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Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2020 Aug; 34(8): 956–958.
PMCID: PMC8171917

Ilizarov微循环重建技术的春天

跃良 朱

联勤保障部队第920医院骨科(昆明  650032) 联勤保障部队第920医院骨科(昆明  650032)

Ilizarov 教授自 1951 年发明环形外固定架,1958 年到莫斯科进行展示,1960 年左右发现“牵张成骨”原理,似乎无暇关注类似于基础医学的进展。然而其丰富的临床经验和敏锐的洞察力,促使他对缺血肢体的治疗进行了新的思考。他对 1 例下肢发凉、疼痛的 40 岁男性患者(疑似血栓闭塞性脉管炎)人为造成胫骨骨折(年代已无法考据,可能是在 1965 年-1972 年),经纵向骨搬移治疗后患者症状缓解。这种治疗方法在当时,甚至在今天都足以令人瞠目结舌,不被理解是必然的。

1972 年 Ilizarov 和 Ledjajev 共同提出了将皮质骨劈碎后横向搬移增粗骨的方法,并申请了专利。1976 年,Ilizarov 用该法为 1 例患者的小腿外侧塑形(这是历史上第 1 例横向骨搬移,为整形而生),且包含了腓骨横向搬移,重塑了骨的外形,他们再次对这一技术申请了专利。随后不久,Ilizarov 发现对小儿麻痹后遗症患者进行小腿横向骨搬移塑形时,肢体血供大大增加。于是 1982 年,Ilizarov 主动将胫骨横向骨搬移应用于 1 例脉管炎患者(这是历史上第 1 例以改善血供为目的而进行的横向骨搬移) [ 1 ] 。实际上,从这早期的 3 例典型病例,Ilizarov 已发现横向骨搬移不仅可以改善外形,还可以改善血供。之后,Ilizarov 的学生 Shevtsov 和同事们继续了该技术在缺血肢体领域应用的相关研究 [ 2 - 8 ] ,但由于前苏联医疗体制僵化,最终这些微循环重建技术没有在临床推广。

对于缺血、坏死、疼痛和创面感染的肢体,骨科医生一般采用截肢处理。在强烈的保肢意愿下,许多患者“死马当活马医”,寻求各种可能挽救肢体的技术。我国的血栓闭塞性脉管炎和糖尿病足患者数量庞大,而现有治疗手段相对薄弱,这为胫骨横向骨搬移技术的发展创造了良好条件。在各种因素的作用下,Ilizarov 微循环重建技术在中国推广得最为迅速。

2002 年 6 月,陈中伟院士探访了哈尔滨市第五医院,参观了曲龙教授的横向骨搬移病例 [ 9 ] 。他说了 3 句话:第 1 句,这个技术,加一个“微”字,加一个“网”字,叫做“微血管网再生技术”比较好;第 2 句,这个技术应该在显微外科领域发扬;第 3 句,显微外科以治伤为主,这个技术可以治病,前途无量。中国整个外科领域中,显微外科是唯一一个有源头贡献的学科,在世界上的地位举足轻重。然而这些年发展的主要方向依然是臂丛、再植与再造和皮瓣 3 个主要亚专科。由于“穿支皮瓣”和“超级显微外科”等概念的出现,大家的研究焦点集中在减少供区损伤、三维设计、数字医学辅助术式设计、手术更加精巧等方面,未能进一步拓展思路,摆脱传统技术和研究的限制。遗憾的是,虽然陈中伟院士当年预感到了这个技术的无限潜力,也终究没能引起显微外科领域的重视。

除了横向骨搬移技术外,骨的纵向搬移、畸形矫正等其他 Ilizarov 技术都具有微血管网再生和类似的临床效果。因此可以将这些技术笼统归纳为“Ilizarov 微循环重建技术”。

日本的 Yamano 是显微外科专家,也在临床实施 Ilizarov 技术,他意识到 Ilizarov 牵张引起的组织血供增加是再生,隶属于“Nanosurgery(纳米外科)”。Nanosurgery 的传统定义是指通过显微镜聚焦的激光束,在亚细胞水平改变细胞结构和功能的外科技术。Nanosurgery 的完成需要借助于各种 Nanotechnology(纳米技术)。但 Nanosurgery 的手术对象多是单个细胞或几个细胞,目前临床应用很有限。在牛津和新英汉词典中,“Nano”这一前缀有“纳”和“纤”的意思,因此以横向骨搬移为代表的 Ilizarov 微循环重建技术可以称作是“纤微外科”。这一名词符合“信达雅”的翻译标准,从一个侧面较好地反映了该技术微血管再生的内涵。

