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骨移植術的今與昔 

 

骨科部主治醫師  楊榮森  

 

骨銀行簡介

本院骨銀行成立於民國七十六年,多年來在歷屆骨科主任(劉堂桂教授、韓毅雄教授)與現任骨科主任侯勝茂教授的領導下,運作日益健全,且作業量日增。由於骨銀行作業量很大,且需精密追蹤,因此本院骨銀行的工作小組人員很多,在成立初期由曾永輝醫師成立負責(已離職),自民國七十八年起由筆者負責迄今,去年有侯君翰醫師加入;目前工作小組相關人員包括本科技術人員蔡淑如小姐(負責檢驗、保管、登錄及連絡),本科住院醫師群(負責取骨、及手術準備骨骼),麻醉科及手術房護理人員(配合取骨及植骨手術),感染小組及組員(負責感染管制),加護病房及移植小組(負責連絡捐贈骨骼者),病理科醫師(負責骨骼病理變化的檢查),近年來納入臺大組織庫的整體運作體系。由於這些同事的默默貢獻,使骨銀行得以順利運作,造福病患無數,作者謹在此代為一併致敬。

 

楔子:由於自病患所可取用的骨移植塊數量有限,且會引起取骨部位的併發症,因此便經由科學的進步,發展出異體骨移植技術(骨銀行)及人工合成骨等技術來開拓骨移植術的範疇。隨著科學的進步,最近發展出重建關節表面的新技術,使受損關節表面得以重建,提供病患更具有功能的關節,另外組織工程的進展更擴展新的治療方式,令人期待。可見骨移植的技術歷久彌新,值得為文介紹。

 

前言

臨床上骨骼系統的疾病,如骨折、脫位、關節炎、先天性變形、腫瘤、退化性疾病等,在治療上有些病況可能只需使用保守療法即可,但有些病況則可能需求諸手術治療,雖然許多新式治療改善臨床療效,但仍常發生大量骨缺損,或骨折未能癒合,提供足夠的骨強度,結果無法發揮骨骼的基本功能,此時為促進骨折癒合,或提供骨骼供缺骨部位之用,即需使用骨移植術。

 

所謂「骨移植術」,傳統上的定義乃是將從他處取得的骨骼(供骨處)轉移到另一個部位(受骨處),在醫學史上的記載,曾有前人使用象牙或牛角等堅硬物質充當骨移植物,但由於當時技術不佳,免疫功能的觀念有限,對於排斥的預防處理知識不足,終致失敗的命運。因此在早期臨床應用上,仍以取自病患自身的骨移植塊為主。傳統上,採用骨移植術的目的在於促進骨骼的癒合狀況,以提供足夠的強度,如促進骨折的堅固癒合,關節固定術,脊椎融合術,填充切除骨腫瘤的空腔、切除腫瘤或創傷肢體的重建等,使病患肢體具有良好功能,這些都經常涉及骨移植術的應用。

 

後來由於自病患所可取用的骨移植塊數量有限,且會引起取骨部位的併發症,因此便經由科學的進步,發展出異體骨移植技術(骨銀行)的技術,在平日有機會取得的腦死病患捐贈的骨骼,經過適當處理,予以貯存,等必要時再取用;另外,由於組織工程及材料科學的進展,開發出許多人工合成骨技術,甚至於可加入生長素來達到更佳效果,這些新發展都有助於開拓骨移植術的範疇。隨著科學的進步,最近發展出重建關節表面的新技術,使受損關節表面得以重建,提供病患更具有功能的關節,另外組織工程的進展更擴展新的治療方式,令人期待。可見骨移植的技術歷久彌新,值得為文介紹。
  

(一)骨移植的臨床效用

  1. 促進骨折的堅固癒合
  2. 關節固定術
  3. 脊椎融合術
  4. 重建關節表面
  5. 填充腫瘤切除後的空腔
  6. 重建肢體腫瘤、創傷
  7. 其他

 

(二)骨移植的分類

在應用上依所取用的骨骼塊大小、形狀、成分、結構、手術方法、組織來源等,可分別其種類,茲分述如下:

骨移植的分類 

1.依大小及形狀分類:小塊(碎塊)骨移植、大塊(節段性)骨移植。

2.依組織成分分類:海綿骨移植、皮質骨移植、綜合骨移植。

3.依結構分類:單純骨塊移植、骨軟骨塊移植。

4.依手術方法分類:傳統骨移植法、顯微手術。

5.依組織來源分類:自體骨移植─取自病患身上其他部位、異體骨移植取自另一人身上、異種骨移植取自其他種類的生物、其他物質化學合成物質、基因工程、組織工程,這種異體骨移植可取用的量及結構的選擇較大,有時也可與人工關節一起使用來重建肢體,在應用上相當多。

