犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究及其生物力学性能变化的初探

犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究及其生物力学性能变化的初探 犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究及其 生物力学性能变化的初探 分类号 密级 公开 国际十进分类号(UDC ) 第四军医大学 博士学位论文犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察 研究及其生物力学性能变化的初探 姬振伟 培 养 类 别 学历研究生 学术学位 申请学位类型 外科学(骨外) 学科领域专业 指导教师 范清宇 教授(主任医师) 指导教师单位 唐都医院骨科二 O 一二年五月 独 创 性 声 明 独 创 性 声 明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文 中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果,不包含本人或他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。论文作者签名: 日期: 保 护 知 识 产 权 声 明 保 护 知 识 产 权 声 明本人完全了解第四军医大学有关保护知识产权的 规定,即:研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属第四军医大学。本人保证毕业 离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为第四军医大学。 学校可以公布论文的全部或部分内容(含电子版,保密内容除外),可以采 用影印,缩印或其他复制手段保存论文。学校有权允许论文被查阅和借阅, 并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务。同意学校将论文加入《中 国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》 ,同意按 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。 论 文作者签名:导师签名: 日期:犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究 及其生物力学性能变化的初探 研 究 生:姬振伟 学科专业:外科学(骨外) 所在单位:第四军医大学唐都医院骨科 导 师:范清宇 教授(主任医师) 辅导教师:裘秀春 副教授 资助基金项目: 关键词:热疗 微波消融 骨肉瘤 保肢术 骨再生 生物力学 中国人民解放军第四军医大学 二 O一二年四月第四军医大学博士学位论文 目 录 缩略语表 1 中文摘要 3 ABSTRACT 6 前 言 9 文献回顾. 11 原发性恶性骨肿瘤的流行病学资料. 11 原发性恶性骨肉瘤的治疗进展 12 骨组织肉瘤的临床治疗 13 新辅助化疗14 手术治疗 16 热疗在骨肿瘤治疗中的应用. 27 热疗的作用机制 29 热疗的临床应用 33 目前微波消融研究中存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 48 正 文. 50 实验一 犬股骨远端微波原位灭活模型的建立50 1 材料. 50 2 方法. 51 3 结果. 52 4 讨论. 56 实验二 犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究 58 第四军医大学 博士学位论文 1 材料. 58 2 方法. 59 3 结果. 61 4 讨论. 68 实验三 微波消融术在体外对正常及缺损后骨水泥修复犬骨标本生物力学 的影响. 71 1 材料. 71 2 方法. 71 3 结果. 73 4 讨论. 73 小 结. 76 参考文献. 78 个人简历和研究成果109 致 谢110 第四军医大学博士学位论文 缩略语表 缩略词 英文全称 中文全称 technetium-99m-methylene 99m Tc-MDP 锝 99亚甲基二磷酸盐 diphosphonate AMF alternating magnetic field 交变电磁场 APC allograft-prosthetic composite 异体骨-假体复合物 APCs antigen presenting cells 抗原提呈细胞 ARDS acute respiratory distress syndrome 急性呼吸窘迫综合症 CPC calcium phosphate cement 骨水泥 DCs dendritic cells 树突状细胞 DIC disseminated intravascular coagulation 弥散性血管内凝血 DNA Deoxyribonucleic acid 脱氧核糖核苷酸 ECI extracorporeal irradiation 体外辐照灭活 EPR endoprosthetic reconstruction 假体重建 HEVs high endothelial venules 高内皮小静脉 