骨不連治療方法的研究進展

吳文明 唐佩福

·綜述·

骨不連治療方法的研究進展

吳文明 唐佩福

美國AAOS診斷骨不連定義：是指骨折后至少9個月且連續(xù)3個月動態(tài)觀察未見到骨折有明顯的愈合征象，延遲愈合或者骨不連概率為5%～10%。目前臨床上治療骨不連仍以手術治療、藥物治療、物理治療、分子生物治療以及中醫(yī)中藥治療等為主，近年來隨著對骨愈合基本過程、機制的研究及對干細胞研究的關注，認識到了骨髓間充質干細胞在骨折愈合機制中的機理，發(fā)現了一些干細胞對骨愈合的調控機制。對骨折愈合過程、機制及骨不連治療方法選擇做一綜述概括，探討骨髓間充質干細胞治療骨不連的有效性及可能性，為該疾病的臨床治療決策提供相關理論依據。

骨不連；骨愈合機制；間充質干細胞

美國AAOS診斷骨不連定義：是指骨折后至少9個月且連續(xù)3個月動態(tài)觀察未見到骨折有明顯的愈合征象[1]，延遲愈合或者骨不連概率為5%～10%[2-3]。骨不連需要接受兩次、甚至多次手術，造成患者精神和經濟壓力，嚴重影響了患者的生活質量，也是對每一位臨床骨科醫(yī)生的挑戰(zhàn)。為了更加有效的治療骨不連，臨床骨科醫(yī)生進行了不斷地探索和科研工作，現將治療骨不連的方法研究進展進行綜述并討論。

骨不連常見原因: 全身因素有吸煙、營養(yǎng)不良、骨質疏松、骨代謝性疾病、內分泌疾?。谞钕贆C能亢進）、糖尿病、放療后、長期應用抑制骨生長藥物等[4]。局部因素有血供障礙[5]、感染[6]、內固定物選擇不適當等。

骨折端的充分接觸，有活力的生物學環(huán)境和穩(wěn)定的生物力學環(huán)境是骨折愈合的基本條件。對于骨不連患者首先需要明確發(fā)生骨不連的具體原因是什么，然后臨床干預促進骨折愈合。面對不同的骨不連患者要具體問題具體分析，除單一因素外，患者個體因素（年齡、性別、職業(yè)、營養(yǎng)狀況、伴隨基礎疾病等）、骨折斷端嵌壓、局部軟組織條件或是否感染等相關因素都要考慮進來。近年來隨著對骨愈合基本過程、機制的研究及對骨髓間充質干細胞、組織工程學研究的關注，微創(chuàng)治療骨不連的理念也逐漸流行起來。

1 骨不連治療方法

1.1 心理治療

骨折經過保守或手術治療后未能在骨折正常愈合周期內愈合，達不到臨床愈合標準，造成患者長期的肢體功能障礙和生活不便，長期的身體疼痛，使患者精神上產生煩躁、焦慮、壓抑、抑郁等負面情緒，再加上高額醫(yī)療費用、再次手術史，患者必定依從性差不配合治療，往往治療效果差。Schweiger[7]等確定了21項研究，包括1 842名抑郁癥患者和17 401非抑郁個體，結果顯示抑郁癥患者骨礦物質密度降低。所以對骨不連患者臨床醫(yī)師不僅在臨床上干預治療而且心理干預也很重要，是預防患者心理障礙的重要環(huán)節(jié)。在制定整個治療計劃時確?；颊呱硇亩嫉玫疥P注，從而會積極配合治療，提高治療的滿意度。

1.2 非手術治療

骨不連的非手術治療方法主要包括小夾板、石膏固定、藥物治療、物理治療、分子生物治療和中醫(yī)中藥治療。物理治療可以分為電磁脈沖療法、體外沖擊波療法及低頻脈沖超聲療法等；分子生物治療則有骨髓間充質干細胞療法、自體骨髓注射、骨誘導因子局部注射、骨形成蛋白療法、脫鈣骨基質等方法；除此之外，傳統(tǒng)的中醫(yī)中藥方法也能起到一定的治療效果。

