Ilizarov技术概述

Ilizarov技术概述秦泗河一，理论与技术的发展背景与传播二，肢体延长术、骨转位与肢体畸形矫正三，Ilizarov技术的并发症与缺点四，基础研究方面应当深入探索的问题五，正在开展的手术新方法Ilizarov理论与技术的发现背景与传播第二次世界大战后,前苏联遗留下很多并发慢性骨髓炎、骨不连、骨缺损而不能治愈的伤员。Ilizarov在自行车轮稳定性结构的启示下,于1951年发明了细钢针穿骨、张力下固定的环形外固定器。在一次实施膝关节加压融合术时,患者误将外固定加压器朝相反的方向旋转牵伸,复查时Ilizarov意外地发现逐渐拉开的截骨间隙出现了骨形成的X线影像改变。于是他通过进行犬腿折断后的牵伸实验和人体创伤骨折断端外固定下的推拉成骨研究证实,给予骨折断端和长骨干骺端一个持续、稳定与缓慢的牵拉力,能刺激骨组织的再生。1963年,Ilizarov在前苏联骨科学术会议上首次报告了15例用他发明的器械和技术治疗骨不连和肢体短缩畸形,引起骨科专家的重视。1965和1971年,前苏联政府分别在库尔干和列宁格勒市建立了创伤矫形外科研究所,对Ilizarov发现的牵拉成骨现象进行了深入的基础与临床应用研究,最终形成了“张-应力法则(lawoftensionstress,LTS)[1,2]:给活体组织持续、稳定的缓慢牵伸,可刺激或激活某些组织细胞的再生和活跃生长,其生长方式类似胎儿组织,均为相同的细胞分裂,即控制牵拉的张应力,骨与软组织可再生。这简称牵拉成骨(distractionosteogenesis,DO)技术[3]或牵拉组织再生技术。肢体延长术、骨转位与肢体畸形矫正(一)肢体延长术1.保留骨髓内血管的皮质骨截骨术Ilizarov在动物实验中发现,骨髓对骨形成有重要作用,由此发明了保留骨膜及髓管的皮质骨截骨延长术(图1)。但近年的临床证实该技术对良好的成骨并不重要。目前,交锁髓内钉技术已经较普遍地应用于肢体延长术,由于其维持了良好的延长区域的轴线,故有利于骨痂的形成。2.牵拉成骨的影响因素(1)截骨端固定的稳定性;(2)截骨方法;(3)截骨位置;(4)患者年龄及身体的某些潜在因素;(5)牵拉速度;(6)牵拉频率。动物实验与临床观察证实,任何有血管供给的骨面,不管是外骨膜、内骨膜、骨皮质或骨小梁,只要它们逐渐被牵拉,都能促使骨再生,其中骨膜对骨再生的作用最大。这可能是骨膜支配血管的重要反应,因而破坏骨膜的骨分离方法将影响骨的再生。3.骨愈合指数又被称为“外固定治疗指数”,即每延长1cm所需时间。DeBastiani等[4]报告,股骨骨愈合指数1.2个月,胫骨1.4个月。Paley报告儿童骨愈合指数0.97个月,成人1.7个月。干骺端截骨愈合速度比骨干快,股骨比胫骨快,胫骨在两个部位延长时比在一个部位延长愈合快。4.肢体延长术的主要临床进展(1)矫形策略由过去主要靠医生的临床经验和直观诊疗理念,进入数字化、标准化及生物学的量化时代[5]。(2)临床上掌握了合理的穿针布局与固定刚度标准;(3)研制了小腿与跟腱同步弹性延长器[6];(4)交锁髓内钉、骨髓腔内置入细钢针与体外延长器的结合能维持骨延长区域的轴线,有利于骨延长区域的骨形成[7,8];(5)跨关节铰链的改良;(6)术后正确的康复训练与现代矫形器的合理应用。