High-intensity focused ultrasound HIFU 高频聚焦超声消融 ablation 高热液体体外灌注隔 HILP hyperthermic isolated limb perfusion 离的荷瘤肢体 HSPs heat shock proteins 热休克蛋白 ISOLOS international society of limb salvage 国际保肢协会 LITT Laser induced thermal therapy 激光消融 -1-第四军医大学博士学位论文 LLDs limb length discrepancies 肢体不等长 主要组织相容性抗原 MHC Major histocompability complex 复合物 MRI Magnetic resonance imaging 磁共振 MV microwave 微波 neodymium doped yttrium aluminium Nd:YAG 钇铝石榴石晶体 garnet NK natural killer 自然杀伤细胞 PMMA polymethylmethacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯 RFA Radiofrequency ablation 射频消融 single-photon emission computed 单光子发射计算机断 SPECT tomography 层成像术 STS Soft tissue sarcomas 软组织肉瘤 UPR unfold protein response 展开蛋白反应 WBH whole body hyperthermia 全身高热-2-第四军医大学博士学位论文 犬股骨远端微波原位灭活后再生能力的观察研究 及其生物力学性能变化的初探 博士研究生 :姬振伟 导师 :范清宇 教授 第四军医大学唐都医院骨科,西安 710032 中文摘要 研究背景和目的:对于恶性骨与软组织肿瘤,相比较于上世纪 70年代之前 普遍采用的截肢术,目前 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的治疗 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 为保肢治疗,即骨肿瘤安全界限 外科切除+修复重建+放化疗。目前,已有多种修复重建技术被应用于临床, 如肿瘤假体、异体骨关节、体外灭活的自体荷瘤骨段、及骨与假体复合物。 然而,这些保肢方法目前都存在许多难以克服的并发症,如假体机械故障、 骨折、骨不连及肢体不等长。微波原位消融技术,作为一种新的生物型保 肢技术,即将肿瘤组织分离出安全界限后,不直接将荷瘤骨段外科切除, 而是在原位进行微波消融,可以避免上述传统保肢技术的许多并发症。当 骨肿瘤被微波原位消融治疗之后,残留的灭活的荷瘤骨段在机体内的生物 学转归目前研究的较为少见。虽然直接对临床标本进行研究可能会更直接 地揭示微波原位灭活后荷瘤骨段的再生能力及过程,但是,采用临床标本 进行研究存在许多局限性。一是标本来源有限,数量较少,而且相互之间 差异性很大,不便于进行系统的连续性的观察研究。二是临床标本大多是 由于病理性骨折、局部复发等原因而截肢获得的,其自然的生物学进程大-3- 第四军医大学博士学位论文 多已受到干扰或阻断,无法揭示其正常的生物学过程。因此,本实验首先 建立犬股骨远端微波原位消融灭活的动物模型,然后通过各种 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 方法对 其再生能力和过程进行观察研究。此外,本实验还对体外微波灭活的骨标 本进行生物力学检测,以探索微波消融对骨组织生物力学特性的初始的影 响,为临床更好的应用该技术提供理论依据。 研究方法:首先通过微波消融技术在犬的股骨远端进行原位灭活,建立动 物模型。然后采用大体观察及肢体功能评估、放射学检查、骨扫描、墨汁 灌注技术、四环素荧光双标记技术及病理学检查等手段在术后的 2周点、 1、 2、3、6、9、12 月点连续进行观察研究,以评估该灭活骨段的再生能力, 并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 其再生的机制及过程。对于离体实验部分,分别对(1)体外微波灭 活的结构完整的骨标本及(2)体外微波灭活的骨缺损并骨水泥修复重建的 骨标本进行生物力学检测,并进行统计学分析,以观察微波消融对骨组织 力学特性的即刻效应。 研究结果:本实验首先建立了有效的犬股骨远端微波消融原位灭活动物模 型。通过多种检测手段在各个时间点对实验动物灭活骨段的再生情况进行 研究,实验结果显示这种原位灭活的骨段具有一定的再生能力。在术后 12 月点,其再血管化水平接近正常对照,新生骨矿化沉积速率达到正常水平, 且肢体功能评估显示 83.33%的犬结果为优秀及优良。然而放射学、骨扫描 及病理学检测均提示该灭活骨段尚未达到完全正常的水平,仍需进一步进 行长期的随访研究。此外,力学实验结果显示,结构正常及骨缺损并骨水 泥修复重建的骨标本,在接受体外微波消融灭活之后,其生物力学性能与 对照组无统计学意义上的显著差异(P>0.05)。 结论:本课题的在体实验研究显示,经微波消融原位灭活的犬股骨远端具 有一定的再生能力。而离体实验结果提示微波消融术对结构正常及缺损后 骨水泥修复重建的骨标本的初始的生物力学性能无显著地影响。