人工全髋置换术后假体松动断裂的研究进展

【关键词】 人工全髋置换术

　　人工全髋置换术（total hip replacement THR）是目前重建髋关节功能较为有效的方法之一，已日趋成熟完善，使患者的生活质量得到很大改善。随着手术例数的增加和时间的延长，其术后并发症也不断增加。术后假体界面周围骨量丢失引起的骨溶解及假体松动断裂是其中最为严重的并发症之一，成为影响关节置换术后远期疗效的主要原因，作者现就研究现状和进展概述如下。

　　1 假体松动的部位

Harris［１］报道非骨水泥固定髋关节假体骨丢失的主要部位在股骨近端的大、小粗隆及髋臼周围的松质骨区，而股骨中、下段的密质骨的骨吸收程度相对较小。股骨柄周围骨溶解的发生率和严重程度存在一个总的趋势，即临近关节的部位（一、二、六区）多发而严重，离关节越远就越少而轻，近外侧（一、二区）病情重于近内侧（五、六区）。张柳等［2］发现人工髋关节置换术后假体的松动不仅表现在股骨假体,髋臼假体也常发生松动,甚至髋臼假体的松动率较股骨假体松动率高3 ～5 倍，特别是髋臼假体的负重区。Zicat［3］观测到髋臼假体三区的骨溶解宽度大于一区。林剑浩等［4］认为假体松动与假体周围骨质疏松密切相关。可以说假体松动的早期多发生在股骨柄近端的大、小粗隆及髋臼周围，可能与局部骨的质量有关，因为这些部位以松质骨为主，且与局部应力大小有关。　　
　　
　　2 假体松动断裂的发生率
　　
　　Sabo D等［5］报道假体周围骨吸收、骨量丢失所致THR术后失败者占49%。假体松动率随着随访时间的延长而增加，Saito等［6］报道8年内假体松动率为42%，8年后为60%。Harris［7］长期随访发现骨水泥假体松动率为40%～50%。张勇等［8］经统计后认为人工全髋关节置换术后假体骨溶解在骨水泥假体和无骨水泥假体均存在，两者的发生率无显著性差异。说明假体断裂松动与假体周围原本骨质量和骨吸收有关，与假体性质关系不大。

　　3 假体松动断裂的原因

　　3.1 患者术前的一般情况

　　患者的年龄、性别、体重、活动量及置换手术前原发关节疾病和骨骼的质量及全身状况等均可影响术后人工关节的稳定性和假体的使用寿命。

　　3.2 手术操作因素

　　(1)假体型号不合适或者安装位置有误。适宜的股骨偏心距（股骨头或股骨头假体距股骨轴线的垂直距离）可使髋关节获得最大的外展功能，最小的关节面间的应力，对股骨柄假体及其与骨交界面间产生最小的轴向力矩和内翻应力［9］，THR术后股骨偏心距与正常侧相比较，差别＜4mm的视为股骨偏心距得到了重建。否则股骨偏心距过小，股骨靠近骨盆，外展肌力增大，假体对髋臼杯的作用力增大，从而产生更大的磨损，导致假体的松动断裂。股骨颈的截骨面水平决定着股骨柄假体坐入的深度，股骨距是坚硬的皮质骨，是对假体上端的有力支撑，切除过多会减弱对假体的支撑力，如果截骨面水平较低，需使用加长颈部的股骨头假体才能保持肢体的长度，相应的股骨偏心距也随之增大，而且如果牺牲过多的股骨颈部分则降低了股骨柄假体对抗扭转应力的稳定性，均易引起假体的松动。股骨上段髓腔形态结构与股骨假体柄的形态是否匹配及匹配的程度是假体柄使用寿命的关键。股骨假体在髓腔内的理想位置应是中立位。外翻位则外展肌杠杆臂相应缩短，假体负荷增大，加重了假体磨损，内翻位则假体的剪应力增加，造成假体的松动和断裂。因此假体型号或安装位置错误，导致应力不平衡或应力集中，是造成假体松动断裂的重要因素。(2)骨水泥假体固定的可靠程度依赖于骨水泥加压所产生的骨水泥与骨的结合强度，同时也依赖于骨水泥套的完整性。骨水泥凝固过程中高及持久的压力可使骨水泥获得较高的疲劳强度，降低假体的松动几率［10］。第一代骨水泥技术以手工搅拌骨水泥并且向髓腔内填充，骨水泥在髓腔内分布不均，而且髓腔可能残留气体，某些节段甚至无骨水泥，故早期就出现假体松动已不可避免。
　　
　　手术过程粗暴，组织结构受损，人工髋臼外展角把握不准确，髓腔挫方向及应力面控制不良，假体类型或型号选择不当等均可造成假体的早期松动。
　　
　　3.3 术后因素

