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编号:10289682
人工假体在骨肿瘤保肢中的应用
http://www.100md.com 《中华骨科杂志》 2000年第0期
     作者:张鹤宇 罗先正 王志义

    单位:首都医科大学附属北京友谊医院骨科 北京,100050

    关键词:

    一

    一、骨肿瘤人工假体的发展历史

    人工假体置换的历史可以追溯到公元四世纪,当时已有用 象牙进行肩关节置换的病例[1],但之后就再无进展。直到19世 纪末,Gluck等仍在探索用象牙进行关节置换[2],当时固定的粘 合剂是松香与熟石膏,由于感染率过高,大多数病例最终失败 。随着材料学及近代外科技术的进步,人工关节置换术于本 世纪中叶开始有了新的发展。40年代初,Moore等[3]首次采用钴 铬钼合金假体对股骨近端的骨巨细胞瘤进行切除重建。1949年 ,Seddon等开展了一系列定制假体的骨肿瘤切除重建[4]。1961年 ,Lipscomb及Barr等亦相继开展了定制假体的肿瘤切除置换术[5,6]。进入70年代,化疗使恶性肿瘤患者的生存率明显提高,肿瘤 局部切除、人工假体置换保肢术得到了普遍的开展。
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    二、骨肿瘤假体置换术的特点

    骨肿瘤假体置换不同于一般的人工关节置换,其特点如下 :

    1.肿瘤患者大多较为年轻,活动量大,负荷大,功能要求 高。

    2.切除的骨组织较多,缺损大,对假体的设计、材料性能 及固定技术要求更高。

    3.肿瘤外科手术的原则要求进行广泛的软组织切除,这必 然改变了关节与假体的受力与平衡机制,使假体的稳定性降低 。

    4.由于肿瘤患者是个体化的,肿瘤假体的制作亦需要个体化。

    三、骨肿瘤假体置换术的适应证与禁忌证

    骨肿瘤假体置换术可用于大多数恶性骨肿瘤与破坏严重的 良性骨肿瘤的治疗,适应证通常如下:
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    1.无远处转移或仅有孤立且可切除的转移灶。

    2.无重要的神经、血管受侵犯。

    3.肿瘤切除重建时有足够的皮肤及软组织覆盖假体。

    4.骨骺已闭合或接近闭合。

    5.无其它更适宜的方法来重建该肢体的功能。

    前三条非常重要,代表了肿瘤的外科分期,目前公认EnnekingⅠA期、ⅠB期、ⅡA期为较好的适应证,ⅡB期患者也可考 虑进行假体置换,尤其是对术前化疗敏感者,实际上,临床遇 到的患者多数为ⅡB期。第4条为相对的适应证,目前的可延长 式假体部分解决了低年龄组患者的肢体短缩,但仍存在许多 问题。第5条亦不能忽视,因为人工假体置换并非是所有骨肿 瘤患者切除重建的最佳选择,对劳动强度大的年轻患者、软组 织切除多而致假体有不稳趋势者或肥胖患者,关节融合对负 重肢体可能是一项更好的选择[7]
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    需要特别强调的是,骨肿瘤切除人工假体置换术一定要在 有效放、化疗的配合下进行,局部保肢不能以降低生存率为代 价,否则就失去了保肢的意义。手术要严格遵守肿瘤的外科 切除原则,完整切除肿瘤,达到广泛性或至少边缘性(化疗敏 感时)的边界要求。

    禁忌证主要有重要的神经、血管侵犯、肿瘤晚期或大剂量 放疗后造成局部软组织条件差以及局部感染,而病理骨折或有 远处转移不是保肢手术的绝对禁忌证。

    四、定制人工假体的要求

    拍摄肿瘤部位的标准清晰的正、侧位X线片,包括骨骼全长 ,需要时健侧肢体可作为参考,尤其是出现病理骨折时。摄X 线片时肢体侧方与骨干相同处水平置一带刻度的金属标尺,以 校正放大率,术前宜行CT、MRI、血管造影、同位素骨扫描等检 查,确定肿瘤的外科分期,准确地了解肿瘤的大小、范围及 髓腔侵犯长度,测算假体髓内、髓外两个部分的的长度及宽度 (两个位像)、关节面的宽度(两个位像)。目前认为MRI对判断肿 瘤的边界,尤其是髓腔侵犯长度的确定最准确,有条件的医院 ,宜采用MRI测量法定制假体。
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    五、骨肿瘤假体置换术的类型

    1.人工髋关节置换术(全髋或半髋,股骨部分多为长柄)

