquelet技术一期治疗骨髓炎,但这种方法改变了原有局部成骨内环境,缺乏高质量的临床证据证实有效,治疗效果也参差不齐。对于骨髓炎清创后不确定感染清除是否彻底,暂不推荐使用Masquelet技术。

五、糖尿病足中外固定支架的应用

糖尿病足是指糖尿病常见并发症,患者由于合并神经及血管病变导致的下肢感染、溃疡形成和深部组织的破坏。其病程长、难治愈、费用高。70%的患者最终需要行截肢手术,是糖尿病患者致残致死的重要原因之一。胫骨横向骨搬运技术同样基于Ilizarov张力-应力原理,在缓慢持续牵拉骨骼时,刺激周围组织细胞增殖修复能力。近年来多项研究证实,胫骨横向骨搬运技术促进骨骼及血管再生,有助于机体受损组织重建微循环。使用这一方法治疗糖尿病足也在临床上广泛推广。但新技术兴起后,很多盲目应用不考虑具体适应证的做法使得胫骨横向骨搬运的争议较大,对适应证把握不严,手术操作不规范也直接导致了治疗效果差异明显。尽管目前对横向骨搬运治疗糖尿病的适应证尚无统一共识,但一般认为胫骨横向搬运仅适用于65岁以下具有一定血管再生能力的糖尿病足干性坏疽的患者,因治疗过程中需对骨块做"手风琴"样搬运,要求患者骨质良好,具备外固定支架的把持力。具体更加细则的适应证则依赖未来高质量的临床研究予以充实。骨搬运区域为胫骨中段1/3处,手术切口一般选择在胫骨中下段,做一个10~15 cm弧向内侧的纵切口切至骨膜,将直径为2.5 mm钻头或克氏针沿着骨窗标记线钻孔,保留骨瓣内侧完整。安装外固定支架和骨块上的牵引针,骨刀沿钻孔三面截骨后,由纵轴截骨处插入骨刀,向上翻起骨块,保留骨块内侧血运和组织完整性。只有明确适应证和规范手术操作的临床研究才能检验横向骨搬运治疗糖尿病足的有效性。