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腓骨生物力学研究及吻合血管腓骨移植修复与重建复杂性骨与关节缺损

甄平  
【摘要】: 1研究背景 传统的解剖学和骨科学教课书都认为腓骨是人类的一个退化骨,胫骨单独负担从膝关节传递至踝关节的重力,腓骨与骨间膜除作为小腿肌肉的起点外,鲜有负重功能。故成人腓骨干切除后一般认为对小腿负重无影响,也不致引起畸形,但下端必须保留,以保持踝关节的稳定,防止足外翻畸形发生。同样在临床上,腓骨体仅有支持胫骨的作用。作为下肢非主要负重骨,腓骨骨折后一般不予以特殊的外科处理,长期以来腓骨也不作为骨折内固定物的被施对象。故临床上常截取一段腓骨干作为植骨材料。随着显微外科技术的不断发展,国内外使用腓骨作为带血管骨移植材料修复与重建四肢骨与关节缺损的手术越来越普遍。由于腓骨对下肢的力学结构仅仅局限于踝关节的稳定方面,国内外均缺乏对腓骨干进行有针对性的生物力学研究。而全面地了解腓骨干的力学特性对完善腓骨移植的手术方法、更好地指导移植腓骨与受区骨骼形成坚强的骨性融合是极有必要的。通过对腓骨与受区胫骨生物力学特性的对比,可有助于了解移植腓骨能否与被移植胫骨实现良好的生物力学匹配。在解剖上腓骨为坚硬的皮质骨,同时腓骨的血管丰富,既有骨膜又有滋养血管两套血液循环供给,作为活骨腓骨移植时连接部骨愈合快。正是由于腓骨的长管状骨属性和足够的可供移植长度,其血供丰富、血管蒂解剖恒定、血管口径相对较粗易于吻合、供区功能损伤小,可携带腓动脉穿支皮瓣进行复合组织移植等优点,现已广泛应用于临床修复长段骨缺损并取得显著疗效,被公认为是临床治疗骨缺损、骨不连及骨延迟愈合等难题的最好选择。但对于一些特殊部位复杂性骨折及骨缺损,常规的吻合血管腓骨移植则不能满足临床需要。故有必要对带血供腓骨移植进行拓展,以更好地满足临床上特殊的复杂性骨与关节缺损修复与重建的要求。 2研究目的 2.1研究腓骨的基本生物力学特性,为腓骨移植用作骨损伤修复重建探明理论依据。通过胫腓骨生物力学对比,为临床腓骨活骨移植后对胫骨的支撑效果提供理论论据。 2.2对带血管腓骨进行拓展,使之扩展为仅吻合一组血管的腓骨复合组织瓣移植,通过一期手术实现胫骨严重开放性粉碎性骨折的骨与软组织损伤的修复与重建。 2.3设计出带血供的多节段腓骨进行移植,即保留腓骨表面肌袖、骨膜及血管束完整的条件下,将腓骨于中段或其它处横行截断,两节段或多节段的腓骨可由同一组血管来源同时获得良好的血运,这就为临床上需要多个节段皮质骨支撑的复杂性骨与关节缺损的修复提供了良好的保证。 2.4骨髓炎一直是临床难以治疗的顽疾。在结合局部抗菌素灌注的前提下,通过将吻合血管腓骨移植于胫骨全段骨髓炎病灶中,以期实现活骨的腓骨移植后起到抗炎、骨支撑及活骨植骨的三重效果。 3研究内容和方法 3.1采用健康成人胫、腓骨标本共16具。其中8具行轴向压缩实验,获取胫、腓骨最大轴向压缩载荷、应力、抗压刚度、能量吸收值等指标。另外8具用作三点弯曲实验,测定二者的最大弯曲载荷、弯矩、抗弯刚度、能量吸收值。胫、腓骨对应指标之间采用配对t检验对比分析. 3.2通过对腓骨血供解剖学的研究,设计出仅吻合一组血管束的腓骨复合组织瓣。即利用供应腓骨血运的腓动静脉血管束末端发出皮支分布并营养小腿外侧皮肤的特点,切取成带血供腓骨复合组织骨皮瓣。