这些研究 结果提示微波消融术,作为一种新的生物型保肢技术,原位灭活治疗骨与-4- 第四军医大学博士学位论文 软组织恶性肿瘤具有理论上的可行性和优越性,在临床上具有广泛的应用 前景。 关键词:热疗 微波消融 骨肉瘤 保肢术 骨再生 生物力学 -5-第四军医大学博士学位论文 The Healing Potential of Intracorporeally and In situ Devitalized Distal Femur by Microwave in a Dog Model and Its Mechanical Properties In vitro Candidate for doctor: Ji Zhenwei Supervisor: Fan Qingyu Department of orthopaedics, Tangdu hospital, Fourth Military Medical University,Xi’an 710032, China Abstract Background and Objective: For the patients with primary malignant bone and soft tissue tumors, amputation is the only choice before 1970s; while even so, the overall survival of 10-20% for patients is frustrating. Over the past three or four decades, the introductions of chemotherapy have increased survival dramatically to approximately 65-75% for patients without clinically evident metastatic disease at presentation. Meanwhile, patients are looking forward to a better functional outcome. Nowadays, limb-salvage surgery has been well recognized as a standard treatment and alternative to amputation for those patients. In general, limb-salvage surgery involves en bloc resection of bone tumor with a safe margin, followed by reconstruction of the resultant bone defect. Presently, various limb-sparing techniques have been developed, including tumor prosthesis, allograft, autograft, and graft-prosthesis compositeHowever, each of these methods has its short- and long-term disadvantages, -6-第四军医大学博士学位论文 such as nonunion, mechanical failures and poor limb function limb length discrepancy. The technique of intracorporeal devitalization of tumor-bearing bone segment in situ by microwave ablation after separating it from surrounding normal tissues with a safe margin is a promising biological method for limb-salvage treatment, which might avoid some shortcomings encountered by above-mentioned conventional methods. After in situ ablation, the biological outcome of resultant devitalized tumor-bearing bone segment is poorly understood. Clinical specimens might be useful for studying its healing potential and process. However, the specimens retrieved without serious complications are rare and may have much greater heterogeneity, and these complications might have altered the normal repair process. Therefore, in this study, firstly we plan to