作者: 吳博貴 醫師 / 醫學博士
在前面的文章之中,我們提到過在治療良性骨腫瘤與部分轉移至骨頭之癌症時,我們可以使用病灶內腫瘤刮除的方式來作治療。這一篇文章,我們來討論一下腫瘤刮除後的,骨骼的重建方式。

 
為何需要骨移植?

 

骨腫瘤對於骨骼的破壞,常常如同白蟻一般,會將我們的骨頭(柱子)侵蝕了一個大洞。當我們使用多種方法將這些腫瘤清除乾淨後,接著便是要要將這個空洞填補起來,這樣將來骨骼的結構才能穩度,而不會導致病理性骨折的發生。

骨腫瘤的生長會對骨骼造成嚴重的破壞。

若無將骨缺損填補,則會造成病理性骨折。


 
 
成功骨移植所需要的條件:

骨科醫師在腫瘤清除後,便會使用不同的材質,來將這個空洞填滿。這些材質包括骨水泥(PMMA)、人工合成骨(Artificial bone)、異體骨(Allograft)與自體骨(Autograft)。 

骨缺損的骨再生(Bone regeneration),也就是所謂的組織工程(Tissue enginerring)是一們非常有學問的課程。我們這裡僅能大致的敘述。我們可以先舉一個比喻,如果有一天阿貴醫師因為醫療糾紛而被告了,灰心喪志之下會鄉下老家的海邊,決定來養蚵餬口。這時望著空曠的海域,我必須要做三件事,才可能順利的養出蚵來,分別為搭蚵棚、放蚵飼料與置入蚵苗。同樣的,我們若是希望骨缺損中可以長出新的骨骼,也必須要給予組織工程的三大元素,包括細胞(Cells)、 訊號(Signals)與組織支架(Scaffold),缺一不可!
 

細胞

如同蚵苗。最重要的為幹細胞(stem cell),幹細胞可以在骨缺損處,分化成成骨母細胞(osteoblast),來達到新生骨組織的功能。正常的情況之下,人體內會有相當數量的幹細胞,因此我們大多不需要額外補充,即可達到不錯的骨頭新生結果。

訊號

如同蚵飼料。最重要的包括骨生長因子(BMP)、血管內皮生長因子(VEGF)等。正常的情況之下,人體內會有相當數量的生長因子,因此我們大多不需要額外補充,即可達到不錯的骨頭新生結果。

組織支架

如同蚵棚。骨缺損中必須要有類似骨骼的支架存在,才能讓骨細胞生長。對於一個骨腫瘤手術後的骨缺損,因為原本的『蚵棚』已經被破壞光了,因此我們必須另外補充新的蚵棚。常使用的組織支架有骨水泥、人工合成骨、異體骨與自體骨等。


接著,我們分別來談談這些組織支架之差異。
 
骨水泥(PMMA)

骨水泥(Poly(methyl methacrylate) (PMMA)是骨科醫師最好的朋友!在我們每天的骨科手術當中,一定會用得到。PMMA在於1877年德國的科學家Wilhelm Rudolph Fittig 發明其聚合的方式。在1941年首先由 Alexander Blain Hospital, Detroit 的口腔外科醫師應用於顏面重建手術中。簡單說是一種醫療級的『壓克力』,在使用之前為一半的液狀(裡面含有尚未聚化之MMA)與一半粉狀(裡面含有促進聚化之起始劑)物質。手術當中要使用時,將兩者混合在一起,使得促進聚化之起始劑來將MMA混合在一塊,來將MMA聚合成PMMA。初期聚合的幾分鐘內,PMMA為一種膠狀的物質,最後十分鐘左右後,聚合之PMMA會開始發熱、體積膨脹,最後轉變為如同石頭一樣硬的物質。最常使用PMMA的情況,是在我們人工膝關節的手術中,醫師用PMMA來將人工關節與骨頭做固定。另外,在一些骨科感染疾病中,例如人工關節的感染、骨髓炎等,我們可以在PMMA中置入高濃度的抗生素,讓其在人體中漸漸地釋放以達到殺死細菌的效果。另外常用來應用的,便是骨腫瘤的骨缺損。我們可以將PMMA填塞在骨缺損中來作為骨填補。 

使用PMMA來填補最大的優點,在於可以提供『立即』與『足夠』的支撐能力。一般的骨缺損若此用PMMA作為填補,手術後基本上就可以下來踢正步!手術時間快且費用較為便宜。(當然市售也有些其他特殊的PMMA,例如加上抗生素、對比劑等,便比較貴,且健保不給付。)另外一樣特性是優點也是缺點,便是『發熱』。根據體外的測試結果,PMMA在聚合的過程中,核心溫度會高達70 ̊C 至 120 ̊C之間(**)。而於人體體內的測試,溫度會高達48 ̊C(**) 至 56 ̊C(***)之間。對於這樣短暫體內的高溫,缺點在於對於骨細胞與周遭的組織會帶來一定的暫時傷害,但同樣的若是對於可能殘餘的腫瘤,也有滅除的效果。 