(二)骨转位(bonetransport):也译成“骨搬移、骨输送、骨端延长”等,是Ilizarov创造的最独特的治疗方法。1.骨不连骨不连分肥大型或萎缩型,感染型或非感染型两类。Ilizarov技术核心是稳定固定下的牵引。但现代临床应用结果表明,配合切开复位,开通骨髓腔,形成新鲜骨断端,有利于骨牵引过程中消除骨感染、促进微血管和骨小梁的再生。2.骨缺损Ilizarov采用骨端截骨延长-骨转位的方法治疗骨缺损。骨端在软组织袖内移动,速度1mm/d,逐渐将正常骨转位至缺损区,在修复骨缺损的同时恢复肢体的长度与结构。手术操作的基本原则是:稳定的固定,在骨缺损的上、下残端低能量截骨后安装外固定器,术后逐渐牵引,借膜内骨化成骨,其骨块移动后骨形成的过程与骨延长术相同。转移骨段必须有足够血供,促使牵拉的骨端与接受骨压缩愈合,环形固定架可以用斜拉针或横形张力针(或半针),可作任何方向的骨段转位。如果治疗大段的骨缺损应采用斜拉针,可减少对皮肤的切割瘢痕。3.骨转位技术的优点骨转位与骨移植、抗生素串珠、带血管游离骨移植治疗骨段缺损的结果进行比较,其骨愈合速度、治疗时间、手术创伤、并发症发生率均优于传统骨科治疗组。而且骨转位技术能成功治愈既往实施的显微外科手术———肌骨瓣移植术治疗失败的感染性骨缺损。骨转位治疗骨缺损若出现以下情况时应配合必要的手术治疗:(1)对接不良或骨移动牵引受阻,须手术恢复;(2)延迟愈合,可行骨移植;(3)皮肤内陷可行皮下松解;(4)新生骨矿化缓慢,可加用促进骨愈合的一些措施,如体外冲击波等。(三)肢体畸形矫正1.软组织畸形。四肢畸形可分为软组织型、骨关节型和混合型。Ilizarov治疗各种软组织挛缩畸形一般不须开刀,闭合穿针安装牵伸器后,通过缓慢牵拉即可矫正。2.骨性畸形。术前须摄下肢全长负重位X线片,准确测量骨干轴线与畸形角度、下肢负重力线与骨干轴线之间的关系,以选择器械构型、决定截骨方法与术后牵拉矫正的程序[3]。3.混合型畸形。骨性与软组织畸形同时存在,治疗可分期或同期进行。如上肢的骨缺损、短缩、手桡弯畸形、先天性并指等,下肢的屈膝挛缩[13]、复合膝关节畸形[14]、类风湿关节炎致关节畸形[15]、先天性胫骨或腓骨缺如[16]等,应用Ilizarov技术一般都会获得满意的矫正效果。4.严重足畸形。Ilizarov技术矫正该畸形可分截骨法和非截骨法。非截骨法:牵引关节和软组织,消除挛缩,恢复足的正常解剖位置[17],重塑足的生物学弹性,多适用于8岁以下患儿。8岁以上患儿适截骨法,包括:踝上、前足、后足、前后足联合截骨。秦泗河等[18]采用该方法治疗13例成人重度马蹄内翻足畸形,皆获得满意疗效。Ilizarov技术的并发症与缺点目前,尚未发现Ilizarov技术有明显的缺点。发生严重并发症的主要原因是医生没有全面理解Ilizarov技术的原理,没有很好地掌握该技术的应用规范和术后管理程序。针道感染：主要见于软组织丰厚处和皮肤与针道之间易于滑动的部位,为机械性或快速钢针旋转热力损伤所致,少数并发蜂窝组织炎、局限性脓肿。对针孔局部进行处理,感染一般会很快消失,少数需要更换针道。骨性并发症：包括过早愈合、延迟愈合、骨不连、轴性偏离与牵拉应力不均性骨折。另外,对骨愈合的强度判断有误,拆除外固定器后可出现弯曲或骨折。关节并发症：主要是关节僵硬。大幅度肢体延长时可发生肌肉挛缩,甚至发生关节软骨损伤、纤维变性。