腓骨复合组织瓣在切取时与带血供腓骨切取过程类似,在切取带血供游离腓骨术中同时携带腓外侧皮瓣。术中仅需将腓动静脉血管束有弓状动脉腓骨分支及皮支共同保留,并保持腓骨与腓外侧皮瓣的完整。小腿外侧皮瓣切口呈梭形,纵轴以腓骨后缘的腓血管为基线,先沿皮瓣前缘弧形切开皮肤,在深筋膜下向后游离皮瓣到腓骨后缘,辨认由腓血管发出的供养腓骨的滋养动脉分支和供养小腿外侧皮肤的皮支,根据皮支血管的分支情况调整皮瓣切取的范围及远近端。保留腓骨表面0.5cm厚的肌袖的情况下将附着于腓骨前外侧的肌肉切下,根据所需腓骨长度在预定的腓骨截骨平面用线锯截断腓骨上下端,切开胫腓骨骨间膜后使截下的腓骨段有较大的活动度。再沿皮瓣后缘切开皮肤,在深筋膜下分离至皮支血管的后缘,保持腓骨及皮瓣的相连及腓动静脉血管主干发出至腓骨的弓形动脉和皮瓣分支的完整,将腓骨后侧附着的肌肉剥下,直视下显露出远近端腓动静脉血管主干,根据受区手术完成情况离断腓动脉及腓静脉,将游离的腓骨复合组织骨皮瓣用湿盐水纱布包好待用。对30例胫骨严重开放性粉碎性骨折的一期修复与重建中,将游离带血供的腓骨复合组织骨皮瓣移植于彻底清创后的受区中,腓骨上下端各插入胫骨骨折两断端髓腔中,腓骨两端各用1-2枚螺丝钉水平固定于胫骨上,将有骨膜相连的胫骨较大骨折碎片按原位松散贴附于腓骨骨干四周。腓动脉血管束与受区血管进行显微镜下高质量吻合。术后除常规抗菌、抗血栓及抗血管痉挛处理外,密切观察皮瓣的颜色以了解移植腓骨的血运情况。术后伤肢辅以长腿石膏或支具外固定,固定时间为8-12周,门诊定期拍X线片以了解胫骨骨折愈合情况,根据腓骨与胫骨融合情况拆除外固定进行有限的负重及功能锻炼。 3.3通过对腓骨血供解剖学的研究,设计出仅吻合一组血管束的折叠腓骨及折叠腓骨复合组织瓣移植。5例依尺桡骨的双骨缺损的长度来设计双折腓骨的截骨处,为了保留肌袖下的弓形动脉、骨膜及血管蒂完整,在腓骨截断处纵行切开肌袖、骨膜约1.5cm,用微形电锯横行截断腓骨骨干,这样就完全保留被截断腓骨段的骨膜、肌袖及其弓形动脉的完整。双段腓骨并行排列,双折腓骨间为连续性存在的骨膜、肌袖、血管束来维持,两节段腓骨均可由一组血管供血。将其移植于尺桡骨骨缺损处,双骨同时穿髓内针固定,使该双折的腓骨支撑于尺桡骨骨缺损处,将腓动静脉近端分别与受区尺桡动脉及头静脉进行吻合,即一组血管供应两节段腓骨的血运。对1例尺桡骨骨折术后并发骨髓炎及前臂皮肤软组织缺损病例,设计的带腓外侧皮瓣的折叠腓骨复合组织瓣一期修复与重建尺桡骨与周围皮肤软组织缺损。 3.4切取超长节段带血供腓骨,移植于胫骨全段骨髓炎病例15例。术前一周行股动脉置管局部敏感抗菌素持续定量灌注,术中切取对侧吻合血管游离超长节段腓骨待用。胫骨全段骨髓炎先行皮质骨纵向开窗,将髓腔内炎性及坏死组织彻底清除,双氧水和敏感抗菌素稀释液脉冲冲洗,将腓骨移植于胫骨开窗的骨髓腔内,上下各用1-2枚螺丝钉固定。将腓动静脉分别与胫前动静脉显微镜下用9/0无损伤缝线行端端高质量吻合。通过带血供的腓骨移植对胫骨骨髓炎起到抗炎、骨性支撑及活骨植骨的三重效果。 4研究结果 4.1轴向压缩实验中,胫骨最大压缩载荷值及能量吸收值均显著性高于腓骨(P0.001)。但是,二者之间抗压刚度,腓骨并不低于胫骨(P0.05);应力比较,腓骨显著性高于胫骨(P0.001)。三点弯曲实验,胫骨最大弯曲载荷值、抗弯刚度及能量吸收值均显著性高于腓骨(P0.001)。