establish an animal model with its distal femur being devitalized in situ by microwave ablation. Then, using different detection methods, we study and analyze its healing potential and process at different time intervals. Furthermore, in an in vitro study, we also intend to detect the initial changes of mechanical properties of bone specimens after devitalized by microwave ablation in vitroMethods: Firstly, we applied the microwave ablation to devitalize the distal femur of dogs in situ. With a monopole microwave antenna, we could produce a necrotic area of nearly 20 mm in length. Then, many detection methods such as radiography, technetium-99m-methylene diphosphonate 99mTc-MDP bone scintigraphy, microangiography, tetracycline fluorescence double labeling, histopathological examination, and functional evaluation were performed at 2 weeks, 1, 2, 3, 6, 9, and 12 months postoperatively to assess the healing process. As for in vitro mechanical study, devitalized bone segments, structurally either intact or reconstructed with bone cement in a defect, were used for compression and three-point bending test to assess their mechanical -7-第四军医大学博士学位论文 propertiesResults: In this study, we successfully established an animal model with its distal femur being devitalized by microwave in situ. At the end of the follow-up, the revascularization percentage and new bone mineral apposition rate were close to the normal level, and the functional outcome was excellent and good in 20 dogs 83.33% and poor in four dogs 16.67% that developed fractureHowever, the results of radiography, bone scintigraphy, and histopathological examination indicated that the devitalized bone segment had not finished in 12 months postoperatively. As for the in vitro mechanical test, there was no significant statistical difference in imum compression and bending load between the structurally intact control and microwave group, neither was there significant statistical difference between the reconstructed control and microwave group P>0.05Conclusion: Our in vivo study showed that intracorporeally and in situ devitalized bone segment by microwave had a great revitalization potential. In vitro study revealed that the initial mechanical strength of the devitalized bone segment might not be affected by microwave ablation. Therefore, our