髖關節置換術后假體柄松動原因分析及假體設計構想

王世魁 周全 鄔健明

(云南開遠市解放軍59醫院骨病關節外科 云南 開遠 661600)

目前全髖關節置換和(或)半髖關節置換成為治療老年股骨頸骨折及部分股骨粗隆間骨折的重要方法,已得到國內同行認可及支持并大量運用于臨床。但治療失敗的案例隨置換病例的增加而迅速增加,成為髖關節置換后期嚴重并發癥之一。股骨假體柄松動下沉成為治療失敗的主要原因,本文主要分析假體松動下沉原因思考股骨假體柄的優化設計。

1 股骨假體柄的松動下沉原因分析

股骨假體柄的松動下沉原因:早期將假體松動歸因于由應力遮擋引起骨質重新塑型,近年來由于生物學固定型假體的廣泛應用,假體翻修術中病理和尸體病理的取得,對假體的松動原因認識著重于假體微動和磨屑誘導的骨溶解方面。后期研究表明假體微動原因與假體及周圍骨溶解關系密切,無機假體對有機骨骼的反復擠壓應力是骨溶解發生的關鍵誘因,這也就說明了在沒有反復劇烈應力的肩關節假體及肱骨小頭假體治療失敗率低的原因。而因為反復微動導致的摩擦碎屑顆粒和離解產生的微小顆粒物質所致的生物學反應是啟動因素,這些物質可趨化并激活機體內單核—巨噬細胞,使其大量增值并分泌多種與骨吸收有關的細胞因子,直接或經激活破骨細胞間接誘發骨溶解,最終使固定良好的假體發生松動,這就是促使我們來解決假體植入機體后發生假體微動的問題。

2 解決假體植入機體發生微動的方法和設想

2.1 外科手術因素

圖1 交鎖假體柄設計示意圖

有資料顯示全髖關節置換手術10年內發生后假體松動的病例,非骨水泥組較骨水泥組明顯高,而10年以上骨水泥組較非骨水泥組明顯較高,提示松動原因與股骨柄假體涂層有明顯關系。另外,假體柄松動可能與外科技術有一定關系,如手術操作及假體的選擇、安裝、假體植入方向、角度、時機等,這在一定程度上說明了關節置換技術比較嫻熟的醫生比技術欠佳的醫生治療后松動發生率較低的原因,因此解決方法主要是提高關節置換醫師的外科技術水平,為更多的患者帶來益處。

2.2 生物學方面的因素

生物學因素方面總體上很難糾正,因為本身植入假體是一金屬無機假體,而相對于自身生物體來說,是個異物,機體對于異物的反應主要是排異作用,而反復長時間的擠壓應力又加速了骨質脫鈣疏松進程。另外,導致細胞生物學方面的主要因素是患者假體柄植入后發生松動,不斷的微動及假體摩擦致使假體周圍形成大小、形狀及理化性質不同的微小顆粒,而這些微小顆粒導致的一系列免疫反應及機體自身對這些微小顆粒的反應是使其發生假體周圍骨溶解、加劇松動,成為不可抗拒的因素,其中介導因子有以下常見幾種:IL-1β、TNF-α、IL-6、PGE2等,而這些免疫細胞因子的分泌均為假體松動發生反復摩擦形成的碎屑顆粒引起的。目前比較熱點的假體周圍骨溶解研究主要考慮的還是假體異物引起的一種自身免疫反應,這在假體周圍骨溶解方面病理學研究中得到證實:大量資料證實多種細胞因子參與骨溶解過程,這些主要考慮的是細胞免疫反應。解決方法主要是假體工程學方面需要進步,最接近于自身組織學的假體可能誘導能力最低,但這是技術較難的領域,細胞克隆技術在這個領域可能發揮巨大的作用。解決之途徑就是如何來降低假體微動及松動,減少摩擦碎屑顆粒的釋放,降低局部免疫反應。假體結構方面設計是否能夠達到解決呢？

2.3 假體設計方面的思考及應用前景

2.3.1 假體設計方面的思考,根據假體周圍骨溶解及發生松動的原因是免疫性因素,而摩擦顆粒的產生是其誘因。除外骨科醫生本身技術因素之外,假體的設計當是解決問題的關鍵點,本文主要從假體的固定及穩定性上思考。假體周圍骨溶解目前的分類為:襯性骨溶解和擴張性骨溶解,根據X線顯示:若假體或骨水泥與周圍骨之間存在X線透亮且寬度＞1mm,上下相對一致時成為襯性骨溶解;若假體或骨水泥周圍存在扇貝狀X線透亮區,從假體接觸部位向外擴張,界限較明顯時稱為擴張性骨溶解,就其原因考慮襯性骨溶解可能與假體應力有關,應力來源主要是身體重量,而擴張性骨溶解應力來源可能由于技術因素,可能與局部應力增加有關,可能與外科技術及局部假體放置位置有關,使其局部應力增加明顯。故我們需要注意的是假體植入髓腔后的穩定,單純依靠骨水泥和生物表面涂層不是唯一途徑,機械性改變穩定有可行之處,這就是我們所思考的交鎖假體柄的設計原理,其來源與交鎖髓內釘設計概念一樣,主要是降低假體植入后發生微小松動和旋轉的應力因素,減小假體柄對髓腔所有接觸面的壓力,而將主要應力引導到交鎖釘所在骨皮質上,理論上可以有效改善接觸擠壓應力導致的骨溶解,又可以降低微小摩擦,減小骨水泥摩擦碎屑,對于非骨水泥柄可以減少局部摩擦擠壓應力而產生生物穩定作用。

2.3.2 交鎖假體柄的設計圖(圖1) 此種設計理論上將過去利用假體柄表面涂層和骨髓腔內側面摩擦力而達到穩定修改為利用鎖釘直接將應力傳遞到骨干皮質上,減少接觸面壓應力及接觸面摩擦力,防止發生壓應力導致的骨溶解,降低后期發生局部微動,達到更加穩定的設計。此種設計可應用于骨水泥柄、生物柄等多種股骨假體柄上,一定程度上可以緩解股骨假體柄的下沉及松動,緩解襯性骨質溶解,加強假體柄的穩定,理論上可以提高假體使用壽命。本實踐因為科研條件有限,不能正規進行相關基礎研究是我們最大的遺憾。

2.3.3 應用前景 交鎖假體柄設計應用于臨床還是需要一定的時間,相關基礎研究尚未進行。但是,解決股骨柄假體的松動及下沉問題,可能后期會采用這種設計方案,交鎖髓內釘上已經是典型的例子。這種優化設計不但允許應用于骨水泥柄,而且允許應用于生物柄假體,不與現有的關節置換技術相沖突,具有一定的研究及應用價值。