韩永台 孟宪国 陈百成 中国矫形外科杂志1999年1月第6卷第1期
由外伤、炎症、骨肿瘤摘除等各种病变治疗造成的骨缺损是临床上经常遇到的问题，骨缺损达到一定距离后不能骨性愈合，一直是骨科修复领域中的难题。随着医学及生物材料学的发展，应用膜技术诱导组织再生，是近年来骨科修复骨缺损中的一个新课题［12］，为正确分析骨不愈合的原因，创建、恢复骨再生的环境提供良好的模型。作者将近年来国内外膜诱导技术研究现状综述如下：
1 膜诱导组织再生的概念
膜诱导技术的理论基础是不同组织细胞向缺损内生长移行（migration）的速度不一样［3］。利用膜技术对组织生长起机械性阻碍作用，人为控制周围组织长入骨缺损区，同时为骨细胞提供一个空间，保证骨细胞在骨缺损区的生长修复。即膜诱导组织再生（Membrane guided tissue regeneration，MGTR）。
2 膜的要求
MGTR是通过膜来体现的，因此，有许多关于膜的研究。Nyman等［4］首先创用了膜技术（membrane technique），其基本要求是膜既允许营养物质通过，又必须能隔离周围结缔组织细胞长入，同时要求膜材料具有良好的生物亲和性，以使膜在留置体内期间不发生排斥反应。
3 膜的种类
目前试验和临床应用的膜的种类很多，按其生物学性能可分为生物性膜和化学性膜，按能否吸收可分为可吸收膜和不可吸收膜。
3.1 膨体聚四氟乙烯膜（Teflon or expanded poly tetrafluo-rethylene，e－PTFE）。
e－PTFE是目前应用最广的也是较肯定的一种膜材料，该材料是一种惰性非常大的材料，与组织不易发生反应［5］。Dahlin等［6］在鼠的下颌骨人为造成直径为5mm的圆形骨缺损，试验结果表明选择多孔的e－PTFE膜可使骨缺损愈合，而多孔的e－PTFE膜的微孔既可允许组织液和营养物质自由渗透以提供骨组织愈合所需物质，又机械性地阻碍了周围结缔组织细胞向骨缺损区内生长。
为进一步研究膜对成骨的诱导作用，Dahlin等［7］将e－PTFE膜覆盖在钛移植物的周围，在兔子的胫骨植入钛移植物，并形成一骨再生的空间，结果在应用膜的钛移植物的周围有大量的新生骨形成。他指出膜在起机械性阻碍作用的同时，有诱导新生骨再生的作用。
e－PTFE膜的缺点：e－PTFE膜性质稳定，不宜被组织吸收，需在植入人体后4～6周2次手术取出，e－PTFE膜生物相容性好，但价格昂贵，固定也不方便。
3.2 多聚氨基甲酸乙酯膜（Polyurethanemembrane）
Nielsen等［8］观察应用多聚氨基甲酸乙酯膜治疗兔子标准桡骨缺损的动物试验，并作放射学和组织学观察分析。结果发现用多聚氨基甲酸乙酯膜可以起到阻碍周围结缔组织进入骨缺损区，且膜可以作为骨膜从骨端再生的支架作用。通过这种膜下骨痂形成的诱导作用，膜可以确保两断端间骨痂桥的建立。
多聚氨基甲酸乙酯膜在体内可被组织吸收，膜降解的周围狭窄的结缔组织区内出现多核细胞和一些炎性细胞。膜与单层结缔组织相连，但不进入这些细胞内，不引起组织的增生和组织的溶解。
3.3 聚乳酸膜（Polylactic acid membrane）
聚乳酸膜是一种在体内无毒、无积蓄及具有良好生物相容性的材料。Lundgren等［9］将聚乳酸膜应用于兔子颅盖骨骨缺损的动物试验研究，将兔子的颅骨造成直径为8mm的环状骨缺损，用聚乳酸膜覆盖缺损的两侧做为试验侧，对照侧直接用软组织瓣覆盖。术后6周发现试验侧骨缺损有连续的再生骨桥自缺损的一侧延伸到另一侧，几乎与周围骨厚度一致。对照侧骨缺损由纤维结缔组织所充填。聚乳酸膜术后2个月已被完全降解吸收。
3.4 微孔滤膜（Millipore filters）
微孔滤膜是最早应用的MGTR膜之一，现多用0.22um［2，10］，早在1982年Nyman等即开始应用，将微孔滤膜放置在暴露的牙槽骨开窗部位，周围超出2～3mm缝合于周围组织。术后6个月处死动物进行组织病理学观察，结果显示微孔滤膜有良好的诱导骨组织再生的作用。
3.5 胶原膜（Collagen membrane）
胶原膜是近年来在可降解膜中研究较多的一种，具有以下优点：（1）胶原是结缔组织的主要成分，参与组织代谢；（2）对成纤维细胞有较高的诱导性。（3）有抑制上皮移动的特性；（4）具有弱抗原性；（5）有止血作用［10，11］。目前应用较多的是牛皮胶原膜，由于胶原多经纯化处理，一般不易引起排斥反应。此外，胶原膜一般在植入体内后8周逐渐被机体吸收，免去2次手术之苦。Pitaru等［11］发现胶原膜降解后可引起短时非特异性轻度炎症反应，但这种炎症反应不影响骨再生的形成。炎症反应细胞以单核细胞为主，偶可见异物性巨细胞。Blumenthal和Pfeifer等［12，13］分别研究发现胶原膜有良好的修复骨缺损的作用。
