人工髖關節置換術后假體松動研究進展

饒 毅，陳躍平

(1. 廣西中醫藥大學研究生學院，廣西 南寧 530001；2. 廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院，廣西 南寧 530011)

人工髖關節置換術后假體松動研究進展

饒 毅1，陳躍平2

(1. 廣西中醫藥大學研究生學院，廣西 南寧 530001；2. 廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院，廣西 南寧 530011)

人工髖關節；假體松動；髖關節置換術

人工髖關節置換術能夠有效緩解髖部各種疾患所帶來的疼痛和重建髖關節功能。但由于術后感染、骨質疏松、骨吸收等各種原因造成髖臼松動或股骨柄松動，甚至假體斷裂[1-5]，已成為關節外科最具挑戰性的臨床問題。現將造成假體松動相關因素的研究綜述如下。

1 流行病學調查

近10年的文獻顯示，人工髖關節假體置換術后的并發癥發生率并不低，而在并發癥中，假體松動一直以來都是人工髖關節置換術后最重要并發癥之一。郭艾等[6]隨訪232例253髖施行初次人工髖關節置換的患者，平均隨訪9.6年，發現其假體存留率為88.9%，總體松動率為7.4%，股骨柄的松動率為5.9%，臼杯的松動率為2.9%。人工髖關節置換術后的假體松動也與假體留置體內的時間有關。譚維琴等[7]發現人工髖關節置換術后10年假體的松動率在10%左右，且隨著時間的推移，翻修率也相應上升。人工髖關節置換的遠期療效還與患者年齡有關。戴尅戎[8]指出<55歲的患者全髖置換術后假體的10年留存率僅為80%左右,16年留存率僅為33%，而在小于40歲的患者中，假體的10年失敗率為30%～56%，在導致人工關節中、遠期失敗的原因中，磨損和松動是最重要因素。所以人工髖關節假體置換術后假體的松動必須引起重視。

2 假體松動的分區

人工髖關節假體的松動分為髖臼松動和股骨柄松動。髖臼松動為髖臼位置的變化或移動、表面顆粒的脫落以及髖臼嚴重磨損造成的復發性髖關節脫位；股骨假體松動為假體與骨界面有100%透亮線形成[9]。目前臨床上常用的為Gruen[10]股骨假體分區法和Delee-Charnley[11]髖臼假體分區法。根據Gruen的描述，股骨假體及其相關的界面被分為7個區域，①外上部：包括大轉子及假體上1/3對應的外側區域；②中部外側：假體中1/3所對應的外側區域；③外下部：為假體下1/3所對應的外側區域；④假體遠端：為假體遠端15個單位像素內的股骨干區域；⑤內下部：為Gruen3區所對應的假體內側區域；⑥中部內側：為Gruen5區與小轉子下緣之間的區域；⑦內上部：為小轉子下緣與股骨頸截骨處之間的區域。根據不同部位假體柄與骨水泥界面或/和骨水泥與骨質界面的改變情況，可以理解假體柄松動的機制和方式，這對理解所涉及的機械性因素是有幫助的。根據Delee和Charnley的描述，髖臼假體及其周圍的骨水泥外殼可分為3個區域：①外上部;②中部;③內下部。觀察不同區域髖臼骨質與骨水泥界面、假體和骨水泥界面的變化程度和數量，可以明確髖臼假體是否松動。 如果3個分區都存在2 mm以上的透光區，表明假體已發生松動 如果1～2個分區內存在某種程度的透光區，假體是否松動應根據透光區的寬度是否進行性增加，以及髖部是否有疼痛來確定。

3 假體松動的原因

3.1慢性感染與假體松動 感染必須具備3個條件，即感染源、細菌生長環境、人體防御力。人工髖關節置換術為開放性傷口，人工髖關節假體材料的存在為細菌的侵襲和生長提供了一個很好的環境。而伴隨著這種創傷性手術，機體的防御力不足，易引起細菌感染。感染還與人體本身情況、麻醉時間、手術時間等因素相關[12]。盡管現在的手術技術非常嫻熟和抗生素的預防運用，人工髖關節置換術后感染率依然保持在1%～2%之間，且在翻修術后還要增加[13-14]。同時Peter A Revell等[15]發現大約有1.5%關節松動是因感染引起的。而導致假體松動的感染主要是慢性感染。慢性感染導致的骨量丟失增加是假體松動的主因。對于慢性感染導致的人工髖關節假體松動，經典的治療方法是實行兩階段治療方案，第一階段的清創手術，假體取出，植入抗生素的骨水泥間隔和特定的抗生素治療；第二階段在感染已被清除后，消除髖關節墊片和實行二期翻修術[16-17]。由于實行兩階段治療方案治療時間長會延遲患者的康復，它意味著高昂的治療成本，且并不能夠減低翻修術后的并發癥發生[18]。有報道發現實行兩階段治療的髖關節翻修術后失敗率在5%～8%[19-20]。國外學者提出合理選擇患者的情況下實行一期翻修術的治療，即利用加載抗生素的骨水泥假體和骨水泥植入的辦法翻修[18-22]。