results suggest that intracorporeal devitalization of tumor-bearing bone segment in situ is a useful method for limb-salvage treatment, both in biological and mechanical terms Key words:thermotherapy; microwave ablation; osteosarcoma; limb-salvage surgery; bone regeneration; biomechanics -8-第四军医大学博士学位论文 前 言 原发性恶性骨与软组织肉瘤在人类所有恶性肿瘤中约占 1%左右,其 中,骨肉瘤是原发性恶性骨肿瘤中昀为常 见的一种类型,它好发于儿童及 青少年,且常见于股骨远端和胫骨近端的干骺端,严重威胁着患者的生命 和肢体功能。随着化疗药物的出现和应用,目前骨肉瘤患者的 5 年生存率 已由上世纪 70 年代之前的 10-20%上升至现在的 60-80%,且在手术治疗方 法上也已由 1970s 之前的截肢术转变为现在的保肢治疗。 目前保肢治疗已成为绝大多数骨肉瘤患者的首选和标准治疗方案。保 肢手术首先将荷瘤骨段进行安全界限的切除,然后用各种方法进行修复重 建。总体而言,临床应用比较常见的重建方法有肿瘤假体、异体骨关节、 自体骨(包括自体腓骨和体外灭活的荷瘤骨段)以及骨与假体复合物。虽 然它们存在许多显著的优点并在临床上发挥了重要的作用,但是,目前由 于以上这些方法自身还存在许多严重的并发症,如假体的机械故障、骨折、 骨不连及肢体不等长,严重影响了其临床效果,限制了其更广泛的临床应 用。因此,有必要在进一步完善这些传统的保肢技术的同时,努力研究新 的生物型的保肢技术。 热疗,作为一种新的治疗方法,在临床上已经被逐渐应用于治疗多种 实体肿瘤,这其中包括肝癌、肺癌、肾癌、前列腺癌及骨肿瘤等等。微波 消融,作为一种热疗手段,也已被应用于治疗多种良、恶性骨肿瘤和转移 性骨肿瘤。目前,大多数的实验研究和临床应用倾向于将微波消融作为一 种微创手术而大多采用经皮介入治疗的应用方式。然而,在亚洲国家,由 于医疗条件的相对落后和公民健康意识的相对薄弱,大多数恶性骨与软组 织肿瘤患者首次去医院就诊时,其原发病灶的体积普遍都比较大。对此, 微波消融经皮介入治疗一方面难以对骨肿瘤实施外科安全界限范围的消融 -9-第四军医大学博士学位论文 灭活,另一方面,由于骨肿瘤组织常常侵蚀相对较大体积的正常骨组织, 若不在消融灭活的同时对骨缺损予以有效的修复重建加固,其术后骨折并 发症将不可避免。 不同于传统保肢术中荷瘤骨段的整体切除,也不同于欧美地区普遍采 用的微波消融经皮介入治疗的应用方式,我科范清宇教授等自 1992年开始 将微波消融术应用于各种骨与软组织肉瘤的开放式外科治疗。该方法首先 通过开放式手术的方式对骨肿瘤病灶进行安全手术界限范围的暴露分离, 然后在充分保护周围正常软组织及关节软骨的情况下,利用微波消融技术 对暴露的瘤灶进行原位灭活,昀后清除灭 活坏死的肿瘤组织并对残留的骨 缺损予以重建加固。术后的随访研究显示了该方法在保留关节面及肢体功 能上的独特的优越性。 对于采用异体骨及体外灭活的荷瘤骨段的保肢技术,虽然之前许多研 究人员及临床医生已经对它们的生物学转归进行了大量的实验研究及临床 随访观察。但是,当骨肿瘤被微波原位消融治疗之后,其原位残留的灭活 的荷瘤骨段在机体内的生物学转归目前研究的较为少见。虽然直接对临床 标本进行研究可能会更直接地揭示微波原位灭活后荷瘤骨段的再生能力及 过程,但是,采用临床标本进行研究存在许多局限性。一是标本来源有限, 数量较少,而且相互之间差异性很大,不便于进行系统的连续性的观察研 究。二是临床标本大多是由于病理性骨折、局部复发等原因而截肢获得的, 其自然的生物学进程大多已受到干扰或阻断,无法揭示其正常的生物学过 程。因此,本实验旨在首先建立犬股骨远端微波原位消融灭活的动物模型, 然后通过各种检测方法对其再生能力和过程进行观察研究。此外,本实验 还对体外微波灭活的骨标本进行生物力学检测,以探索微波消融对骨组织 生物力学性质的即刻效应,为临床更好的应用该技术提供理论依据和指导。 -10-第四军医大学博士学位论文 文献回顾 原发性恶性骨肿瘤的流行病学资料 肉瘤(sarcoma)是起源于间叶组织的恶性肿瘤,它包含多种细胞和组 织学类型,如脂肪组织,纤维结缔组织,肌肉组织,血管和淋巴管组织以 及骨组织等等。相对于起源于上皮组织的恶性肿瘤癌(carcinoma)而言, [1] 肉瘤发病率较低 。文献报道约 80%左右的肉瘤发生于软组织,其余的则见 [1, 2] 于骨组织 。这些肿瘤可以发生在机体的任何解剖学部位,但文献报道大 [3] 多数肉瘤更常见于四肢 ,尤其是下肢,尽管各种类型的肉瘤在发病年龄高 [2, 4] 峰上不尽相同 。大量的文献报道认为,软组织肉瘤(soft tissue sarcomas, STS)在成人和儿童发生的恶性肿瘤中分别约占 0.7-1%和 4-8%,而骨组织 [5-7] 来源的肉瘤(bone sarcomas)则分别占 0.2%和 5% ,总的来说,骨与软 [8] 组织肉瘤约占机体所有恶性肿瘤的 1%左右 。 软组织肉瘤中昀为常见的组织学类型分别是恶性纤维组织细胞瘤 (malignant fibrous histiocytoma)和脂肪肉瘤(liposarcoma)。