然而,抗弯弯矩统计学比较,胫、腓骨之间并无显著性差异不低于胫骨(P0.05)。 4.2吻合血管腓骨复合组织骨皮瓣移植一期修复与重建胫骨严重开放性粉碎性骨折中,30例移植的复合组织皮瓣全部成活。3例术后24-48小时内出现动脉血管危象,及时行探查修复,均为动脉吻合口处血栓形成,2例经原位再吻合、1例经取静脉架桥后移植组织完全成活。伤口一期愈合23例,术后伤口延迟愈合7例,伤口渗出液细菌培养均为阴性,经换药后伤口均在术后3周-6周内愈合。本组病例术后随访时间5个月-7年,平均3.5年。术后X线片检查移植腓骨与胫骨平均在1.8个月时已有骨愈合征象。术后3.5-4.5个月即形成良好的骨性愈合。无骨不连及骨折不愈合病例。最长随访时间为7年1个月,移植的腓骨在负重应力刺激下明显增粗,胫骨骨折碎块已与移植腓骨形成骨性融合,肢体负重良好。术后下肢肢体功能评价内容包括负重疼痛、关节活动度及能否恢复正常工作。总分5分以上为优,4分为良,3分为可,2分为差。本组优良25例,可3例,差2例。 4.3吻合血管折叠腓骨移植一期修复与重建尺桡骨双骨缺损,4例术后双骨骨愈合时间平均为2.4个月,无一例发生患肢短缩、前臂肌肉肌腱松驰,术后前臂旋转无受限,前臂功能恢复良好。吻合血管折叠腓骨复合组织皮瓣移植治疗尺桡骨双骨骨不连及骨缺损合并前臂皮肤软组织缺损1例,术后皮瓣成活。尺桡骨双骨的骨愈合时间为3.5个月,无骨髓炎复发。 4.4采用超长节段带血供腓骨移植治疗胫骨全段骨髓炎,15例骨髓炎均得到完全治愈,移植骨与受区胫骨实现骨性融合,骨愈合时间平均3.8个月,随访时间1.5-3年,15例无骨髓炎复发。 5结论 5.1生物力学实验结果提示,腓骨用于胫骨缺损修复有较高的刚度,单位截面承载垂直压力能力强,抗弯曲挠度高。但是,腓骨远较胫骨抗损伤能力差。所以腓骨移植的优势在于骨损伤修复的同时可以生物固定,在于腓骨移植后可以经再塑形而抗损伤能力逐渐提高,指导临床腓骨移植用于骨缺损修复时不应一味要求最初的生物力学指标。 5.2采用吻合血管的腓骨复合组织皮瓣移植可有效地对胫骨重度开放性粉碎性骨折进行一期的修复与重建,用一种外科术式实现骨折固定、活骨植骨与胫前皮肤软组织缺损的同期修复。移植的腓骨既可作为骨折的固定与支撑材料,又因活骨移植故血供充分,植骨愈合过程快,复合组织的小腿外侧皮瓣既起到覆盖开放性伤口创面的作用,又可对移植腓骨段的成活起监测作用。移植腓骨在骨愈合后随逐渐负重,腓骨骨干可逐渐变粗,同时胫骨骨折碎片逐渐与移植腓骨的骨干相互融合,移植的腓骨对胫骨粉碎性骨折的骨性支撑起到“生物性髓内针”的作用。 5.3对尺桡骨双骨缺损及尺桡骨双骨缺损合并前臂皮肤软组织缺损病例,采用吻合血管折叠腓骨或吻合血管折叠腓骨复合组织皮瓣移植进行复杂性骨与软组织缺损修复与重建有不可替代的优势。避免了分期多次手术及前臂短缩等弊端,最大限度恢复前臂功能。 5.4采用吻合血管超长节段腓骨移植治疗胫骨全长骨髓炎,包绕于肌袖内并有独立大口径血供系统的腓骨具有丰富的血液供应,是良好的抗感染植入修复骨,它不但用于修复骨缺损,而且也能增强受区抗感染能力。同时腓骨瓣移植填塞了病灶清除术后遗留的死腔,局部血运得到改善,抗生素浓度提高,对控制感染十分有利,减少了感染复发及再次感染的机会,为一期成功植骨提供了条件。


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