王宇波，任笑春，季 平，，3

（1.重慶醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院，重慶，401120；2.口腔疾病與生物醫(yī)學重慶市重點實驗室，重慶，401120；3.重慶市高校市級口腔生物醫(yī)學工程重點實驗室，重慶，401120）

1 大段骨缺損的定義

大段骨缺損在有的文獻中也被稱為“臨界骨缺損”“極量骨缺損”。骨缺損的病因是多種多樣的，伴有軟組織和骨膜剝離的高能量創(chuàng)傷（特別是在嚴重的開放性脛骨骨折中）、爆炸傷、需要廣泛清創(chuàng)的感染和腫瘤切除都可能導致嚴重的骨缺損[1]。目前尚未有對于大段骨缺損統(tǒng)一的定義。一般來說，“臨界大小”的缺損被認為是不能自行愈合、需要進一步的手術干預如自體骨移植的缺損，文獻中一般認為大段骨缺損長度大于1-2cm、骨周長損失超過50%[1]。然而，這受到缺損的解剖位置和其周圍軟組織的影響。骨不連與臨界骨缺損是不一樣的。在骨不連中，細胞和分子信號通路以及生物力學穩(wěn)定性受損，與大段骨缺損相比，后者通常有足夠的生物力學穩(wěn)定性[1-3]。

有許多因素影響骨缺損的自發(fā)愈合能力，其“臨界大小”取決于絕對大小和相對大小、是否有周徑骨丟失、解剖位置（骨干/干骺端/關節(jié)）、軟組織、患者年齡、是否存在慢性疾病或其他并發(fā)癥[1-3]。大段骨缺損需要骨重建，金標準是髂骨移植[1]。自體骨移植有許多缺點，因此確定哪些缺損在不需要額外治療的情況下能自然愈合至關重要。當人們比較股骨和脛骨節(jié)段性缺損的預后時，就可以看到解剖位置的影響。股骨節(jié)段性缺損通常具有良好的軟組織環(huán)境，且6-15cm長的節(jié)段性缺損的自發(fā)愈合已被報道[4]。相比之下，有報道稱脛骨缺損大小大于1-2cm，超過皮質(zhì)骨周長的50%，卻又缺乏自發(fā)愈合[5,6]。在一項臨床試驗中，1125例患者中有37例（3%）有臨界大小的缺損，長度大于1cm，皮質(zhì)骨直徑缺失超過50%，然而，47%的患者在沒有其他干預的情況下能達到自體愈合[3]。在Haines的一項研究中，用髓內(nèi)釘治療開放性脛骨骨折，缺損大小和感染與否是主要的決定預后的因素，并且影像學上骨缺損間隙不到2.5厘米的患者同期就能達到54%的愈合水平，而缺損大于2.5厘米的患者則不會[7]。

總之，對于大段骨缺損的定義和治療目前尚未達成共識。判斷是否是大段骨缺損的標準仍是能否發(fā)生自發(fā)愈合。

2 大段骨缺損的動物模型

許多大段骨缺損模型已被用于評估骨移植替代物的療效。這些模型可分為四大類，包括節(jié)段性長骨缺損、顱骨缺損、部分皮質(zhì)骨缺損和松質(zhì)骨缺損(鉆孔)[8]。其中，節(jié)段性長骨和顱骨缺損模型已被廣泛用于臨界尺寸缺損骨愈合的基礎研究[8]。小動物模型(小鼠、大鼠和兔子)因為成本較低，更容易被倫理接受，通常用于基礎研究或篩選實驗。此外，當人們打算將異種異體資源(人間充質(zhì)干細胞、人富血小板血漿、人骨髓濃縮液等)應用于動物的大段骨缺損時，也使用了免疫缺陷小鼠和大鼠[9-14]。與小動物相比，大型動物(狗、豬、山羊和綿羊)具有與人類相似的優(yōu)勢，包括解剖學、生理學和生物力學特性，以及相似的構(gòu)建缺損的外科手術；大型動物適合進行更高級的臨床前實驗[15]，但它們價格昂貴，需要更多的時間和精力來進行護理。

小鼠和大鼠通常被用作股骨或顱骨大段骨缺損的模型。兔已被用于橈骨或尺骨缺損模型[17]。在大型動物中，羊是常用的大型動物物種，用于模擬大段長骨缺損，最常見于脛骨[16，17]。狗、山羊和豬也被使用，但它們的長骨與人類的長骨相比相對較短[15，17]。股骨和脛骨大段骨缺損需要使用固定技術進行固定，例如外固定支架、鋼板、螺釘或髓內(nèi)釘。有趣的是，在橈骨和尺骨骨缺損模型中，由于橈骨和尺骨通過骨間膜牢固地連接在一起，骨缺損無須任何固定裝置即可穩(wěn)定下來[16,18]。此外，顱骨骨缺損模型不需要任何穩(wěn)定裝置。