软组织肉 瘤 [1] 昀常见于大腿,且主要发病于成年人群中 。骨组织肉瘤中昀为常见的类型 分别是骨肉瘤(osteosarcoma),尤文氏肉瘤(Ewing’s sarcoma)和软骨肉瘤 [1] (chondrosarcoma) 骨组织肉瘤的发病年龄呈现一种双峰模式,即在人生 [2, 9] 的第二个十年和大约 60岁以后这两个时间段为发病高峰 。此外,在 10-24 [9] 岁这个年龄组中,骨组织肉瘤的发病率在所有恶性肿瘤中排第三位 。 骨肉瘤是原发性恶性骨肿瘤中昀为常见的一种肿瘤类型,约占其 1/3 [10] 左右 ,且在年龄分布上昀常见于 10-20 岁之间的儿童和青少年。它好发 于四肢的长骨部位,昀常见于股骨远端和胫骨上端。在骨肉瘤患者就诊时, [11] 约 20%的病人已发生转移。它通过血液途径进行转移,昀常转移到肺 。-11- 第四军医大学博士学位论文 尤文氏肉瘤的病患主体是年龄在 10-15 岁之间的儿童和青少年,在儿童原 发 [12] 性恶性骨肿瘤中,它的发病率排第二位,仅次于骨肉瘤 。然而就人群中 [13] 原发性恶性骨肿瘤的总体发病率而言,它的发病率则占据第三位(16%) , 位于骨肉瘤和软骨肉瘤之后。它常好发于股骨、胫骨和骨盆部位。软骨肉 [13] 瘤的发病率仅次于骨肉瘤,约占原发性恶性骨肿瘤的 20-25%左右 ,且主 要发病于 40-70 岁之间的中老年人,其发病的年龄高峰在人生的第六个十 年 [14-16] 。它分两型,即中央型和周围型,分别常见于四肢长骨和骨盆。 原发性恶性骨肉瘤的治疗进展 在过去的 50年里,随着更加敏感的检查手段的出现,以及肿瘤的分级 及分期系统的建立和完善,医生能够根据它们更好地选择治疗方案和更加 准确地评估预后情况。同时,在昀近的三 十年里,伴随着多种化疗药物的 [17, 18] 研发和广泛的临床应用,骨肉瘤患者的预后得到明显的改善 。伴随着 患者生存率的提高,患者开始将关注的焦点转移到生活质量上来,改善骨 肉瘤患者的生存质量也成为医生的一个热点和难点课题,保肢的理念不断 深入人心。目前,有资料显示,恶性骨肿瘤患者实施截肢术后的局部复发 率为 2-3%,而经术前化疗并行保肢手术治疗的患者的局部复发率是 [17] [18] 5-7% 。这些数据显示,保肢治疗的生存率与传统的截肢术无明显差异 。 因此,目前保肢治疗方案,即各种保肢手术联合化疗或放疗,已经成为约 90%的恶性骨肿瘤患者确诊时的首选治疗方案。在近些年的骨肿瘤治疗研究 中,昀为显著地进步在于各种保肢技术、设备及材料不断研发及改善。 传统的保肢重建方法包括非生物型重建,生物型重建和混合型重建三 大类。昀常见的非生物型重建方法, 即机械重建,是内植入假体重建 (endoprosthetic reconstruction, EPR)。生物型重建包括 3种,即异体骨重建, 自体骨重建,和荷瘤骨的原位灭活。其中自体骨重建又包含两种类型,一-12-第四军医大学博士学位论文 是自体腓骨(带血管或不带血管)或其它骨修补瘤灶切除后的骨性缺损, 一是在肿瘤界限切除后,将其中的荷瘤骨段在体外通过不同的方法灭活(水 浴灭活,高温灭活,伽马射线照射灭活等),然后将这段死骨回植入缺损部 位,并修补和内固定。而对于荷瘤骨的原位灭活,指的是通过不同的方法, 如射频消融(Radiofrequency ablation, RFA)、微波消融(Microwave ablation)、 激光消融(Laser induced thermal therapy, LITT)和高频聚焦超声消融 (High-intensity focused ultrasound ablation, HIFU)等等,采用开放式或微 创介入式的手术方式,将肿瘤病灶原位灭活。 骨组织肉瘤的临床治疗 骨组织肉瘤昀常见的临床表现是疼痛和不断增大的组织包块,但疼痛 并不具有特异性。总而言之,任何出现包块,尤其是骨性包块的病人,当 影像学检查无法明确定性时,都应当被转诊到骨肿瘤学专家那里。图 1 简 要概括了一个包块怀疑为肉瘤的患者的基本的就诊和处理步骤。骨组织肉 瘤一般在活检之后可以明确诊断,虽然目前学者们对活检的必要性及时机 尚无一致性意见。此外,活检手术昀好由 负责对该患者进行治疗性切除的 医生该操作,以便完整地了解病情进展情况,更好地制定手术方案。 对于大多数骨组织肉瘤而言,其治疗需要多种方法联合应用,这其中 昀主要的是手术和化疗。因此,治疗骨组 织肉瘤需要一个多学科的治疗团 队,这其中包括骨科医生,肿瘤科医生,放疗肿瘤专家,矫形重建外科医 [19] 生,康复理疗科医生,病理学专家以及放射科医生等等 。 -13-第四军医大学博士学位论文 [19] 图 1:影像学检查显示骨组织异常的病人的诊疗步骤简图 (引自Lietman SA and Joyce MJ. Bone sarcomas: Overview of management, with a focus on surgical treatment considerations. Cleve Clin J Med, 2010, 77Suppl 1: S8-S12)。 新辅助化疗 经典的理论认为,当骨肉瘤患者就诊时,绝大多数患者的肺部已存在 许多显微转移灶,它们被原发病灶抑制而处于沉默状态,并且暂时不能被 [20] 影像学检查手段发现 。在 20 世纪 70 年代以前,肿瘤被普遍认为是化疗 抵抗的(chemoresistant)。