 

茲詳述如下:

1.依大小及形狀分類 

由於傳統上的骨移植塊並沒有直接的供血血管,因此傳統骨移植法最常應用許多小塊骨移植塊來進行,以提高癒合率。常用的型式包括小型海綿骨塊、狹長海綿骨片、堅固的緻密骨皮質小塊,也可能用兩者的整合應用;如此即可提高骨移植的成效。雖然傳統移植骨塊的大部分骨細胞因缺血而死亡,但由於骨移塊具有許多重要蛋白質,對受骨處發生刺激,因而不斷地形成新骨沈積使骨移植塊逐漸與宿主的骨骼進行融合作用。然後,原本充當支架功用的無生命骨移植塊即逐漸被新生的活骨取代,進而成為宿主的骨骼,自體骨移植幾乎完全可與受骨部位的骨骼結合,但異體骨移植則有時未能完全,人工合成骨則依所用的材料而定,有些如硫酸鈣的吸收相當好,但有些則雖在手術後好多年,也仍與宿主骨骼分開。

 

雖然小骨移植塊利於融合作用,但卻未能提供足夠強度及結構造型,因此比較適用於促進骨折癒合、關節融合術、及脊椎融合術等情形,但對於需具有強度的骨移植塊,則未能適用,如腫瘤切除後的肢體重建手術,或人工關節再置換時發生重大骨骼缺損時;此時通常會採用節段性骨移植塊進行重建,如使用大塊異體骨骼取代被切除部位,以提供足夠骨塊作重建。這些大骨移植塊通常不易取得,除少數情形外,大部分都取自其他個體的捐贈骨骼,臨床上可能會發生移植骨塊與宿主骨骼間的融合問題、骨移植塊發生疲乏性骨折問題、傳染病傳播等問題,臨床上有時會選用定製型人工關節來代用。

 

2.依組織成分分類

骨移植塊可取自骨骼皮質(如脛骨)單側作成長條狀骨皮質移植塊,並用螺釘固定,以接合骨折部位,即進行骨皮質鑲嵌移植。此種手術技術極為精巧,但此時以非存活的骨皮質移植塊作為內固定器材,但由於皮質骨塊缺少大量的造骨細胞及骨髓,因此癒合過程會比較慢,致使骨移植塊會被吸收而減弱強度,現代的金屬鋼板比失去生命力的骨皮質移植塊更為堅固,且大多已取代骨皮質移植塊。

此外,海綿骨細塊或碎塊則含有造骨細胞及骨髓,最常取自腸骨脊、脛骨近端或骨遠端,然後放置在受骨區的骨骼附近,以促進骨骼進行骨化作用。這種技術乃是利用骨骼作生物材料,如可自腸骨脊取用海綿骨用於脊椎融合手術。

 

3.依結構分類

骨移植塊可以是單純的骨骼移植物,即只含有骨骼成分,應用於骨骼的骨化過程,但另有一類骨移植塊則同時含有骨骼及軟骨,其作用乃是同時提供骨骼及關節表面軟骨,使手術部位可具有正常關節結構,如此即可使病患恢復正常關節表面,若可以良好恢復,即可達到良好的療效,臨床上包括大塊骨移植塊的重建手術,也有組合式拼成的關節表面重建術,皆是利用此類骨軟骨塊進行重建手術,當然這些技術皆具有特定手術對象及適用部位,才能提高手術成效。對於罹患單關節腔關節炎的年輕成人和中年人而言,比較不適合早期施行人工關節置換,可利用本方法治療,延後人工關節置換時間。有些學者也使用小塊異體骨軟骨移植物(取自屍體) 充當治療材料,且未曾使用免疫抑制藥物,臨床上並未顯出任何排斥跡象,此項結果頗令人欣慰。

 

4.依手術分法分類

目前骨移植技術仍以取用自體骨為最優先,方法上可分為一般骨移植法及顯微重建手術,傳統骨移植術在取下骨移植塊後,如果未特別去分離供血的血管,所取出骨塊即會失去供血,因此是沒有生命力的組織,此時需經過壞死及宿主骨細胞生長取代的過程完成骨移植的癒合,因而其癒合率較低;顯微手術係指利用手術顯微鏡放大術野,在取得骨塊時特別保留該骨塊的供血血管,使其供血循環系統仍維持完整,然後分離出受骨部位的動靜脈血管,並採用顯微手術來接合此血管與骨移植塊的血管、使骨骼的移植塊具有血管供應,增加骨移植的癒合情形,此情形與傳統的骨移植相較下,效果較佳,但卻需要更精巧的設備與技術。