股骨延长易出现膝关节僵硬。胫骨延长易发生足踝部的畸形。穿针或截骨操作失误可能造成神经及血管直接损伤。牵拉速度过快可引起神经暂时性麻痹,极少数患者发生反射性交感神经萎缩、高血压、筋膜间室综合征等。西方医生用Ilizarov方法实施肢体延长术,术后并发症发生率高于Ilizarov的报告。Wagner[20]报告为45%(26/58),DeBastiani等[4]报告为14%(14/100),Ilizarov报告为5%(12/237)。这说明只有依靠外科医生经验的积累与术后专门的管理措施,才能真正降低并发症的发生率。基础研究方面应当深入探索的问题1.尚没有清楚了解牵拉过程中组织生长、改建和修复的生物学机制与调控过程,牵拉力对全身产生的影响及应力刺激局部细胞分裂的原因。2.尚未研制出合适的工具测试Ilizarov技术的器械构型与个体的适宜刚度。3.缺乏统一的国际疗效评估标准。4.在下肢大幅度延长过程中,尚无法确定患肢需要多大的负荷行走力量才产生对骨愈合有利的生理要求。5.对骨愈合的质量与骨功能之间的关系尚缺乏有效的检测方法。6.对肌肉、韧带、神经干等软组织的再生机制及过程缺乏清楚的了解。如成年人小腿肌肉在延长超过10cm后,为什么仍能恢复与手术前基本相同的肌力与弹性。另外,对肌肉再生机制及在何部位再生尚没有公认的结论。正在开展的新手术方法1.关节分离:安装带铰链关节的外固定牵伸器,牵拉下关节适当分离后持续运动关节,能恢复一些纤维性僵直的大关节的功能,如髋、膝、踝、肘关节的挛缩僵硬,能改善骨性关节炎的临床症状,延缓人工关节置换时间。2.在椎体钉的基础上安装脊柱牵伸器,牵伸矫正严重的脊柱畸形(图2)。3.口内置微型牵伸器矫正下颌骨畸形、牙齿排列紊乱等。4.延长残肢使之易于安装假肢。牵拉矫正手部的各种先天性、创伤性手的畸形与手指残缺。5.骨与软组织横向牵引重建微血管循环可治疗四肢缺血性疾病[21],也可用于产生带有完整大量血管的软组织,以便随后进行带血管骨与软组织移植。颅骨牵拉用于治疗脑中风后遗症(图3)。6.恶性骨肿瘤切除后的肢体缺损重建手术。7.Baumgart等[22]已经开发电动全髓内钉骨干延长术。Cole等[23]设计了髓内骨骼机械动力延长器(ISKD),且获得临床应用的成功,从而避免应用外固定器的穿针牵伸。总之,Ilizarov技术已形成一个完整的微创骨科治疗体系,其治疗的理念是以仿生为基础,并深入到组织发生过程的实质,从而允许医生在人体外操纵骨与软组织的愈合与重建过程。凡是传统骨科技术难以处理或不能处理的一些骨科手术后遗症,疑难、少见骨科杂症等,均有可能采用Ilizarov技术获得满意疗效。张力-应力法则因增加了“时间”这个可调节的变量,被认为是一种哲学概念的四维相矫治方法,恰好符合生命是四维相本质的学说(三维结构加人体生命的时间性)。因为任何疾病的转归与治疗过程都是生命的组成部分,最佳的治疗方法应当顺应生命的基本规律。Ilizarov的发明、发现与在临床上的成就呈现了科学与人文的完美结合,这提示现代骨科医生应注意科学与人文的交融。科学发展的历史表明,技术往往超前于基础研究成为理论突破的先导。Ilizarov技术临床应用的范围逐渐扩大到外科多个专业,但基础研究的范围与深度远落后于临床应用。关于应力对人体生理的整体影响研究尚有很大的发展空间,有可能出现新的理论突破。