因此,在此之前,对骨肉瘤患者仅仅常规实施截 肢治疗,然而,在术后约 6至 12月,肺部的显微病灶开始活跃,昀终导致 治疗失败,病人死亡(图 2)。历史资料显示,在应用化疗药物之前,骨肉-14- 第四军医大学博士学位论文 瘤患者的生存率不超过 20%。然而,从上世纪 70年代开始,两种化疗药物 被发现对骨肉瘤有治疗效果并被应用于骨组织肉瘤的治疗,它们是阿霉素 (Adriamycin,也叫多柔比星,doxorubicin)和氨甲喋呤(Methotrexate)。 当对骨肉瘤患者实施截肢术之后,单独使用大剂量氨甲喋呤或联合应用其 [21-24] 它化疗药物,可以使治愈率达到 40-65%,提高了长期生存率 。时至今 日,对于骨肉瘤及尤文氏肉瘤患者而言,其长期的无瘤生存率可以达到 [25, 26] 60-80% 。这种预后的改善主要归功于肺部显微病灶的根除。 然后,这种因化疗药物导致的预后改善并非无人质疑。Mayo Clinic的 学者们引证数据说明,这种治愈率的提高是一种随着时间而改变的自然而 然的过程,不能必然地归功于化疗药物的使用。此外,它们还对历史对照 资料的可靠性和高剂量氨甲喋呤的有效性提出质疑。 为了解决这个问题,一项关于骨肉瘤的多中心随机对照研究 (Multi-institutional randomized osteosarcoma trial)被发起。实验对 一组病人 实施截肢术和术后多种化疗药物化疗,这包括高剂量的氨甲喋呤,阿霉素, 顺铂(Cisplatin) ,博来霉素(Bleomycin),环磷酰胺(Cyclophosphamide), 和更生霉素(Dactinomycin)。而对于另一个同期对照组的病人,则仅仅给 予截肢治疗。实验结果显示,接受截肢加术后化疗的实验组的病人的两年 无瘤生存率达到 66%,相比之下,仅仅接受截肢治疗的对照组则收获了一 个具有显著差异的结果,即低于 20%的生存率。值得注意的是,这个同期 对照组的实验结果与历史对照资料无显著性差异。将化疗药物加入到所有 骨肉瘤患者的治疗方案中的必要性也陆续被其它研究者证实。这样,化疗 药物的有效性得到了证实,历史对照资料的可靠性也得到了证实。Winkler 和Bielack在 1988年写道:辅助化疗已经显示了有效性,应该被应用到所有 [27] 经典类型的骨肉瘤患者的治疗中 。从此,化疗药物作为骨肉瘤治疗方案 [28] 不可分割的一部分开启了攻克该疾病的新纪元 。-15-第四军医大学博士学位论文 图 2:骨肉瘤的生物学转归。当骨肉瘤患者就诊时,约有 80-90%的患者的肺部已存在 处于休眠状态的显微转移灶。当对患者实施截肢之后,如果没有给予有效的术后辅助 治疗,多数患者会在术后 1 年内出现明显的转移瘤灶。在理想的状态下,只有不到 20% [20] 的肺部无转移瘤灶的病人才能存活 (引自Jaffe N. Adjuvant chemotherapy in osteosarcoma: an odyssey of rejection and vindication. Cancer Treat Res, 2009, 152: 219-237) 。 手术治疗 原发性骨肉瘤的手术治疗过程包括两个步骤,一是肿瘤的完整切除 (tumor extirpation) ,一是骨缺损的重建(skeletal reconstruction) , 它们通 常在一次手术中全部完成。对于手术方式的选择,有许多的影响因素,如 患者的年龄,肿瘤的解剖学部位,文化因素,和骨缺损重建所具有的内在 限制等等,都需要综合考虑评估。 总的来讲,为实现保肢手术必须满足三个条件:(1)临床及放射学指 标显示原发性骨组织肉瘤对术前化疗比较敏感;(2)手术能够达到满意的 -16-第四军医大学博士学位论文 [29, 30] 肿瘤外科切除界限(图 3) ; (3)能够通过较为简单有效且风险较小的 方式重建肢体并保留尽可能多的功能,并有利于尽早恢复术后化疗。 尽管骨组织肉瘤的治疗需要多种方法联合应用,但是对原发瘤灶的外 科手术切除在整个治疗过程中仍然起着基础性的重要作用,原发瘤灶的切 除是否完整对患者的预后具有决定性的作用。对于一些类型的骨组织肉瘤, 如骨肉瘤和尤文氏肉瘤,在治疗的开始阶段,在手术处理之前,有必要通 过其它手段(主要是化疗)处理全身其它组织器官中的潜在的显微转移灶。 这不仅对预防术后复发具有积极的作用,而且可以在术前减轻肿瘤包块周 [31] 围组织的水肿反应,使肿瘤包块成熟、缩小,更利于手术切除的操作 。 手术切除肿瘤的原则 骨组织肉瘤原发灶的手术切除的目的是实现肿瘤病灶的完整彻底的切 除。手术切除的界限至少需要达到Enneking定义的广泛切除(wide dissection) 的标准,这意味着包括肿瘤包块、活检针道及疤痕、以及肿瘤周围一定厚度 的正常组织套囊都需要被切除或杀死。理论上,这种切除原则适用于所有的 高度恶性的骨组织肉瘤。局部肿瘤复发的唯一的昀重要的预测指标就是能否 达到满意的手术切除界限。文献资料显示,这种广泛切除能够使局部瘤灶的 [32] 控制率达到 95%以上 。简言之,肿瘤切除的界限越大,局部复发的可能性 [33-35] 越小 。理想情况下,肿瘤包块和周围的假囊不应该被侵犯和暴露,其周 围的至少 1厘米厚的正常组织也应当被切除。据推测分析,如果肿瘤切除的 边界距离肿瘤假囊的距离小于 1厘米, 可能会导致一个比较低的局部复发 率, 虽然目前尚无很好的对照研究来验证此观点。 