2. Ilizarov 微循环重建技术的内涵和深远影响

微血管再生及相关效应主要体现在横向骨搬移,但不局限于横向骨搬移,在纵向骨搬移、矫形和延长的诸多病例中都有体现。可以说,凡是有牵张成骨或者骨折再愈合的地方,都存在微血管网的再生。“问渠那得清如许,为有源头活水来”,良好再生效果的“源头”就是微循环重建过程的不断进行。

显微外科技术已经非常精细,超级显微外科的吻合血管更达到了 0.2~0.6 mm。对于 0.2 mm 的血管,使用 12-0 线吻合仅 3~4 针,是人类目前手工吻合的极限。显微外科无论是再植或皮瓣移植,一个手术充其量也就吻合数根血管而已(一般是“一动两静”),无法与横向骨搬移的大批微小血管再生相比。相比一两根知名动静脉而言,成批的微血管网再生能产生更大的动脉供血和静脉回血功能,从而提高组织再生的效率。

过去我们经常提到的外科四步曲:“Resection、Repair、Replacement、Regeneration”。其中,前三步人类医学已经实现,唯独第四步依然艰难。大家把对“Regeneration”的希望更多地投射到基因组织工程,然而数十年来,全世界能为临床所用的基因组织工程技术或产品凤毛麟角。恰恰是 Ilizarov 微循环重建技术,一枝独秀般地绽放出来。该技术甚至改变了传统的清创原则——坏死和感染组织彻底清创。横向骨搬移治疗糖尿病足的许多病例,只需要限制清创,以引流为主;治疗过程中坏死组织消失吸收,新生组织爬行替换。如果按传统原则彻底清创,就几乎等同于截肢,再生组织将没有机会爬行替换。

足底皮肤缺损,过去用显微外科技术修复,即使采用吻合皮神经的皮瓣移植修复,也很难产生保护性感觉反射,因此往往导致远期足底溃疡,甚至截肢。而胫骨横向骨搬移后的新生皮肤与原足底皮肤性质相似,厚而耐磨,且有保护性感觉。这恰好是组织基因工程苦苦寻找的靶向和原位组织再生。这一“再生”功能人人俱有、长期潜伏在体内,只需要一个恰当的刺激来复活而已。如果说,恶性肿瘤是无原则和不能被控制的组织侵袭和再生,Ilizarov 微循环重建技术再生的丰富组织则是已经病变或缺失组织的复活和替代,犹如一只上帝之手在协助引导组织的精确再生。在部分病例中我们甚至观察到了关节软骨上直接长出肉芽(前提是并未对软骨钻孔处理),以及肿胀数月的肢体在术后短短几天即消肿,这两种现象也是不可思议的,目前难以用常理解释。

Ilizarov 微循环重建技术不仅有局部营养增强作用,还有远处效应和全身效应。比如血栓闭塞性脉管炎患者,横向骨搬移后有的一侧肢体疼痛消失,同时对侧肢体疼痛也消失;有的每夜掉发停止,甚至 30 年无 1 根黑发的患者长出了黑发;有的恢复了原本丧失的性功能等。目前的分子生物学、临床检验数据和其他基础研究依旧无法解释这些远处效应。

最近德国 Grüneboom 团队在《Nature》上刊登了 1 篇重量级文章 [ 10 ] ,在骨骼中发现了全新的经过皮质骨的血管系统,能更好地解释 Ilizarov 微循环重建技术引起的诸多现象,但依旧是冰山一角。好在外科史上总是先有技术,后有基础研究的跟进。先寻找好的结果,再规范整个治疗流程,选择适应证和禁忌证。这一现象在 Ilizarov 微循环重建技术再次得到重复。

在所有神奇的横向骨搬移效应中,疼痛的迅速缓解是最有效和最引人注目的。有些脉管炎患者数年疼痛,数月加剧,甚至以整晚走动来减少疼痛,常规止痛药物包括杜冷丁几乎无效;甚至有患者屡发疼痛性休克、自杀。患者横向骨搬移术后疼痛缓解的原因无法用再生解释,但可以用“减压”解释。手术造成人为骨折和开窗,对肢体血供的刺激犹如功能性的交感神经松解;急剧增加的组织代谢导致血管扩张,并对交感神经系统分泌的收缩因子“无动于衷”。而早在 1981 年 Ilizarov 亲自领导的试验中就发现 [ 11 ] ,骨的牵张引发并维持了组织的再生,从而控制组织生长及炎症介质释放、缓解血管痉挛。血源性骨髓炎或慢性肢体缺血的骨内压增高,引发持续疼痛和微循环破坏,加剧了疼痛;而横向骨搬移术后骨内压可迅速下降到对侧肢体水平。