3.6 生物性膜（Biobrane）
生物性膜是一种人工合成膜，该膜不易被机体降解，需2次手术取出。Aukhil［14］的研究结果显示试验组对牙槽骨有良好的修复作用。
3.7 他膜材料
除上述各种膜材料外，还可见一些应用较少的膜诱导材料：如Viergl网膜［5］、纤维素膜（Fibrin－Fibronect in sealing system）［5］，Emflon膜［15］，DCM（氧化纤维素纱布）［16］及Cargile可吸收膜［17］等，经动物试验对骨缺损修复有一定的作用。
4 膜诱导组织再生机理的探讨
骨缺损的愈合是间隙愈合（gaphealing），是骨科临床上最常见的愈合方式。间隙的存在对骨愈合的影响是多方面，而软组织“夹垫”将延迟骨愈合。一般认为具有成骨潜能的间质细胞向缺损区生长，移行的速度慢于周围的结缔组织。许多骨缺损模型中，骨缺损迅速被来自周围的结缔组织所充填。骨折端间、骨床与移植骨间、骨与假体界面间存在纤维结缔组织是骨不愈合，假体松动的共同病理。应用膜诱导技术，首先机械性地阻碍了纤维结缔组织和周围软组织进入骨缺损部位，保持骨缺损部位有一相对稳定的环境。同时大多数膜材料有一定的通透性，可使营养物质进入缺损部位，给骨细胞的再生提供一定的营养［18］。
利用膜材料覆盖骨缺损很明显是将其作为骨端骨膜再生的支架，Nielsen等［8］观察应用多聚氨基甲酸乙酯膜治疗兔子标准桡骨缺损的动物试验，试验侧用多聚氨基甲酸乙酯膜管状包裹，对照侧不放置膜。结果发现试验侧在第5周时骨缺损处有大量新生骨形成，骨折愈合。膜在这里主要是作为骨端骨膜再生的支架，骨膜成骨，完成骨缺损的修复。这可能与以前试验都是将膜放置在骨膜下，而该试验膜在骨膜外有关。此外，也不排除管状骨与扁平骨成骨机理不同或膜本身的因素［3］。
膜下间隙对骨再生的形状和量起决定作用［4］。Becker等［19］切除猪上颌窦外壁，内、外两侧骨膜下置入胶原膜。两膜之间衬一小羟基磷灰石块。6个月后，两膜之间充满新生骨，厚度为6.0～9.8mm，而对侧平均厚仅0.7mm，这说明MGTR中的骨再生不仅仅是骨缺损修复，对其形状和量尚由人为控制的可能性。只要有适宜的环境，骨内膜及骨髓来源的具有成骨潜能的细胞可满足骨缺损的修复。骨膜下植入膜可防止内、外两侧骨膜愈合，封闭骨断面。
Owen等［20］认为完成骨折愈合的新骨形成主要归功于承担骨形成倾向性的细胞，即成骨原细胞（DOPC），主要存在于骨膜的生发层。同时应注意到来源于周围组织的原始成纤维细胞（可诱导骨原细胞IOPC）对骨痂形成的作用。这些不同的细胞分化成骨形成细胞需要成骨诱导作用的存在，保持新骨形成需要成骨诱导作用的存在，保持新骨形成需要持续的诱导因素的影响，膜技术的应用，促进了膜管内成骨细胞的分化和形成，对于膜管内的骨形成，一定是从骨端开始生长，因为来源于缺损以外的组织不会穿透此膜进入骨缺损区。据Owen［21］理论，骨端的一些结缔组织细胞、哈佛氏管和骨髓基质细胞是成骨性的，使用膜材料覆盖骨缺损可以诱导这些具有成骨性的细胞分化，在稳定的环境中生长，最后促进骨缺损的愈合。
张子军等［22］对骨缺损中内源性BMP的分布和作用进行研究，指出在骨缺损区存在BMP的浓度梯度，膜技术的应用一方面阻碍了周围组织长入骨缺损区，为骨再生提供了空间，另一方面，膜管尚有收集骨髓基质干细胞、骨端产生的BMP等成骨因子，提高其密度或浓度的作用。Brighton等［23］研究显示膜管内为低氧环境，有利于骨缺损的软骨成骨。
膜材料对骨再生的模式有很大的影响，Nielsen等［8］用多聚氨基甲酸乙酯膜管状包裹兔子标准桡骨缺损，结果骨膜沿多聚氨基甲酸乙酯膜外面形成骨痂修复了骨缺损，膜管内仅为松散的新生骨，可能是多聚氨基甲酸乙酯在体内水解，其分解产物启动了骨膜成骨的机制。张子军［18］应用硅胶管包裹兔子桡骨缺损，结果是在膜内骨再生，而非外骨痂连接骨断端。硅胶膜发挥了阻碍骨缺损区周围软组织，提供了骨再生空间的作用。
5 膜诱导技术存在的问题
MGTR作为一个生物学概念还有许多问题需要进一步研究。
5.1 膜在骨再生过程中是否仅作为一个物理性屏障碍，防止周围结缔组织的侵入？大量研究表明诱导性骨再生在长管状骨中是存在的，但不同的膜其成骨形式不同，其机制必然是复杂的，因此，尽管膜诱导性骨再生现象已得到充分肯定，但其基本理论还有待进一步发展和完善。
5.2 在动物试验中，使用不同的膜其成骨形式也各不相同，临床应用何种膜管为宜，尚有待深入研究。
5.3 BMP有募积周围间充质细胞转化为骨细胞的特性，而膜管可能影响BMP对周围组织的诱导作用，如何将这两种成骨机制协调起来给予合理的解释，尚需进一步研究。
参考文献略