　　(1)应力遮挡，Mjoberg［11］认为应力遮挡引起骨量丢失是造成假体早期无菌性松动的主要原因之一。全髋关节置换后力的传递途径发生了根本的变化，关节应力通过髓内假体再传到股骨远端，不同于生理关节的应力直接通过骨小梁从股骨头传到股骨，造成股骨近端应力遮挡。其结果造成股骨近端骨质疏松，骨皮质变薄和假体松动［12］。Namba等［13］采用三维有限元分析发现假体植入后应力遮挡非常严重，认为骨萎缩是近端骨质的应力遮挡所致。Schmidt等［14］术后随访发现，股骨干总体骨密度下降5.5%，皮质骨平均骨密度下降4.5%，而股骨干骺端骨密度下降14.3%，皮质骨平均骨密度下降17.3%。应力遮挡的大小与股骨柄假体的硬度或弹性密度密切相关，骨吸收的程度主要取决于假体与股骨的刚度之差。随着骨萎缩的

发展，其承载能力降低，导致假体松动、断裂、股骨骨折等。(2)骨溶解，引起假体周围骨溶解的原因及其发展过程尚未完全清楚，目前认为主要与假体磨损产生的磨损颗粒诱导的生物学反应有关。这些磨损颗粒可激发各种吞噬细胞反应，后者可分泌多种与骨吸收有关的分子，如细胞素、前列腺素E2、胶原酶等，成为假体后期松动的重要原因，而松动又将带来更严重的磨损和生物学反应［15］。Charnley 等［16］首先在临床发现了松动的人工关节假体周围有一层界膜组织，其中含有大量的巨噬细胞及异物巨细胞，并且发现界膜组织的部位与X线片上的透亮带相对应。Goldring等［17］证实，松动假体周围的组织样本在体外培养时能够释放高浓度的前列腺素E2（PGE2),并且表达较强的骨吸收活性。Kim等［18］证实，有骨水泥或无骨水泥固定的假体界膜组织在体外培养时能够释放胶原蛋白酶、明胶酶、PGE2和白细胞介素（IL-1)。Forest等［19］认为这层含有组织细胞反应的界膜对假体松动起了重要作用。Shanbhag等［20］从界膜中提取微粒进行分析，认为引起骨溶解最主要的微粒是聚乙烯。Goodman等［21］提出微动理论和微粒理论，认为这两种机制具有协同作用，即存在一个恶性循环，微动和关节摩擦必然产生微粒，不同微粒激活由于微动或异物反应所形成的界面组织，产生吸收因子，使骨溶解最终导致松动。(3)手术后患者长期卧床，患肢制动导致废用性骨质疏松。Shih 等［22］发现在术后＜3个月，股骨柄假体周围骨密度呈现快速减少约9.24%，随后表现为逐渐稳定趋势。可以说假体松动断裂是多因素作用的结果，术前、中、后的某个细小环节的失误均可造成灾难性的后果。

　　4 假体松动断裂的诊断
　　
　　假体周围骨溶解早期诊断比较困难，早期的生物学过程常是无症状的，到后期出现假体松动下沉和假体周围骨折才出现临床症状。临床主要症状为体位改变时髋关节出现疼痛、跛行、髋关节功能减退等。Harris假体松动分类标准：如假体出现移位，假体周围骨水泥断裂为肯定松动；假体周围出现连续>2mm透亮区为很可能松动；假体周围出现不连续透亮区为可能松动。骨溶解的X线片表现为：(1)衬性骨溶解：假体周围出现与假体边缘平行的均匀的骨透亮区，宽度约为2mm。(2)扩张性骨溶解：假体周围出现的骨透亮区范围明显增加，边界常不规则，呈扩张性、进行性发展。骨溶解的假体周围骨透亮区未见骨小梁的存在，这是与骨吸收X线片的鉴别要点。