3.2骨質疏松與假體松動 骨質疏松主要有2種，一是藥物性骨質疏松，多由長期服用激素有關，激素常可導致股骨頭缺血性壞死而需實行人工髖關節置換。當股骨柄假體植入髓腔后，股骨柄假體承受的巨大彎矩將由股骨柄尖部的外側和股骨柄根部的內側去平衡。由于激素能引起股骨近端骨質疏松，造成此部位骨質條件相對較差，股骨距不能起到良好的力學支撐而造成假體下沉，并發生松動[23]。假體松動的發生率在創傷性股骨頭缺血性換死和激素性股骨頭缺血性壞死的患者中明顯不同。Hungerford等[24]通過調查發現相對于行人工髖關節置換術的創傷性股骨頭缺血性壞死患者，激素性股骨頭缺血性患者的假體松動率明顯高于后者。二是年齡性導致的骨質疏松，老年人尤其是女性年老患者，因缺少運動和雌激素分泌不足等原因，導致骨的代謝平衡失調，骨丟失明顯多于骨生成量，而這種情況隨著年齡的增加而越來越明顯。同時人工髖關節術后并不能馬上下床活動且還需要制動一段時間，這將導致原來就不太好的骨質更加疏松，增加了股骨柄假體下沉、松動的風險。對于骨質疏松引起的假體松動，主要在于置換術后注意預防，及早下床活動，合理的制動，服用抗骨質疏松藥物和鈣片。在翻修時應以骨水泥假體翻修，或用加長柄股骨假體翻修[25]。

3.3關節假體材料與假體松動

3.3.1聚乙烯顆粒與假體松動 為了改善人工關節磨損，1958年Charnley首先應用高密度超高分子聚乙烯(UHMWPE)作為髖臼假體材料。目前運用聚乙烯材料的假體主要有金屬-聚乙烯假體和陶瓷-聚乙烯假體，他們的磨損率分別為0.1～0.3 mm/年，0.05～0.15 mm/年[26]。聚乙烯的磨損顆粒在假體松動中起著重要的作用。余存泰等[27]通過實驗發現UHMWPE顆粒可使植入體周骨形成受抑，骨小梁骨陷窩中骨組織缺如，發現在植入體表面骨性結構覆蓋率低，微隙中骨小梁密度減低。骨量的形成減少導致植入關節假體的骨床不夠堅固因而易發生松動。磨損顆粒導致的假體松動不僅表現在骨形成的抑制，還能導致無菌性炎癥介導的融骨反應。馬建兵等[28]發現相對于金屬顆粒、陶瓷顆粒和骨水泥顆粒，聚乙烯顆粒對巨噬細胞的刺激更強，能夠直接刺激巨噬細胞產生融骨性細胞因子如TNF、IL-1、IL-6、PGE2、NO、金屬蛋白水解酶、轉移抑制因子等。同時聚乙烯顆粒對TNF-α、單核細胞、轉錄因子活化T細胞核因子-2表達的影響，也是導致關節假體松動的原因。通過上面的各項研究發現，UHMWPE導致假體松動的原因很多，但大部分都與無菌性炎癥并與其導致的融骨過程有關，而這種炎癥是植入的聚乙烯內襯在摩擦時產生的UHMWPE顆粒引起的。

3.3.2金屬對金屬關節的假體松動 金屬對金屬人工髖關節相比其他關節材料具有更低的磨損率，近年應用廣泛。金屬對金屬髖關節主要是鈷-鉻合金制造，相比其他關節材料，鈷-鉻合金有更好的耐磨性、耐蝕性，是人工關節的優秀材料。有文獻報道[29]金屬對金屬假體關節面的線性磨損率為5 μm/年，容積性磨損率為0.44 mm3/年，線性磨損率和容積磨損率均遠低于金屬-聚乙烯和陶瓷-聚乙烯材料，與其相關的組織反應也低于使用聚乙烯臼杯。雖然鈷-鉻合金的耐磨性好，但是在人工關節的運動中，還是會產生鈷、鉻顆粒。周瑜斌等[30]認為金屬鈷、鉻顆粒能通過刺激單核細胞釋放腫瘤壞死因子引發假體周圍炎性反應，并且通過誘發單核細胞凋亡參與這一過程從而導致假體松動。同時，金屬對金屬髖關節還存在應力遮擋效應，而導致骨溶解發生假體的松動。

