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实用小儿骨科学第3版第6节 Ilizarov肢体延长术（第1页）

“实用小儿骨科学（第3版）（..）”！

第6节

Ilizarov肢体延长术

一、Ilizarov对肢体延长术的基础研究

（一）张力-应力对组织的形成和生长的作用、延长段再生区的超微结构和生化观察

延长段再生区的中部有一生长带，延长过程中活跃的成骨均源于此带。延长后的固定阶段生长带逐渐骨化。受延长中张力-应力的影响，生长带的类成纤维细胞形成胶原纤维，其走行方向与牵开方向一致。在胶原纤维上，骨母细胞产生骨样组织。此骨样组织逐渐成为新的骨小梁，并远离中部的生长带。牵开期的全过程新骨生长在两端趋向成熟，即提高成骨活性（导致形态上和结构上的成骨）。类成纤维细胞存在于生长带的中部，长条形并延张力-应力的方向排列。这些细胞集中在毛细血管四周，超微结构检查发现这些细胞的特点是胞质中内质网（granularendoplasmicreticulum）和细胞核核仁均增殖。这是生物合成作用增强的两种典型所见。在类成纤维细胞四周有纵向排列成束的胶原纤维，也与牵开方向走行一致。凡固定坚固的，牵开区受张力-应力影响，表现为成骨作用活跃，成骨快，短时间内跨过软骨阶段直接骨化。骨母细胞产生骨样组织延胶原纤维走行，形成网状结构进而成为骨小梁。电镜检查生长区内骨母细胞的线粒体（mitochondria）的数量和体积均增加，并出现大而多的嵴，排列紧密。随后在胞质内质网出现空腔，其中充满核糖体（ribosomes）。这都说明代谢和蛋白合成活跃。拉长的骨母细胞及其细胞器（organelle），包括线粒体、Golgi体、溶酶体和中心体等也均与张力-应力方向一致。骨样组织、骨小梁和其中的骨细胞也沿纵轴排列。

对生长带的组织学也做了研究。生长区的代谢可因其成骨活性高而得到证实。成纤维细胞合成的碱性磷酸酶参与胶原基质的形成及其矿质化。在延长全过程中，成骨作用始终增强，生长区的丙酮酸（pyruvicacid）增多，有如乳酸脱氢酶降低氧耗一样，为生物合成提供能量。

新生的血管也沿张力-应力的纵轴走行，在理想的牵开条件下，第7天出现两类毛细血管：①毛细血管窦，管腔大，通向内皮细胞；②交通毛细血管，管径小。上皮细胞呈连续状。牵开21天后，张力影响产生新的毛细血管，其生长速度超过牵开的速度，血管内皮出现纵向和环形皱褶，新生毛细血管借许多交通支与牵开区四周软组织内的血管吻合，不论纵牵或横牵均出现这种形成血管的能力。

延长过程中，受张力-应力的影响，横纹肌的能量供应和蛋白合成都有变化。牵开后第14天（0.125mm6h）供氧的线粒体肥大，嵴增多，表面积扩大。取肌肉两端和肌纤维膜下（subsarcolemmal）标本可见肌动蛋白（actin）和肌凝蛋白（mysin）合成活跃。核仁小体肥大并出现核膜内陷（karyolemmalinvaginations），说明核仁的功能增强。在张力-应力影响下肌肉生长不仅是已有的肌纤维内肌原纤维的形成（myofibrilogenesis），而且有新的肌肉形成。新肌肉内细胞增多，出现肌母细胞，融合成肌管（myotubes）。新肌肉内肌纤维出现肌原纤维（myofibril）和肌节（sareres）。

血管壁平滑肌的生长也受张力-应力的影响，牵开的第1周末（0.125mm6h），在内皮下的内板间隙中出现活跃的血管壁平滑肌细胞。牵开第14天，活跃的平滑肌细胞又出现在血管的中间层。这种细胞（不同于有收缩性的肌细胞）有大量线粒体、核糖体（ribosomes）、胞质内质网和其他胞质内的细胞器。同时这种细胞也不同于正常动脉壁的肌细胞，其细胞核肥大、分散，细胞核内正染色质（euchromatin）功能活跃。这种平滑肌细胞生物合成、增殖活跃，在新形成的弹力结构间，细胞内的接触范围大、数目多。进而，平滑肌细胞的排列方向由通常的环形变为纵向，并在靠近弹力内膜处有细胞形成。这种动脉壁平滑肌细胞的形态变化与胎儿生前和生后的快速生长的动脉拉长非常相似。在张力-应力影响下，拉长的平滑肌细胞形态学表现为：①生物活性增加，平滑肌细胞数目增多，彼此紧连；②动脉壁内形成新的弹力结构；③平滑肌细胞纵向排列。具有上述类似表现的还有筋膜的结缔组织、肌腱、真皮、肌内膜、外膜、动脉外膜、神经外膜（epineurium）和神经干的神经束膜（perineurium）等。胶原纤维一般沿张力-应力的方向与成纤维细胞胞质内细胞器的方向一致。同时，在牵开过程中成纤维细胞的数目增多，彼此接触密切，不少区域连接紧密。这些都是胚胎、胎儿和新生动物成纤维细胞产生结缔组织的特点。成纤维细胞在牵开区的另一特征是Golgi体肥大，伴随线粒体、骨细胞微丝（cytoskeletalmicrofilaments）和内质网的增大，这种细胞的变化与B型胶原母细胞（collagenoblasts）相同，即典型的胚胎的结缔组织细胞。成纤维细胞内微原纤维（microfibrilla）的生命合成产物位于大的分泌空泡内或在内质网的小池内（cisternaeofthegranularendoplasmicreticulum）。有些可显示微原纤维绕过Golgi体而直接分泌到细胞周围间隙，表明分泌胶原和弹力纤维前体增多。进而，成纤维细胞的方向与牵开方向一致，新形成的胶原纤维的方向和结缔组织内新微循环血管的排列方向也一致。