然而,PMMA對骨缺損的填補,有一樣我們不喜歡的特性,即PMMA為一種『生物不可吸收性, Non Bio-degradable』的材質。正常最好的骨缺損填補的材質,必須是經過幾個月或是幾年後,填補的材質被人體正常的代謝掉,在代謝的過程,逐漸新生我們自己的骨組織。然而PMMA無法被人體所代謝,因此無法達到這樣的結果。基本上若是使用PMMA填補後,以後我們的骨頭中,就是這麼一塊PMMA了,不會新生新的骨頭。因為其有這樣的限制,因此在臨床使用上,我們會用在『需要提早負重』的病患上。對於年齡較小之病患,基本上是不大建議使用PMMA來作為骨頭的填補。

* DiPisa JA, Sih GS, Berman AT. The temperature problem at the bone-acrylic cement interface of the total hip replacement. Clin Orthop 1976;121:95-8. 
** Harving S, Soballe K, Bunger C. A method for bone-cement interface thermom- etry: an in vitro comparison between low temperature curing cement Palavit, and Surgical Simplex P. Acta Orthop Scand 1991;62:546-8. 
*** Linder L. Reaction of bone to the acute chemical trauma of bone cement. J Bone Joint Surg [Am] 1977;59:82-7.
 
人工合成骨

一般市售的人工合成骨有相當多種,包括有硫酸鈣、三鈣磷酸鹽( tricalcium phosphate,TCP)與氫氧基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)。這些人工合成骨是使用與骨骼成分相似之材質,並製程與骨頭相似之3D立體孔隙結構,以作為骨缺損的填補。視不同的材質,通常大約幾個月過至一兩年後後,這些人工合成骨便會慢慢的被代謝,而替換成人體新生成的骨組織。以我們的臨床經驗,基本上人工合成骨效果均是相當不錯!但是人工合成骨之費用相當貴,10CC的人工合成骨最便宜的大約需要7000~8000元不等。我們健保的給付『原則』,是規定依照腫瘤的大小給予不同量數的給付。近幾年來,更有不同功能的人工骨逐一的上市,有些含有生長因子,可以讓骨骼生長速度較快。有些可注射朔形,讓骨骼空洞填補的更徹底與迅速。但這些人工骨的價錢,就更為昂貴了!
 

健保給付的人工骨,內含硫酸鈣與氫氧基磷灰石

手術中使用人工骨來填補骨骼空洞

 
異體骨

顧名思義『異體骨』是指『他人的骨頭』,常見的異體骨來源有幾種: 

第一:病患因為髖關節疾病(骨折、退化性關節炎等),行手術治療時,將正常的股骨頭移除。因為這個『正常的股骨頭』病患已經不需要,所以善心將其捐出。 
第二:病患因為膝關節退化性關節炎,行手術置換人工關節時,需移除部分正常的骨頭。因為這個『正常的骨頭』病患已經不需要,所以善心的其捐出。) 
第三:已經成為天使的病患,將祂的骨骼捐出,遺愛人間。 

大多數的良性骨腫瘤骨缺損,我們均採用第一種與第二種異體骨來進行移植。如同人工合成骨,這些移植的異體骨,也會逐漸的被人體吸收掉,然後漸漸新生出我們自己的骨骼。
 

髖關節骨折的病患,所捐出的異體骨

手術中使用異體骨來填補骨骼空洞

 
自體骨
 

前面我們提到過,最好的骨移植材質,必須擁有組織工程的三大元素,包括細胞(Cells)、 訊號(Signals)與組織支架(Scaffold)。而唯一擁有這三樣條件的就只有『自體骨』了。所謂的自體骨,就是同一次的手術中,取病患身上『比較用不到』的骨頭,來作為填補。選擇自體骨時。一般醫師都會選用病患髂前上棘(anterior superior iliac spine, ASIS)之骨骼, 因為這部分的骨頭在身體的中軸骨,骨頭組織之脂肪含量較少,效果較佳。這些骨頭剛取出來,裡面的骨細胞、幹細胞與各種生長因子都非常的『新鮮』,接著我們迅速的將其移植回骨缺損中,可以達到非常好的骨生長成果。但可惜的是,因為取骨頭處會造成病患的疼痛(甚至比開腫瘤的地方痛),加上取出的量不足以填補骨缺損所需,因此限制了臨床上應用。

 
 
骨移植後的注意事項

除了使用骨水泥PMMA作為移植外,其他的移植物包括人工合成骨、異體骨與自體骨,在初期時均不能過多負重。必須等到幾個月過後,我們自己的新生骨逐漸形成,並開始規則排列時,才能夠開始完全受力。因此手術後每四到六週必須接受X-ray的檢查,讓醫師了解目前骨頭生長的情況。依照一般我們臨床的經驗,大約需要四到六個月,病患才能開始進行跑步、打球等較激烈的運動。