    股骨头颈区破坏范围小的肿瘤,切除后可采用普通标准的 髋关节置换,效果也与之相似。破坏范围大或肿瘤位于转子部 及以下时重建存在一定的困难。由于股骨近端存在颈干角与 前倾角,固定不牢固,松动率较高,外展肌及臀大肌的止点重 建也尚未解决,不论是缝合于远侧的阔筋膜、股外侧肌起点 上或是悬吊于假体侧方的孔上效果均不理想。对于预期生存长 的患者,全髋置换优于半髋置换,可降低髋部疼痛与翻修率 。人工髋关节的近期效果较好(5年),患者得到无痛且伸展活动 较好的关节,但随访远期(10年)并发症高,需要进一步研究解 决[8]

    2.人工膝关节置换术

    适用于股骨远端与胫骨近端肿瘤的切除重建。早期多采用 Walldius或Stanmore铰链式关节,但其仅有一个自由度(伸屈)的活 动,应力大,松动、折断的发生率高,且其直接的金属对金属 的磨擦产生较多碎屑,存在许多问题。目前则采用动力旋转 绞链式关节,允许一定程度的旋转及轴向拉伸运动,并于金属 之间增加了高分子聚乙烯垫,使各种并发症明显降低[9,10]。与其他的肿瘤人工假体一样,软组织重建亦尚未完全解决。尤 其是在胫骨上端肿瘤切除时,髌腱止点重建较为困难[11]。人 工膝关节的近期疗效满意,远期并发症亦较高,尚需探索与改 进。
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    3.人工肩关节置换术(长柄人工肱骨头)

    适用于肱骨近端肿瘤切除后重建。如能保留肩袖止点,肩 关节的功能可大部分保留,但大多数的肿瘤切除均需牺牲肩袖 止点,许多患者还可能需要切除三角肌,置换的人工肱骨头 只能起到维持上臂长度的作用,使肘关节与手的功能得以正常 发挥,肩关节本身的功能则大部分丧失。有许多学者在人工 肱骨头的颈外侧设计一些孔,用来缝合肩袖与悬吊肱二头肌长 头腱,亦有人直接将上述结构环绕缝合在颈的周围,这使人 工肱骨头获得了一定的稳定性,但只是上臂的被动活动较好, 主动前屈与外展仍非常受限,肩关节的旋转通常也受到较大 限制。故又有人采用组合式假体设计,使人工肱骨头可以围绕 柄轴旋转,较好地解决了肩关节的内外旋问题。尽管存在许 多不足,但人工肱骨头置换保存了肩关节的正常外观,肘与手 的功能发挥较好,而且并发症少,故大多数患者对其疗效满 意[12]

    4.人工肘关节置换术
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    适用于肱骨远端与尺骨近端的肿瘤切除重建。多采用绞链 式设计,假体柄分别插入肱骨残端与尺骨残端髓腔内。由于上 肢不负重,松动、折断等并发症较少,患者多能获得满意的 活动范围。

    5.人工椎体

    人工椎体已越来越多地应用于椎体肿瘤的切除重建,这对 于维持脊柱的稳定性十分重要。但要注意,单纯靠人工椎体是 很容易失败的,只有结合植骨才能获得永久的固定。

    6.其它人工假体

    骨干肿瘤的切除重建多采用大块植骨加内固定的方法,距 离关节较近的肿瘤有时则只能牺牲关节而采用人工假体,Chao[13]设计的生物固定组合式骨干假体是另一种优良的选择,可以 明显减少植骨用量。有关人工半骨盆与人工肩胛骨用于肿瘤 的切除重建,报告的例数较少,近期效果尚属满意,但其远期 疗效仍有待于观察。
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    六、骨肿瘤假体置换术的并发症及其处理

    随着骨肿瘤保肢术的普遍开展与患者生存期的延长,人工 假体的并发症亦在逐渐增多,如感染、假体松动、假体折断等 ,发生率远高于普通的人工关节置换术,这是因为广泛的软 组织切除、假体固定困难及术后应力增大带来的生物力学结构 的严重破坏所造成的[14]。其处理重在从适应证选择、改进假 体设计与固定方式等方面进行预防,当并发症已经出现时,则 应从以下几方面给予处理。

    1.感染

    感染是骨肿瘤切除人工假体置换术后最为严重的并发症(复 发是更为严重的并发症,但它主要与手术相关,而非与假体 有关),重度者常常导致截肢。当出现感染时,轻度者可加强 抗菌措施及局部换药,重者则要切开,彻底清创,采用闭式灌 洗引流,术后长期口服抗生素,一般需要6个月~1年。如感染 仍不能控制,则可考虑取出假体,进行关节融合术或行截肢 术。
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    2.假体松动

    一般均采用翻修术,尽量恢复原来的关节功能,但对于肩 、肘关节,由于残存的骨质较少,假体的固定会较为困难,建 议行关节融合术,保留一个外形近似正常而无痛的融合关节 。