如同正常肢体生长，拉长的肢体除受张力-应力影响也要受神经支配。延长7天，拉长的轴索由施万细胞的胞质突起包围，最后完全包裹轴索并彼此相连。牵开第21天，施万细胞拉长，螺旋状围绕轴索并形成鞘膜。这种变化，用电镜观察胎儿神经的形成已有了解，但在成年动物受张力-应力影响见于延长的肢体尚属首次发现。

皮肤也有相似变化。主要见于表皮的基底细胞层，牵开第21天，基底细胞明显呈圆柱状。长的染色质过多的细胞核也与细胞的方向一致，与基底膜垂直，基底细胞内可见很多丝状分裂。由于增殖的结果，基底细胞明显增厚（因而皮肤也变厚），达10层以上（对侧肢体皮肤内只有3～5层）。随之，增厚的基底细胞出现四个不同形态的层次：生长层、颗粒层、鳞状层和角质层。此系表皮基底膜增生的典型所见。此外，皮肤的附件也随张力-应力作用而活跃。牵引2l天，毛囊数目增多，皮脂腺和汗腺也如此，进而腺体，特别是皮脂腺肥大，毛根在真皮内彼此紧靠，不分散，与表面平行。进一步延长，则每个断面的毛囊数目持续增多，牵开侧毛囊内的毛发较对侧粗。

从超微结构角度研究，牵开区的细胞生长发育酷似胚胎、胎儿和新生儿的肢体，很多组织都可见到有线粒体、胞质内质网、核仁、Golgi体和其他组织的增生、肥大。细胞均按张力的方向拉长，同时也有细胞质内细胞器官的变长。截骨时保留骨内和骨外血管早已为人们所认识，并用于肢体延长术以及矫正畸形和治疗骨骼肌肉系统疾病。本技术可称为骨皮质切开（corticotomy）或称致密结构切开术（pactotomy），至于用哪种方法要看截骨平面。显然，经同一切口，又不横断骨髓很难做对侧面骨皮质截骨术。为此，不能达到的对侧骨皮质可在截骨同时加折骨术。临床也能证实保留骨髓和血管的重要性。作者医院治疗先天性侏儒延长上下肢时用同样的固定器，双侧固定相同只是偶伤一侧骨髓内血管，或截骨时一侧移动骨端过多，结果损伤少的一侧延长后成骨快而且坚强。临床用本法治疗骨折时也证明这个道理。很多闭合性横断骨折或短斜面骨折，移位轻的核素扫描，22天后同位素在局部聚集多，而移位超过骨横径的则聚集少。用环形固定器复位后，移位多的骨连接慢，反之则快。

动物实验表明，横向牵开区骨小梁在全过程中均与牵开方向平行。临床上可应用本原理增加骨的横径，解决美观及功能问题。如脊髓灰质炎并发骨萎缩，术后可使胫骨变粗近于正常。这种矫形可与肢体延长同时进行，也可分期手术。同样，治疗先天性胫骨假关节，增加骨的周径可防止连接后的再骨折。胫骨的骨干全长缺损的患者可延长腓骨，同时加宽腓骨，最后完成胫腓融合。

牵开区血管再生能力强，也可用于临床。对于闭塞性脉管炎引起的局部缺血，定位后在缺血平面纵劈胫骨，使用横向牵开设计的简单固定架。临床效果经血管造影和体积描记器（plethysmograph，测定某一器官或肢体大小变化，得知血液量的一种仪器）均证明周围血运改善，缺血症状减轻。

受张力-应力影响，皮肤及其附件生长活跃，可以此治疗皮肤大面积缺损、瘢痕、营养性溃疡而无需植皮。如逐渐拉长指间皮肤可治疗先天性并指而不需再植皮。

（二）延长时牵开速度和频率的影响

对肢体延长过程中骨形成的质量和数量因素进行的研究表明，骨形成的质量取决于延长器械的稳定，截骨局部保留骨膜、骨髓和营养血管的程度。每日牵开速度和频率不同，张力-应力对骨和软组织的作用各异。为此，对不同速度和频率影响的骨形成做了观察。

