2014年05月21日

现代颅骨修补材料的临床应用分析

  颅骨修补或成形手术是现代神经外科的普通手术,也是较早开展的颅脑手术之一,手术的成功重新还原颅腔封闭空间结构,避免颅骨缺损区脑组织二次损伤,有利于脑功能的远期康复;亦能达到美观效果,消除患者、心理上的恐惧及负担。但创伤、肿瘤等因素会造成脑组织缺损、脑血流循环障碍、脑脊液动力学改变,术后并发症发生率也较其他开颅手术高,存在不同程度脑积水、颅内积液、感染、癫痫等不良后果。适宜的手术时机、术式入及修复材料的选择等都尤为重要。不补材料都有各自的特点及利弊。

  目前颅骨修补材料主要分两类:天然材料分为自体骨和同种异体骨移植,另一种为合成材料又分为金属和非金属材料。

  多为复合甲基乙烯基硅橡胶夹针织涤纶网,经高温高压硫化处理后成型,是一种非金属颅骨修补材料,容易裁剪固定,隔热绝缘性好,具有良好的生物相容性,成形后外观满意,可透过影像学扫描检查,且价格低廉。但由于硅橡胶较厚,质地软,强度欠佳,术中修补边缘不平整、移位上翘,且不易固定,在缝合时容易撕裂,术后不良反应较多,且随着时间推移容易老化变形,对于儿童生长发育不利。近年来多有报道采用硅橡胶进行缺损颅骨修补存在不同程度的术后皮下积液、排异反应、颅内感染、修复术后外观仍有不足、容易松动等不良反应,故已逐渐较少单独运用。目前多用于口腔颌面外科组织修复如乳硅橡胶义耳、义齿、颞颌关节,骨关节炎关节软骨损伤修复等。

  骨水泥为丙烯酸酯类骨固着剂,固着吻合能力较强,坚韧性强于颅骨;塑形快、可多次塑性;植片后不易塌陷,具有较好的抗压性、抗冲击和防寒保温性。王广义等利用骨水泥进行颅骨修补取得满意效果,与硅橡胶进行比较,骨水泥具有较低的术后恢复时间、较低的材料费、较好的疗效优良率(95%v.s.82%),差异均有统计学意义(P0.05);张占英等认为对颅骨普通部位及眶额部位的缺损,在缺损部位用骨水泥制成模板后进行植片塑形,术后缺损部位从外观及眉弓、鼻根等凹凸弧度与光滑度均达到自体颅骨的形态;盖世英对8例患者运用骨水泥修补枕下乙状窦后入手术颅骨缺损,术后随访并发症发生率较低,与健侧对比修复效果满意。

  另一方面存在不同意见,胡家正等在骨水泥修补颅骨缺损术后放引流的情况下,皮下积液的发生率仍有11.8%;张肖建认为骨水泥制作过程中,因混合物在室温下固化时间较短,若塑型速度慢可致制作失败,固定性较差;Shah等认为聚甲基丙烯酸甲酯单体聚合凝固时会产热,散热过程中对局部脑组织有刺激,稳定性差,不临床使用;骨水泥植片成型后脆性强,易感染,术后并发症较多。

  自体骨瓣来源于自身供体,保持正常的弧度和厚度,大部分能达到解剖学修复,修补后骨性愈合,外观良好,保持正常颅骨的生理功能,吸收变形少,且骨细胞保持活性,骨细胞、血管具有潜在的再生能力,后期有利于生长发育;其次手术操作简便,具有良好的塑形性,原位修补再植后,保留在皮肌瓣上骨膜、周围正常骨及头皮结缔组织化生进行的转导成骨作用,能促进新生骨再生;另外自体骨瓣无免疫抗原性,在保存良好的条件下多不引起自身反应。

  王等通过对比108例数字化三维成形钛网及66例超低温保存自体颅骨用于修补额颞顶部缺损患者的临床资料,比较2组并发症发生率(9.2%v.s.12.1%)、塑形满意度(83.5%v.s.95.4%),并发症发生率差异无统计学意义(P0.05),塑形满意度差异有统计学意义(P0.05)。运用自体颅骨修复,不仅避免人工材料高昂修复材料费,同时避免异物感对患者产生的压力。

  自体骨的储存方式可能对术后骨质吸收发生率产生不同程度影响,股部皮下、腹壁瓣的使用需要在术后3月内骨瓣骨质吸收前取出修补,延后取出可见骨瓣变小,影响美观且塑形后容易出现局部松动。体外保存包括乙醇、蜂蜜浸泡,煮沸法,辐射、冰冻法等,目前认为超低温保存最为适宜,边剑平等通过离体颅骨不同储存方式,分别为常温、冰箱(-80℃)及液氮(-196℃)保存,3~6月后行手术将自体颅骨复位,术后18月随访超低温组未见虫蚀样变及骨质吸收者,未发生骨质吸收。