長骨和顱骨有很大的不同[19]。長骨來源于側(cè)板中胚層，主要通過軟骨內(nèi)成骨形成，而顱骨是扁骨，來源于近軸中胚層和神經(jīng)嵴，主要通過膜內(nèi)成骨形成。這些骨骼的血管供應也很獨特。長骨有三種血供來源:營養(yǎng)血管、干骺血管和骨膜血管[20]。營養(yǎng)血管通過各自的孔進入骨內(nèi)，到達髓腔，分布分支，向髓腔和皮質(zhì)骨供血;骨膜血管供應外皮質(zhì)骨[21,22]。另一方面，顱骨的血液供應是由骨膜血管輸送的。

因此，在選擇大段骨缺損動物模型時，應考慮適合所要探索的研究問題的骨缺損類型。此外，根據(jù)每項研究的臨床相關性，還應考慮動物種類、解剖部位、缺損大小、固定方法以及年齡和性別。

3 頜骨大段骨缺損

口腔頜面部是一個復雜的區(qū)域，包括骨軟骨組織、神經(jīng)和血管系統(tǒng)、皮膚以及牙齒和感覺器官[23]。造成該區(qū)域顯著缺損的原因有多種，如外傷性撕脫、放射性骨壞死(ORN)、雙膦酸鹽相關性頜骨骨壞死(BRONJ)、良惡性腫瘤及囊腫切除等[24]。頜面部大型缺損的自然修復機制有缺陷且進程緩慢[25]。因此，輔助骨再生手術對于確保在短時間內(nèi)形成足夠的骨至關重要。如何重建硬組織缺損以塑造合適的面部形態(tài)并恢復功能是口腔頜面外科醫(yī)生面臨的重大挑戰(zhàn)。目前修復頜面部大段骨缺損的方法主要是自體骨移植、異體骨移植及人工骨移植。其中，自體骨移植成骨能力強，但骨量有限；異體骨移植有免疫排斥風險；人工骨種類繁多，與組織工程結(jié)合能發(fā)揮巨大潛力。

自體骨移植具有相當高的遠期成功率(高達70%)。幾十年來，自體移植物作為一種天然生物材料，與其他類型的材料相比，由于其優(yōu)越的成骨性、骨傳導性，被認為是金標準[24,25]。骨皮游離皮瓣，尤其是腓骨游離皮瓣，是最常用的用于臨界尺寸的自體移植物[27]。它們還能避免出現(xiàn)組織相容性問題和免疫排斥[29]。傳統(tǒng)技術的主要缺點是移植物供區(qū)與受區(qū)部位的高發(fā)病率、手術時間的增加和住院時間的延長。從口外部位獲取移植物會增加血腫、疼痛和感覺障礙、腹部內(nèi)容物突出、骨盆不穩(wěn)定和感染的風險。同樣，在大于6 cm的巨大缺損中，有失敗率增高的風險[30]。

與傳統(tǒng)治療方法相比，用生物材料治療骨缺損是非常有前景的。目前治療臨界骨缺損的另一種治療方法是骨搬運技術，但這對患者來說是極其繁重和痛苦的[31]，手術后的恢復可能需要數(shù)月至數(shù)年時間。生物材料提供了一種新的治療方法。新型生物材料支架、干細胞、骨髓抽吸濃縮物、富血小板血漿(PRP)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白療法目前可用于治療大段骨缺損。

3.1 骨髓抽吸濃縮物（BMAC）

骨髓抽吸濃縮物中含有能夠參與成骨的骨祖細胞群[32]，它與多種不同的骨傳導載體復合材料結(jié)合，來遞送能夠成骨的骨髓成分。這代表了骨缺損治療的一個生物學策略。骨髓祖細胞從髂骨獲得，植入具有微孔結(jié)構(gòu)的骨傳導基質(zhì)材料上，為細胞提供一個穩(wěn)定和血管化良好的環(huán)境，然后將這種成骨結(jié)構(gòu)植入缺損處。所使用的支架包括顆粒脫礦骨基質(zhì)（DBM）、膠原海綿和多孔羥基磷灰石陶瓷[33]。一項對249項評估BMAC治療骨缺損的研究的薈萃分析顯示，與對照組相比，所有的研究均顯示對骨愈合有統(tǒng)計學意義上的改善[34]。Hernigou等人報道了用離心法測定骨髓抽吸物的濃度對骨愈合的影響[32]。作者報道了使用髂骨抽吸濃縮物聯(lián)合和不聯(lián)合DBM治療3-4cm以下骨缺損的良好愈合率。他們還報道，接受祖細胞少于1000/cm3和祖細胞少于30000的患者愈合率顯著降低。使用DBM復合移植物聯(lián)合骨髓抽吸濃縮物的療效優(yōu)于或近似于自體髂骨移植物的治療效果[35,36]。最近的一系列研究表明，用BMAC植入牛DBM支架后，成功愈合了達14厘米的長骨節(jié)段性缺損[36]。目前，使用BMAC的Ⅰ級臨床證據(jù)很少。研究表明，更高濃度的骨髓細胞可以增強骨折修復，但可用于治療臨床上的最大缺損的尺寸尚不清楚。