对于高度恶性的骨组织肉瘤,瘤灶内切除是极其错误的,因为无论该 患者是否同时接受围手术期放化疗,瘤灶内切除都会导致高的局部复发的 风险。如果一个患有高度恶性骨组织肉瘤的病人在院外已经接受了瘤灶内 切除的手术,那么文献资料建议对肿瘤床再次进行根治性切除,因为它能 [36] 降低瘤灶内切除带来的高复发率 。 -17-第四军医大学博士学位论文 图 3: Enneking 关于肌肉骨骼系统肿瘤外科切除界限的标准(引自 Enneking WF, Spanier SS and Goodman MA. A system for the surgical staging of musculoskeletal sarcoma. 1980. Clin Orthop Relat Res, 2003, 415: 4-18) 此外,对于已经发生病理性骨折的骨组织肉瘤患者而言,能否对其进 行安全界限的切除,从而实现保肢治疗曾一度存在争议。目前,有不少学 者认为,只要对骨折周围可能污染的软组织进行安全有效的处理,那么这 [37-39] 种病理性骨折就不会成为局部复发的主要的风险因素 。 在对骨组织肉瘤原发灶进行安全界限的切除时,对荷瘤骨段切除的方 [40] 式,依据解剖学部位和荷瘤骨质被破坏的程度,主要分为三种类型 。因 为骨肉瘤主要侵及四肢长骨的临近关节的干骺端,因此对于这些肿瘤的切 除主要包括荷瘤骨段及临近的关节,即骨关节切除(osteoarticular resection)。 过去,这种切除方式常常包括整个关节,这主要是因为在过去截肢的标本 中发现肿瘤能够沿着关节囊及周围的韧带侵及关节。现在,随着MRI技术 的发展,临床医生能够比较准确地判断肿瘤侵及关节的范围和程度。因此, 目前,绝大多数骨关节切除常常采用关节内切除(intra-articular)。如果肿 瘤确实侵及关节囊及韧带结构,或者侵及关节,那么整个关节就应该被切 除(extra-articular)。骨肉瘤较少发生于长骨的骨干部位(10%),对于这 种局限于长骨骨干部位的肿瘤,则仅需对该荷瘤骨段进行切除,而保留两 端的关节(intercalary resection)。此外,还有一种情况,即当骨肉瘤广泛 侵 及整个长骨时,无法实现安全切除,那就需要将整个长骨(包含远、近端-18- 第四军医大学博士学位论文 关节)完全切除(whole bone resection)。 同时,对原发瘤灶进行手术切除之前,术者必须根据 MRI 等影像学资 料对手术方案进行设计评估。骨肿瘤手术的患者一般情况下均给予全身麻 醉,以便于较长时间的手术管理,在手术过程中确保肌肉的完全放松,和允 许手术操作后即刻对神经功能进行评估。如果神经血管鞘没有被肿瘤组织包 裹,那么这些结构可以被分离保留;如果动脉被包裹,那就应当切断被包裹 的动脉,并实施原位静脉反转移植、人工合成的脉管或异体静脉移植,以建 立血管旁路。而将被包裹的脉管组织连同整个肿瘤组织一起完整切除。 瘤段切除后假体重建 肿瘤假体是目前临床上昀为常见的一种骨肿瘤的保肢方法。它主要应 [41-46] 用于膝关节、髋关节和肩关节 。骨肉瘤较少见于肘关节和肱骨远端, [47] 一旦侵及,则相应地可以使用肘关节假体来重建肢体功能 。受解剖学位 置和假体设计的限制,对于腕关节(桡骨远端)和踝关节(胫骨远端)部 位的肿瘤,一般不常规使用关节假体重建骨缺损。 随着生物力学工程学、假体设计学、冶金学的发展,肿瘤假体也在不 断地更新换代。目前临床上普遍应用的是模块式假体系统,该系统昀大的 优点是能够随时、立刻提供一种特殊的、与被切除的荷瘤骨段解剖学形状 和大小一致的假体,而无需等待时间去定制。模块式肿瘤内置假体重建系 统能够实时地提供各种类型及大小的假体,这在二十年前是不可想象的。 此外,随着骨折处理技术和关节置换技术的不断更新和熟练,手术方式不 断拓展,保证了手术的成功率。显微血管外科技术也大大改善了软组织的 状态,提高了保肢术的成功率。 目前所有的膝关节肿瘤假体都是铰链式的,这是因为为了达到安全的 肿瘤切除界限,关节周围的支持韧带一般都要被全部切除。肿瘤所在的部 位(股骨远端或者胫骨近端)决定了假体的类型,术后的机能康复情况和 完全恢复所需要的时间。对于肩关节和髋关节肿瘤假体而言,它们并非限 -19-第四军医大学博士学位论文 制在一起,而只需置换肿瘤侵及的那一侧即可。肿瘤假体柄通常靠骨水泥 固定于宿主骨床。现在,还有研究试图尝试新的假体固定方法,如无水泥 [44, 45] 固定,而靠宿主骨向假体柄的长入 。 肿瘤关节假体的优点在于能够提供即刻的关节稳定性,而无需长时间 的肢体制动;同时,它还能使患者获得早期的功能恢复。肿瘤假体重建的 相关并发症的早期(术后一年之内)的发生率是比较低的,而且在术后化 [41-46] 疗的关键时期的感染率低于 5% 。因此,对于那些需要术后辅助化疗的 骨组织肉瘤患者而言,其骨关节缺损的重建选用肿瘤关节假体是比较合理 的。当然,并不是所有的儿童及青少年都适用于该方法,即便能够对肿瘤 病灶实施广泛切除。解剖学的限制、肿瘤假体的设计及力学参数都限制了 假体的应用范围。 需要指出的是,任何机械装置在其使用寿命上都有其内在的限制。肿 瘤假体昀主要的缺点之一是松动,这是由于宿主骨- 假体界面在日常活动中 需要经历反复的应力和载荷,这个问题在下肢骨肿瘤切除重建中尤为突出。 因此,对于长期存活的患者而言,在一定的时间内,肿瘤假体必然要经历 至少一次的假体翻修手术,且大多数假体的翻修都在对原发性