1.方法和材料

用狗的胫骨做实验，120只狗分为两组。第1组用手术截断胫骨，第2组用闭合折骨术。两组用相同的四个环形固定器，以张力克氏针连接上下骨端。

两组再各分为6个亚组，每组的第1亚组每24小时一次牵开1mm；第2亚组每24小时分4次（0.25mm6h）延长1mm；第3亚组延长1mmd，用自动撑开器（autodistractor），每24分钟延长0.017mm（相当于60次日）；第4亚组延长0.5mmd，分4次（0.125mm6h）；第5亚组延长0.5mmd，用自动撑开器，每24分钟延长0.0085mm，60次日；最后的第6亚组延长2mmd，0.5mm6h，4次日。牵开速度和频率关系见表7-2。

表7-2牵开速度和频率

每个实验动物，无论手术截骨或闭合折骨后，均单纯固定5～7日，然后进行28天延长，再固定6周。每周拍X线照片。各亚组中选1只狗按如下时间处死：截骨术或折骨术后7、14、21、28日，6周，2、3、4和6个月。用胫骨做组织学和生化检查。组织染色除一般方法外，特殊染色包括Gieson和银染。对牵开段组织的生化检查包括氧还原酶（oxidative-reductiveenzyems）、琥珀脱氢酶（succinyledehydrogenase）、碱性磷酸酶和ATP酶。此外，还做组织化学检查。活体组织取自牵开区及其四周。同时做扫描和透射电镜检查。准备、固定和染色均采用常规方法。

2.结果

用折骨术的实验动物，以0.5mmd速度，每次0.125mm，分4次牵开，其中34发生提早连接。这说明骨形成速度超过牵开速度。牵开区范围内在第10日时连接。切开截骨组实验动物的胫骨，以同样速度和频率牵开，虽骨形成显著，但不发生提早连接。

截骨后用自动撑开器以0.5mmd，60次日（0.085mm24min）的方法延长，骨断端之间充以致密的再生骨，牵开的第23天骨实变。

每日一次完成延长1mm，对成骨作用是有害的，闭合折骨组也不例外。闭合折骨后第28日，骨端之间部分区域充以低密度再生骨。若以相同速度（1mmd）而频率为0.25mm6h的方法牵开，则骨端之间充以致密骨，其中央部有2～4mm范围的生长带。

用自动撑开器，以1mmd延长的实验动物，其成骨尤为活跃，可看到生长带。

闭合折骨组的成骨活性也有显著不同。同样以1mmd速度延长，唯频率不同，均固定5日，延长1个月并经1个月固定，术后第60日可见明显区别。用自动撑开器以0.017mm24min的方法，牵开区内已形成骨皮质。此骨皮质与原骨皮质的厚度和密度完全相同。

若同样以1mmd速度，但以0.25mm6h频率牵开，第60日时牵开区的骨皮质尚不明显。每日1mm一次牵开的，骨端间无新生骨，要到第180日时才能达到用自动撑开器延长60日时的成骨程度。

有的动物用自动撑开器每日牵开1mm，其成骨速度超过牵开速度，第21日时发生提早连接。如继续延长，在原骨皮质和再生骨之间会发生牵开性骨折。

闭合折骨术组，延长速度最快的2mmd，q6h，牵开处第28天牵开区已有中等度的成骨；而横断截骨组只充以致密的结缔组织而无成骨。而截骨组每日一次延长1mm的，术后第28日在牵开区内仍充以纤维组织而不是骨组织。

牵开区活组织的组织化学研究表明延长速度和频率对成骨的质量和数量都起作用。琥珀酰氢酶的活性反应与氧代谢（aerobicmetabolism）水平（测定成骨作用方法之一）列为本实验的一部分。反应程度可用再生区细胞原浆phormasan蓝染度测定。细胞蓝染的越多，范围越大，说明需氧代谢水平越高。

无论截骨组或闭合折骨组，凡每日一次完成1mm的，其phormasan蓝染程度差，反映琥珀脱氢酶的活性低下，即牵开区内成骨作用不良。相反，以1mmd，0.017mm24min方法延长的，其蓝染程度更高。而以2mmd，0.5mm6h法延长的，蓝染程度又下降。

碱性磷酸酶法做组织化学检查也有相似所见。碱性磷酸酶可见于已矿化的骨样组织中。每日一次延长1mm的，再生区内碱性磷酸酶的活性低。每日分4次延长1mm的，此酶的活性分布不均匀，从中部向两端有所增加。用自动延长器以1mmd法延长的，全部再生区此酶的活性均增强，这说明再生区的各部分成骨速度高。

两组凡是每日延长2mm，q6h的，再生区内碱性磷酸酶均低于1mmd，q6h组，但高于每日一次完成1mm延长组。

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