1.2.1 電磁脈沖療法 1989年Bassett總結了電磁的機制及成果，可以改善組織的生理機能，在骨重建中起重要作用。Adam Streit[8]等進行一項前瞻、隨機、雙盲試驗，入選標準18～75歲患者，診斷為第五跖骨延遲或不愈合，至少3個月沒有進行性愈合的癥狀，結果使用電磁脈沖療法的骨折斷端產生的生長因子（PIGF、BDNF、BMP）比對照組顯著提高。電磁及其在骨愈合中的用途已相當好的研究，可以改善骨與軟骨的愈合，大多數數據支持脊柱、股骨、脛骨的研究，但最近傾向尤其高危險因素的腳與踝關節(jié)的延遲愈合研究[9]。許多學者提出盡管可以促進骨愈合[10]，但臨床醫(yī)師還是要考慮多因素，在適當時使用作為輔助手段?，F階段電磁療法更多應用在骨折延遲愈合中。

1.2.2 體外沖擊波療法 Czarnowska-Cubaa M[11]等在使用體外沖擊波（ESWT）聯合應用閃爍掃描術組中骨代謝動力指標增加，證明骨組織對機械波的陽性反應。Alvarez[12]等運用體外沖擊波治療跖骨近端骨不愈合或骨不連時，1年后90%成功治愈率，并認為治療跖骨近端骨不愈合或骨不連是安全、有效的。許多學者認為與手術效果相一致，具有恢復快、花費少等優(yōu)點，雖然體外沖擊波表現出具有刺激骨愈合的作用但哪個波段的最有效果還不知道，所以還需要更多的研究。

1.2.3 低頻脈沖超聲療法 在體外動物實驗中證實其可以促進新鮮骨折的愈合過程，并具有誘導作用，對延遲愈合起到一定作用。在臨床方面也相繼報道了不少骨不連成功病例，Daivajna[13]也報道采用此方法治療骨不連取的了良好效果。Watanade[14]等對低頻脈沖超聲適應癥有一定限制性，骨折斷端不穩(wěn)定、骨折間隙較大、萎縮性骨不連這三大因素影響超聲療法的效果。

2 骨不連的手術治療

手術治療骨不連的手術治療是主要且有效的方法，包括內固定（閉合髓內釘、內固定鋼板）、外固定支架、骨移植及骨組織工程技術的綜合應用。每一種治療方式都有各自手術適應證，如閉合髓內釘適合用于長骨骨不連；內固定鋼板治療骨不連包括動力加壓鋼板和鎖定加壓鋼板。

2.1 外固定支架治療

外固定支架尤其是Ilizarov外固定支架[15]是治療感染性長骨骨不連的有效且成熟的固定方法[16]；Ilizarov在1965年創(chuàng)新這項技術，可使骨缺損長骨兩端加壓刺激骨生長，實現骨折愈合。特別適合用于軟組織廣泛缺損、骨折斷端感染、骨折端硬化等病例。Khan[17]等對24例脛骨感染性骨不連患者行Ilizarov環(huán)形固定，平均隨訪11個月，功能恢復評價為8例優(yōu)、12例良、2例中、1例差，證實Ilizarov技術是治療脛骨感染性骨不連的有效方法。Barwick 和Montgomery[18]通過Ilizarov技術成功治療了4例由于脛骨平臺骨折后感染造成的膝關節(jié)不對稱患者。但是，Ilizarov技術也存在著一定的缺陷：為了堅強固定，舒適性不高外固定支架往往過于笨重，不便于患者的行動，治療周期長導致針道感染、神經損傷、畸形愈合和肢體功能喪失等并發(fā)癥[19-20]。

2.2 骨移植

骨移植是近來治療骨不連最普遍的方法，也是治療骨不連的“金標準”，起到誘導成骨、提供骨形成細胞的作用，包括自體骨移植、帶血管蒂骨瓣移植、吻合血管的骨移植、骨移植替代材料等；需要先確定原先內固定的堅強程度，來達到骨折愈合需要的堅強生物穩(wěn)定性。在這個基礎上360°植骨或結構植骨來促進骨誘導成骨[21]。BMP被認為是目前最好的骨移植替代材料，是一種分泌性多功能蛋白，具有誘導成骨細胞分化、促進成骨細胞成熟、調理內環(huán)境、促進骨愈合功能，臨床上以BMP-2和BMP-7[22]應用較廣泛。Blokhuis TJ等認為BMP在骨愈合方面與自體骨很相似，臨床療效很好，是較理想的骨替代材料。限制BMP使用的因素是價格高、安全性還需進一步研究。

2.3 骨組織工程技術

干細胞[23-24]與不同的生物材料相結合，在體外或體內構建組織、器官或其生物學替代物，以維持、修復、再生或改善損傷組織和器官功能的一門學科，提供一種新的解決方法，開發(fā)出既有骨傳導性又有骨誘導性的生物活性材料。