    3.假体折断

    处理亦是翻修。材料学的发展已基本解决了普通关节置换 术后的假体折断问题,但对于骨肿瘤保肢术后的假体,折断仍 是不可避免的。翻修时宜采用设计更合理的假体,如将单纯 绞链式膝关节假体改为旋转绞链式,并采用复合固定方法[15],尽量减少假体本身承受的负荷。

    4.其它

    接受半关节置换的患者可能发生骨性关节炎,可改为全关 节置换[8]

    七、有关人工假体置换术的新进展
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    1.人工假体与大段异体骨复合重建术

    人工假体远期的松动、下沉及折断发生率较高,尤其是切 除的瘤段骨长度大于宿主骨全长的40%以上时[14],近年来有医 生采用人工假体与大段异体骨复合移植进行重建,即将相同 部位的大段同种异体骨套在人工假体柄的外面[16]。其优点是 异体骨经过爬行替代并与宿主骨残端融合后可大大加强对假体 的骨性包裹与固定,并能提供较好的软组织附着环境,故而 被广泛应用于骨肿瘤的保肢重建,缺点是异体骨来源困难,爬 行替代时间长(3年以上),感染率较高,使其应用受到一定限制。

    2.计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)在骨肿瘤假体 定制中的应用

    CAD/CAM是随着计算机应用技术与数控机床的发展而开展起来 的一项新技术。将CT/MRI扫描的数据资料经由CAD/CAM软件处理以 后,可以很好地在计算机内进行三维重建与模拟手术,并进一 步根据此结果定制假体,不仅可以很精确地制作出非常适合 术中要求的假体,而且大大缩短了定制周期。这在骨盆肿瘤的 假体置换中具有特别重要的意义,因为这些部位解剖构造不 规则,普通的平片与CT/MRI测量法很难达到理想的状态。缺点是 技术要求较高,基层医院开展困难。
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    3.组合式假体与可延长假体

    术前制作的假体有时不适合术中肿瘤切除长度和范围的要 求,假体柄长度和关节端大小可调的组合式假体就显得很有必 要。组合式假体不仅可以准确地恢复切除段骨关节的长度及 大小,而且可制成成套的器械箱,缩短患者等待定制假体的时 间(图1)[11,17]。此外,部分骨肿瘤患者骨骼未成熟,骨骺切除 必然带来远期的双下肢不等长,故对于年幼患儿还需要一种可 延长式的肿瘤假体。Schiller等[18]设计的假体较好地提供了这 一功能,由于需要多次手术,感染率高,目前已有组合式非侵入 可延长假体[19]。但不论是组合式假体还是可延长假体,由于 连接部位的增多,磨损会增加而可能导致机械失败,需进一步 研究解决。故这两种假体均处于研究阶段。t5101.gif (3316 bytes)
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    图1 组合假体示意图

    4.增强腱锚(enhance tendon anchor,ETA)

    肌腱、韧带的起止点重建是十分重要的,但一般的假体不能提供这种功能,Gottsauner-Wolf等[20]的增强腱锚对解决这一问题是一个很大的发展。其原理是在 假体需要缝合肌腱的部位加上一个特殊的结构,使植骨有效地 长入假体,同时用有垫圈的螺钉将肌腱固定在植骨块上,当 新骨在假体上产生生物固定时,肌腱也靠在植骨上的生长获得 了牢固的附着(图2)。试验表明,肌腱的拉脱强度几乎和健侧 一样,为今后的临床应用提供了很好的依据。t5201.gif (6377 bytes)

    图2 增强腱锚示意图
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    5.皮质外骨桥与长入性生长(extracortical bone bridge and ingrowth,EBBI)

    为赵以1001.gif (155 bytes)等(ChaoEY)[21]提出的一种典型的复合固定形式。 假体柄采用骨水泥固定,假体肩部经多孔化处理,表面植骨, 早期靠骨水泥,后期靠植骨诱导新骨形成并提供支架作用, 在假体肩部产生骨性包裹,获得生物固定,成功的关键是初期 固定坚强与自体植骨。临床与实验室的结果证实,假体的松 动、下沉与折断的发生率明显降低。新的研究表明,如果在植 骨的同时加入骨形态生成蛋白(BMP-7,BMP-1)、自体骨髓或从 胎盘中提取的多能干细胞,则可明显促进植骨的生长及重塑。

    总之,人工假体置换术是骨肿瘤保肢重建的一种重要方法 ,患者可以早期恢复肢体功能活动,近期效果十分满意,远期 效果也在不断提高,但仍存在较高的并发症,需要在假体设 计、固定、软组织重建方面深入研究,探索新的方式方法。应 慎重选择保肢适应证,配合有效的放、化疗,并严格按照肿瘤外科的手术原则切除肿瘤,使人 工假体保肢术更好地应用于骨肿瘤的治疗。
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    (收稿日期:1999-03-18), 百拇医药