  利用超低温无菌保存的颅骨不变形、不缩小,保留正常完整的颅骨解剖结构,同时部分骨细胞存活回植后可形成骨性愈合。然而头部创伤的破损组织可能已有潜在的污染,进行冰冻骨瓣的保存后进行修补从而增加感染的机会,超低温也只是延长离体骨瓣的氧化时间,随着放置时间延长,回植后骨质吸收率逐渐增加,植入机体后周围毛细血管无法生长,局部微循环血供差,可能也是术后感染的主要原因之一,目前尚无明确的离体骨瓣冰冻保存时间,患者病情及康复情况也需同时考虑,因此不适合时间较长的颅骨缺损患者修补。

  钛合金以其良好的组织生物相容性、高强度的坚韧性,较低的感染率成为目前临床运用较广泛的颅骨修复材料,有利于后期肉芽组织贯穿生长固定,且不影响CT、MRI及脑电图扫描检查,干扰因素较小。目前常用的包括二维、三维钛网,根据实际情况选择合适的钛网。

  对于额部、颞顶部等缺损部位较小的颅骨修补,以及枕顶部等对于美观要求较低部位的缺损,经过简单的塑形裁剪,二维钛网完全可以达到完美的修补效果;对于颧突、眼眶上缘等形状不规则、凹凸曲度变化大的部位,普通二维钛网容易出现对比健侧外形差异大、钛网翘边、皮下积液等并发症,严重时钛网外露。而三维钛网保留了二维钛网的优良特性,结合计算机辅助技术高度还原了缺损颅骨三维解剖立体形态,术中直接覆盖骨窗边缘,少量钛钉即可牢靠固定,塑形满意较高,同时显著缩短全麻时间。

  谢超等采用二维和三维钛网对53例存在颅骨额、颞、顶不同程度缺损患者行修补手术,回顾性分析后得出,三维组术后感染、术后翘边和术后皮下积液发生率低于二维组,但差异无统计学意义;三维组在手术平均用时、螺钉平均使用数量和塑形满意度方面优于二维组,同时三维组住院平均费用明显高于二维组,差异均有统计学意义(P0.05)。另外还有菱形钛网,其强度及可塑性介于二维、三维之间,适宜手工塑形,利于组织的附着,但是清洗较困难,裁剪后会形成锐利的边缘,可能刺激软组织引起性疼痛。目前对于术中颞肌的处理方式一直存在热议。

  刘雪刚等主张行颞肌外钛网颅骨修补,颞肌外钛网颅骨修补术式简单,减少了术中损伤,有利于局部侧支循环,但术后仍影响咬合功能,且钛板外感染风险增加。任大斌等认为颞肌下颅骨修补术能恢复颌面部正常解剖结构,但由于损伤较大,术中出血较多,同时了刚刚建立起来的局部侧支循环,不利于脑功能的恢复。刘飞皎等对36例去骨瓣减压术后患者行改良三维重建钛网植入术,将钛网置于颞肌纤维与新生假膜之间。缩小颅底面覆盖范围,颅底面颞窝处距离骨缘1 cm处制备钛网,其余部分仍按常规超过骨窗1 cm。全部患者恢复良好,颞肌萎缩、咬合困难,咬合疼痛等常见并发症无一出现。

  吴磊等通过对58例额颞部颅骨缺损手术患者进行统计学分析,钛网覆盖于颞肌与硬脑膜之间钛钉平均使用量、颞肌萎缩率均低于钛网直接覆盖于颞肌外面的术式,同时得出钛网板嵌入颅底的最佳是三维模拟头像中外耳孔上缘与额骨角突的连线处。钛合金材料存在导电性、导热性,术后对电磁波干扰和温差不能控制,有报道称患者在使用手机会有不适感。目前仍有众多钛网研究,希望将来研究出理想的钛合金材料用于颅骨修补。

  颅骨组织工程就是利用组织工程学原理和方法,运用具有生物相容和生物降解性能的材料置入缺损部位,通过与细胞或生长因子相结合支持和引导骨生成,对缺损骨组织进行修复和重建。工程包括三要素即生长因子、种子细胞及生物支架。骨组织工程支架作为组织工程非常重要的要素之一,其制备方法和作用引起了广泛关注。支架材料包括天然及人工合成高、无机材料,天然材料来源广泛,但降解速度不易控制,力学强韧性不足;人工合成高材料有较好的力学强度,但易导致无菌性炎症;人工合成无机材料体内容易降解,但脆性较大。上述单一材料各有利弊,目前将几种材料进行混合或与细胞因子相结合成为组织工程支架的热点。