 

5依組織來源分類

(1)自體骨移植

自體骨移植即利用取自病患本身的骨移植塊以促進骨癒合或取代缺失骨骼,這是最理想的骨移植塊,不會發生免疫排斥現象。如前述的自體骨皮質移植塊或海綿骨細移植塊塊,最常取自腸骨脊,以放置在受骨區骨骼附近,使其促進骨化作用。在效用上,這種自體骨移植塊的效用最佳,且不會發生疾病傳播問題,但由於數量有限,且未能提供夠強的大塊骨移植塊,因此應用範圍會受限。 

 

(2)異體骨移植

異體骨移植即取自其他人捐贈骨骼進行骨移植,即一般的骨銀行,這些骨骼在使用前需經由仔細的篩檢過程,且經過特殊處理(如低溫冰凍、冷凍乾燥、輻射處理等),降低其抗原性,以減小排斥現象,並且確定無感染病原後才可使用(但篩檢項目會依醫學進步而改進)。異體移植骨數量較大,且可提供大塊具足夠強度的骨移植塊,因此使用上較便利,目前也很常使用。此種骨塊可用以取代缺失骨骼,在自體骨移植不足使用或需整段具結構的骨骼時更為便利。臨床上在人工關節置換再度手術時,可能發生嚴重骨骼缺失,則經常使用異體移植骨加以重建。異體移植骨必須在無菌狀態下儲存,且保用日期有限,依保存方法而有差異。

由於異體骨移植會涉及許多法律及醫學技術的層面,目前世界上許多國家都訂定相關的規範,使該骨移植庫的運作得以完善,本國也有相關的規定,執行上應注意相關規則,以提供最合適的骨移植塊供臨床病患使用。

前文提及,異體骨移植塊的缺點為可能傳播肝炎病毒及愛滋病毒,值得注意。此外,大塊異體骨移植塊通常會發生骨移植塊與宿主骨骼間的融合延緩,以及骨移植塊發生吸收或疲乏性骨折等問題。

 

(3) 異種骨移植塊

異種骨移植經處理後,即去除骨塊的蛋白質及脂肪,只留下礦質化的完整結構,亦使供為骨移植塊使用,有時也可萃取出骨基質或生長因子來治療。基本上,這些經過處理的異種骨移植塊可提供漸進式替換作用的骨架,而不能作為真正促使骨質新生的骨移植塊。異種骨移植塊所具有的骨質新生潛能很小,但對充填骨骼缺損空間及維護骨切開部位的完整結構很有用。臨床上曾使用過的異種移植骨塊包括牛骨、豬骨、珊瑚等,但其結果並未令人十分滿意。

 

(4)其他物質

在材料力學發展後,已開發出許多含鈣的海綿狀物質,這些都可用來作為漸進式取代作用的架構,最近臨床上常使用者為磷酸鈣,硫酸鈣等,在應用上可對這些材料加工,且製作精確尺寸的結構,經過完整消毒後,再妥善包裝待用。這種骨移植物的優點為取用方便,且數量無限,但缺點則為缺乏強度、價格昂貴、骨骼癒合效果較差。因此臨床可加上局部生長子、骨髓移植等方式來提高療效。

近年來基因工程進步,己有一些研究單位發展出更完整的骨骼或關節移植塊,這些材質都是可被生物體分解吸收的物質,可進行良好的骨化取代作用,使未來的骨移植應用更具有前景。目前也有結合骨細胞和生材料而成的骨移植塊,甚至於進行軟骨的移植,改進關節炎的軟骨表面,這些新進技術將是未來造福更多病患的重要技術,就讓我們拭目以待吧。

 

結論

臨床上的骨移植術,雖歷經多年仍然十分盛行,許多病患也由於骨移植術而受惠,在選用合適骨移植塊時,通常需要考量許多情況,包括病患年紀、病況、需要量的大小、骨移植塊的強度需求、癒合時間等,在使用前應與病患充分溝通,仔細考量這些因素後,做出合適的選擇,才能有良好成效。

 

 

( 2010/9 原作者修訂完成)