　　5 假体松动断裂的预防

　　5.1 选择匹配微体

　　普通的假体不能适合每个个体，为了达到假体与髓腔骨质的良好匹配，利用计算机辅助设计制造的个体化假体是一个理想的有效途径［23］；选用Charnley的低磨损型人工髋关节。该人工关节髋臼的外径是一样的，内侧凹度浅，髋臼壁外增厚，吸收应力均匀更耐磨损；头小，使得下肢活动时，股骨头的移动距离缩小，摩擦力矩也小，这样使得骨与骨水泥，假体与骨水泥之间的应力减少，降低了假体松动的可能性。
　　
　　5.2 应用羟基磷灰石假体涂层（HA-coated）

　　将HA喷涂在假体周围形成HA层，借HA的特性（具有和金属与骨组织较强的亲和性）使骨与假体产生紧密的结合［24］，从而避免或减少聚乙烯微粒的产生。
　　
　　5.3 骨水泥

　　骨质疏松的患者宜采用改进的第三、四代骨水泥固定技术，可显著改善临床效果，降低假体固定的失败率。从国外的资料［25］看改进的骨水泥技术的运用改进了假体牢固固定问题，10年随访假体松动率仅为3%。
　　
　　5.4 假体安装时争取使用中置器，防止假体内外翻放置

　　重建股骨偏心距，增加髋外展肌的力臂，改善髋外展肌的力量，从而获得髋关节的软组织平衡，使外展肌力矩在较小值下与重力力矩获得平衡，从而降低了头臼间的作用力，降低了高分子聚乙烯臼的磨耗，减少磨损颗粒的产生、阻止磨损颗粒扩散及抑制骨溶解的生物学过程，减少假体周围骨溶解。Emerson等［26］发现应用假体周围等离子涂层，能够防止磨损颗粒到达股骨颈内膜表面和大转子处，有利于假体-骨组织界面的整合，减少骨溶解。从而减少假体松动断裂，提高假体的远期疗效。应用药物抑制细胞活性和化学介质的释放，可抑制骨溶解的发生。预防假体松动断裂的意义远大于治疗的意义。术前做好适应证选择，术中仔细操作，术后指导其功能康复及做好随访工作，尽量避免假体松动断裂的诱发因素，是日后预防假体松动断裂工作的重点。

　　6 假体松动断裂后的处理

　　6.1 实验研究

　　Shanbhag等［27］研究发现阿伦磷酸盐掺入骨矿化基质中可抑制破骨细胞性骨吸收。Peichl P等［28］对绝经后行全髋置换的女性注射降钙素进行临床对比观察，认为降钙素能够防治全髋置换术后骨溶解。由于骨溶解是由细胞因子介导的复杂过程，因此有学者提出在分子水平进行调控，De Poorter 等［29］利用腺病毒作为基因治疗载体构建自杀基因系统经过实验显示有较大的临床应用价值，尽管基因治疗在很多方面均取得了进展，但在基因治疗全髋置换术后骨溶解方面大多尚处于实验阶段。因为假体周围骨溶解是一个多因子参与的过程，作用于单一因子或多个因子是否能够起到防治效果都是基因治疗过程中需要研究和解决的问题。范卫民等［30］从实验中证实，二磷酸盐能防止人工关节置换术后由TNF等溶骨因子引起的人工关节周围的骨溶解。认为二磷酸盐有望成为防止人工关节松动的有效药物。但亦有口服给药疗程长、费用高和有并发上消化道溃疡的危险并对骨形成的骨基质矿化过程产生抑制的报道。　6.2 手术

治疗 　　

　　多数学者认为人工髋关节置换患者一旦出现症状，X线片提示有界面吸收松动，甚至旋转移位和关节脱位，即应尽早行翻修置换手术治疗。人工髋关节翻修术仍然是目前解决人工髋关节置换术后诸多难题的重要手段。根据分型、评估骨量和骨质量，选择良好的适合患者的个体化假体，术中准确操作，术后依据假体特征指导其功能康复，严密随访，是保证翻修术后疗效的关键。但有作者认为伴有骨量丢失修复术的手术难度会增大，翻修术后的临床疗效肯定比首次关节置换疗效差，使用寿命更短。骨形态发生蛋白在全髋置换翻修术中也有很大的应用价值。根据作者经验，骨溶解后的假体翻修应尽量考虑应用骨水泥型假体，必要时考虑植骨，要确保假体界面的紧密压配，才能保证假体使用寿命和手术后功能的恢复。

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