3 骨髓間充質干細胞療法及其應用前景

間充質干細胞（MSC）具有無限增殖及多方向分化能力、分泌多種細胞因子，自1876年發(fā)現以來一直備受關注，如研究急性心梗[25]、中風、脊柱脊髓損傷[26]、急性腎衰、肝纖維化、骨不連、肌腱炎等各種急慢性疾病的機制。在體外傳代培養(yǎng)過程中伴有染色體的重構、復制性衰老、增殖和分化功能的喪失等弊端[27]。1967年Friedenstein教授在小鼠骨髓血中發(fā)現一群前體細胞能支持造血并可以分化為骨細胞[28]，具有高度自我增殖及多向分化能力，稱其為前體成纖維細胞。1988年，在人骨髓中也發(fā)現了這類細胞并將其稱為骨髓基質干細胞（Marrow stromal stem cells），可以分化成成纖維細胞、成骨細胞、脂肪細胞等多種細胞[29]。Caplan教授在1991年發(fā)現這一黏附、增殖細胞可以快速而特異性的修復自體的骨組織，并將其命名為間充質干細胞[30-31]。在1999年，Pittenger等在Science上發(fā)表文章，進一步證實了來源于人骨髓的間充質干細胞具有分化成脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肌腱、肌肉等多向分化能力。Saito等首次提出MSC具有歸巢能力，當機體組織受到缺血、缺氧及損失刺激時，通過釋放炎性介質和趨化因子等多種成分并在損傷周圍形成濃度梯度[32]，趨化干細胞向損傷部位定向移動，參與組織修復和再生，同時MSC表面表達不同細胞因子受體與相應細胞配體結合遷移[33]，在BMSC遷徙與定植過程中有重要作用。遷徙到骨折區(qū)域的干細胞分化為成骨細胞和血管內皮細胞，促進骨折愈合。轉化生長因子（TGF）-β/BMP信號轉導通路、Wnt信號轉導通路、Hedgehogs信號轉導通路及FGF、血小板衍生因子（PDGF）、表皮細胞生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）等分子參與的信號轉導通路可能參與BMSC促進骨不連愈合過程機制的調節(jié)。利用自體BMSCs主要是利用其成骨細胞分化的能力，促進骨折快速愈合[34]。Y Homma等通過對患者骨折處進行BMSC骨內注射，隨后經過一段時間觀察發(fā)現，經皮注射的自體骨髓移植是治療非感染性萎縮性骨不連安全有效的方法。纖維組織形成骨痂這一具體機制目前尚未清楚。BMSC還可以分泌生物活性分子來促進血管生成、抗纖維化、抗細胞凋亡等功能來間接加快骨生長，促進骨愈合[29]。

綜上所述，目前治療骨不連的主要手段還是手術干預，可以達到明顯的臨床愈合效果，但是隨著人們對BMSC研究的不斷深入、骨折愈合機制的逐漸理解，間充質干細胞治療骨不連將會是一種安全有效的方法。運用組織工程技術結合新生物材料微創(chuàng)手術治療骨不連也是一種趨勢。然而仍然有一些需要關注及解決的問題，如干細胞在傳代過程中衰老現象、遠期不良反應（致瘤性）無法預測，異體MSCs來源、培養(yǎng)、傳代、儲存等一系列問題。

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Latest Research Progress of Treatment Bone Nonunion

WU Wenming TANG Peifu Orthopedics Department, General Hospital of Chinese People's Liberation Army, Beijing 100853, China

Diagnosis of bone nonunion of AAOS is defined refers to fracture at least 9 months and 3 consecutive months of dynamic observation did not see significant signs of fracture healing , delayed union or nonunion probability of about 5% to 10%. At present, the clinical treatment of nonunion is still surgery, drug therapy, physical therapy, molecular biotherapy and traditional Chinese medicine treatment, etc .In recent years with the basic process of bone healing, mechanism research and stem cell research attention to the mesenchymal stem cells in the mechanism of fracture healing mechanism, found some stem cells on the regulation of bone healing mechanism. The mechanism and mechanism of bone nonunion treatment were summarized, and the effectiveness and possibility of stem cell therapy for nonunion of bone were discussed, which could provide a theoretical basis for the clinical treatment of this disease.

bone nonunion; bone healing mechanism; mesenchymal stem cells

R687．3

A

1674-9308（2017）05-0126-04

10．3969/j．issn．1674-9308．2017．05．070

中國人民解放軍總醫(yī)院骨科，北京 100853

唐佩福