  Przekora等利用壳聚糖、β-1,3-葡聚糖、生物陶瓷作为支架材料,检测正胚胎及人骨肉瘤来源成骨细胞和小鼠颅盖骨细胞MC3T3-E1对支架的成骨特性。认为上述三种材料结合形成的支架能促进碱性磷酸酶的活性,增加细胞外基质合成,形成矿化结节;Villa等用胶原-羟基磷灰石作为支架材料,3周后完全填充颅骨缺损缺损,具有较好的细胞黏附率、力。

  陈小明等制备了羟基磷灰石/纳米微晶纤维素/丝素蛋白复活支架用于大鼠颅骨缺损部位修复,认为作为很有潜力的一种骨缺损修复材料将来可以应用于临床治疗骨缺损;Kim等运用硅元素和羟基磷灰石结合作为支架材料修复兔颅骨缺损,研究表明硅元素的存在提高了细胞的成骨分化,第8周新骨形成有很大提高。虽然目前骨组织工程支架有较大的发展空间,但仍存在困难,如支架材料的选择、生长因子缓释及种子细胞的获取问题。

  聚醚醚酮是2013年美国食品药品监督管理局(FoodandDrugAdministration,FDA)批准上市的新兴骨移植修补材料,为一种人工合成的芳香族以酮链相连接半水晶样多聚体。初期用于脊柱、髋骨手术,由于其生物机械性能与皮质骨相似,尤其对伴眶周、颧骨颧弓和部分上颌骨等不规整骨缺损,聚醚醚酮植入体能获得极佳的外形修复效果;其次还可用微型钛板、钛钉将聚醚醚酮与周围残留骨边缘进行坚强固定连接;另外聚醚醚酮能耐受肿瘤手术后的放疗,同时无不良反应产生。

  Marbacher等将聚醚醚酮材料用于颌面部、颞眶部及前额部等颅骨缺损患者的手术,术后修复美学效果满意;Rosenthal等通过分析2006至2012年65例接受聚醚醚酮植入物的患者得出:对大面积颅骨缺损患者来说聚醚醚酮是最好的选择;2013年南方医科大学洪咏龙等对一例颅脑外伤术后前额骨板完全缺失、左眶内侧鼻骨筛骨骨折内陷、左颧骨骨折下移的患者利用聚醚醚酮行颅骨修补术,术后复查材料贴合且固位良好,外形修复效果十分满意。

  术后随访未见植入体移位、感染和等并发症。目前国内还未见到大样本的临床追踪的随访报道,较少应用,另外聚醚醚酮植入材料的个体化设计和加工费用较高,再加上运输成本,目前还未列入医保范围,大部分患者难以承受,并且聚醚醚酮的远期疗效未知,需要继续观察。

  国外最新的Meta分析表明,早期颅骨修补仅缩短手术时间,减少术中失血量,并不能降低术后相关并发症发生率,甚至增加脑积水风险。相反,若脑水肿改善且无感染临床征兆或症状时,应尽早施行颅骨修补。夏金城对126例外伤性颅骨缺损患者行早期修补术,术后进行疗效分析,得出早期修补尤为重要;张晓冬等认为对外伤性凹陷性骨折患者,予以碎骨片摘除术后可立即进行颅骨修补术;对于性颅骨骨折行清创术后3~6月进行修补,当缺损部位较小且被肌肉覆盖不需要进行修补;当缺损部位发生感染,伤口愈合慢,头皮挫伤较严重于术后3月左右行修补手术;庞博对颅脑修补术早期组(去骨瓣减压术后5~8周)、中期组(去骨瓣减压术后9~12周)及晚期组(去骨瓣减压术后≥13周)就平均手术时间、皮瓣游离时间、术中出血量及术后并发症等进行统计学分析后认为在无明显手术禁忌证的情况下,去骨瓣减压术后患者伤情较稳定后要应尽快行颅骨修补术,有助于获得更好的认知功能和意识水平。故合理地把握后续颅骨修补的早期时间间隔窗尤为重要。

  综上所述,理想的颅骨修补材料应当便于影像学检查,不干扰CT、MRI扫描;同时质量轻、强韧度满意、组织相容性好,无反应、无毒性;机体内不腐蚀、可吸收,不易老化;对于临床医生操作简单、方便,另外还应价格合理,外观修复良好。目前钛合金和聚醚醚酮是临床适用的颅骨修补材料,但仍需大样本数据进一步阐明修补材料的优势、风险及成本效用比等。同时利用骨组织工程技术和3D计算机辅助打印技术,筛选出合适的新型复合材料,达到精准修复,降低术后风险,未来修补材料运用前景值得期待。

  来源:,张毅.现代颅骨修补材料的临床应用分析[J].神经损伤与功能重建,2018,13(07):355-357.