Ilizarov 曾经说过,有了血液就有了一切,感染在牵张中灰飞烟灭。这句话的内涵类似于中医的扶正祛邪。Ilizarov 微循环重建技术一切神奇疗效的源头是丰富的血液,是大量新生血管在应力下的再生。有了横向骨搬移或纵向骨搬移产生的空间,许多新生血管、细胞和组织进入,才有种种效应。所谓空即是色(物质现象)。因此,Ilizarov 微循环重建的内涵不可思议。

3. Ilizarov 微循环重建技术走向何方

近年胫骨横向骨搬移技术治疗糖尿病足颇受欢迎,大有自成一派的趋势。然而传统足踝外科和内分泌科对糖尿病足的治疗体系完全,大有可取之处。比如,重视糖尿病足的感觉丧失,通过支具来预防摩擦、减少溃疡再发等方法,可以很好地借鉴。另外,胫骨横向骨搬移治疗糖尿病足尚缺少远期随访的大宗病例报道,缺少各种局部和全身并发症的治疗经验。这些短板将是日后研究的方向之一。

Ilizarov 微循环重建技术应该走向手术的微创化和器械的简单化。随着治疗经验的积累,未来可以对临床病例中的缺血疾病进行细化分类,并挑选出最佳的适应证。除了肢体,理论上任何有缺血的部位都可以应用该技术,例如颌面、头颅和骨盆,甚至脏器周围、眼睛等,将来也许能打开新的天地。

我们有理由相信,在不久的将来,Ilizarov 微循环重建技术对骨科、内分泌科、血管外科、皮肤科、老年病科、神经内科、神经外科、小儿外科、康复科、基础医学的研究,将会产生深远的影响!

Biography

朱跃良,医学博士,副主任医师,联勤保障部队第 920 医院骨科副主任,硕士生导师。任中华医学会创伤学分会委员、云南省医学会显微外科分会副主任委员、云南省骨科医师协会外固定学组组长。主要研究方向:骨与关节感染、组织缺损和肢体畸形。对 Ilizarov 技术、皮瓣技术、膜诱导成骨技术有较丰富的经验。理念:肢体重建外科应该走向 Ilizarov 技术、Masquelet 技术和显微外科技术的深度融合

Funding Statement

云南省创伤骨科临床医学中心项目(ZX20191001)

References

1. Solomin L. The basic principles of external skeletal fixation using the Ilizarov and other devices. 2nd. New York: Springer, 2012: 1437-1448.
2. Shevtsov VI, Shchurova EN, Shchurov VA. Estimation of treatment of obliterating limb endarteryitis with Ilizarov device//Proceedings of a scientific conference on limb ischemia. Moscow, 1994: 257-258.
3. Shevtsov VI, Ir’ianov IuM Osteogenesis and angiogenesis in distraction osteosynthesis. Biull Eksp Biol Med. 1995; 120 (7):95–98. [ PubMed ] [ Google Scholar ]
4. Schurov VA, Shatokchin VD. Laser Doppler flowmetry in estimation of microcirculation//Laser Doppler flowmetry Ⅰ medical practice. Moscow: Meditsina, 1996: 92-99.
5. Sveshnikov AA, Shatokhin VD Bone marrow function during stimulating blood circulation in limb using method of prolonged ostogenesis. Annali travmatologii i ortopedii. 1996:38–43. [ Google Scholar ]
6. Brusko AG. Compensation mechanisms of local blood supply disturbances in fractures//Proceedings of Russian congress of traumatologists. Yaroslavl, 1999: 699-700.
7. Shevtsov VI, Shchurova EN, Shchurov VA Transcutaneous determination of oxygen and carbon dioxide pressure in patients with obliterating atherosclerosis of blood vessels of the lower limbs. Vestn Khir Im I I Grek. 1999; 158 (3):30–33. [ PubMed ] [ Google Scholar ]
8. Shevtsov VI, Bakhlykov IuN, Petrovskaia NV Peculiarities of repair osteogenesis during the transverse traction of the longitudinal diaphysis fragment under the conditions of intraosseus vessel preservation. Morfologiia. 2005; 127 (3):59–62. [ PubMed ] [ Google Scholar ]
9. 曲龙, 王爱林, 汤福刚 胫骨横向搬移血管再生术治疗血栓闭塞性脉管炎 中华医学杂志 2001; 81 (10):622–624. doi: 10.3760/j:issn:0376-2491.2001.10.013. [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
10. Grüneboom A, Hawwari I, Weidner D, et al A network of trans-cortical capillaries as mainstay for blood circulation in long bones. Nat Metab. 2019; 1 (2):236–250. doi: 10.1038/s42255-018-0016-5. [ PMC free article ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
11. Ilizarov GA, Shevtsov VI, Shatokhin VD Results of surgical thickening, modeling and leg elongation under ambulatory conditions. Ortop Travmatol Protez. 1981;(10):23–26. [ PubMed ] [ Google Scholar ]

Articles from Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery are provided here courtesy of Sichuan University