3.2 富血小板血漿（PRP）

目前，還沒有Ⅰ級證據(jù)表明富血小板血漿（PRP）單獨使用或與其他材料聯(lián)合使用對骨愈合有顯著影響。有證據(jù)（Ⅲ和Ⅳ級）表明PRP作為一種局部骨移植的輔助對骨愈合有積極的影響，它能增加骨不連時骨沉積的速度，提高骨再生和融合的質(zhì)量，特別是足部與腳踝手術[37]?？偟膩碚f，目前缺乏足夠的科學證據(jù)來支持單獨使用PRP或與其他骨移植物聯(lián)合使用來治療骨缺損的療效。

3.3 誘導蛋白

誘導蛋白的使用已被批準用于開放性脛骨干骨折，對節(jié)段性骨缺損的重建具有積極影響[38,39]。Jones等人使用BMP-2聯(lián)合同種異體骨治療急性節(jié)段性脛骨缺損，并與單獨自體骨治療組進行比較。在這個Ⅰ級臨床試驗中，平均缺損大小為4cm（最高可達7 cm）。兩組患者的并發(fā)癥發(fā)生率和預后均無顯著性差異，愈合率相似。該研究提示rhBMP-2同種異體植骨術治療脛骨缺損與自體植骨術一樣安全有效。

近年來，Melville等人提出了一種新的組織工程技術，將同種異體骨、BMAC和rhBMP-2結(jié)合使用，與傳統(tǒng)的自體移植方法相比，該技術具有侵入性小、術中時間短、成本低、供區(qū)發(fā)病率最低或無供區(qū)發(fā)病率的優(yōu)點，可用于頜面部大面積缺損的即時重建[40]。支架是一種三維框架，細胞可以附著在其上并在其上增殖。骨是重建骨骼的良好支架；同種異體移植物如肱骨具有承受咀嚼負荷所需的強度。大量文獻均報道了經(jīng)口或口外入路的即時和延期重建，雖然首選的技術大多是即時重建，但在術后廣泛軟組織缺失的情況下，延期重建更加合理。充足的軟組織是手術成功的關鍵因素；足夠的軟組織能保證初步的防滲漏的無張力關創(chuàng)，以防止細菌污染。如果軟組織量不足，則進行帶血管的游離皮瓣移植，隨后進行延期組織工程重建?？谇粌?nèi)入路必須特別小心，因為組織工程骨移植物極易受到唾液滲漏和移植物細菌污染的影響[41]。

盡管有越來越多的在重建頜面部大段骨缺損方面的進展，該技術仍面臨一些挑戰(zhàn)。添加rhBMP-2的一個不良反應是術后不可避免的腫脹，這是由于rhBMP-2的類似炎癥細胞因子樣的性質(zhì)，類固醇對其影響很小。因此，術前預防措施是必要的。當rhBMP-2與可吸收的膠原海綿結(jié)合作為載體時，可在手術后三周內(nèi)將蛋白質(zhì)持續(xù)釋放到骨形成環(huán)境中，然而可能出現(xiàn)骨再生部位血管生長受阻和軟組織受壓的并發(fā)癥[42]。另外，BMAC的獲取也有一些禁忌證，如先天性疾病、代謝性疾病、惡性腫瘤或獲取部位有創(chuàng)傷史的病例，年輕患者(<18歲)應謹慎使用[43]。無血管化的同種異體移植物極易受到細菌污染[44]。支架與缺損的不匹配以及個性化定制的支架是面臨的另一個挑戰(zhàn)，因為該過程可能需要多個步驟、設備部件。此外，目前的技術只能實現(xiàn)均質(zhì)性的骨結(jié)構(gòu)的再生，而腫瘤消融或創(chuàng)傷引起的顱面缺損的臨床情況大多需要多種組織的工程化，包括軟組織、硬組織和神經(jīng)組織。顳下頜關節(jié)包含骨、軟骨就是一個例子。在復雜的情況下，下頜支或顴骨顴弓缺損，可能需要重建顳下頜關節(jié)(TMJ)。由于軟骨缺乏血管，TMJ具有較差的再生能力。三維打印技術的出現(xiàn)在復雜骨缺損的再生方面取得了顯著進展。該技術可實現(xiàn)個性化支架的構(gòu)建[45]。多層支架的設計創(chuàng)造了一個血管網(wǎng)絡，可以更好地在骨缺損部位中實現(xiàn)代謝產(chǎn)物交換[46]。

4 總結(jié)

隨著對頜面部大段骨缺損修復方法的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)人工骨材料與組織工程技術結(jié)合有著巨大的應用前景。在骨材料中加入生物因子、藥物、種子細胞等，能有效促進骨形成。目前的文獻表明，在短期隨訪中，使用大規(guī)模可移植、血管化和可定制的骨材料來重建頜面部骨缺損是有潛力的。這種方法可能是目前臨床治療方法的一種替代方法，隨著對未來頜面大型缺損重建的更深層次的認知，有必要進一步進行大樣本和長期隨訪的研究來得出確切的結(jié)論。