3.3.3陶瓷對陶瓷關節的假體松動 相對于其他人工關節材料，陶瓷對陶瓷假體的耐磨性更好。陶瓷假體的磨損為0.13～78 μm/年[31]。因為陶瓷關節的低磨損率，他能更好地解決因磨損顆粒導致的假體周圍無菌性炎癥和融骨反應。相對于金屬對金屬假體，陶瓷對陶瓷假體釋放的磨損顆粒更少，這將減低細胞因子的釋放，減少假體松動的風險[32]。Christophe等[33]通過9年隨訪發現因為陶瓷對陶瓷關節在摩擦方面的優異表現，在減少關節磨損和骨溶解并延長假體壽命有很好的吸引力。

3.3.4磨損顆粒與假體松動的治療 磨損顆粒對于關節松動的治療，最主要的是抑制無菌性炎癥的生成。從材料學上考慮，我們可以改變材料的性質，使用更耐磨的材料。使用藥物治療應重在抑制破骨細胞，促進成骨細胞的生成。

4 總 結

慢性感染和骨質疏松導致的假體松動重在預防，而由關節假體材料導致的假體松動的罪魁禍首是材料間摩擦產生的磨損顆粒介導的無菌性炎癥和融骨過程。現在看來，這些反應依賴于內假體表面摩擦釋放粒子的大小和數量。因此，找到一種比現行主要關節材料摩擦系數更低的假體材料非常重要。植入表面磨耗產生的更少的粒子意味著植入物周圍更小的噬菌作用反應并能降低由假體植入而產生的各種細胞引發的病情，從而延長假體的壽命。在現有的人工關節材料中，陶瓷對陶瓷假體的摩擦系數是最低的，它引發的無菌性炎癥和融骨過程更輕。因而有理由相信陶瓷對陶瓷關節在人工髖關節置換中將得到進一步運用。

[1] Whittinqham-Jones P,Mann B,Coward P,et al. Fracture of a ceramic component in total hip replacement[J]. J Bone Joint Surg Br，2012,94(4):570-573

[2] Della Valle AG,Becksac B,Anderson J,et al. Late fatigue fracture of a modern cemented cobalt chrome stem for total hip arthroplasty: a report of 10 cases[J]. J Arthroplasty,2005,20(8):1084-1088

[3] Yates PJ,Quraishi NA,Kop A,et al. Fractures of modern high nitrogen stainless steel cemented stems:cause, mechanism, and avoidance in 14 cases[J]. J Arthroplasty,2008,23(2):188-196

[4] Mahoney OM,Dimon JH. Unsatisfactory results with a ceramic total hip prosthesis [J]. J Bone Joint Surg(Am)，1990,72:663-671

[5] Fischer KJ,Carter DR,Maloney WJ. In vitro study of initial stability of a conical collared femoral component[J]. J Arthroplasty,1992,7(Suppl):389-395

[6] 郭艾,王志義,李強,等. 全髖關節置換術后的中遠期療效[J]. 中華創傷骨科雜志,2005,7(11):1021-1024

[7] 譚維琴，楊士軍，崔健和. 人工假體置換后的無菌性松動[J]. 中國組織工程研究與康復，2011,15(43):8133-8136

[8] 戴尅戎. 金屬對金屬人工髖關節假體的昔與今[C]. 中華醫學會第十二屆骨科學術會議，2010：83-83

[9] 中國組織工程研究與臨床康復學術部. 人工髖關節置換的臨床問答[J]. 中國組織工程研究與臨床，2009,13(4):680

[10] Thomas A,Gruen MS,Gregory M,et al. “Modes of failure” of cemented stem-type femoral components,a radiographic analysis of loosening[J]. Clinical Orthopaedics and Related Research，1979,141:17-27

[11] Delee JG,Charnley J. Radiological demarcation of cemented sockets in total hip replacement[J]. Clin Orthop Relat Res,1976,121:20-32

[12] Ridgeway S,Wilson J,Charlet A,et al. Infection of the surgical site after arthroplasty of the hip[J]. Bone Joint Surg (Br),2005,87(6):844-850

[13] Anagnostakos K,Fürst O,Kelm J. Antibiotic-impregnated PMMA hip spacers: current status[J]. Acta Orthop,2006,7:628-637

[14] Konstantinos Anagnostakos,Nora Verena，Schmid Jens Kelm,et al. Classification of hip joint infections[J]. International Journal of Medical Sciences,2009,6(5):227-233

[15] Peter A Revell. The combined role of wear particles,macrophages and lymphocytes in the loosening of total joint prostheses[J]. Journal of The Royal Society,2008，5(28):1263-1278

[16] Garvin KL,Fitzgerald RH,Salvati EA. Reconstruction of the infected total hip arthroplasty with genatamicin-impregnated Palacos bone cement[J]. Inst Course Lect,1993,42:293-302

[17] Hsieh PH,Shih CH,Chang YH,et al. Treatment of deep infection of the hip associated with massive bone loss:two-stage revision with an antibiotic-loaded interim cement prosthesis followed by reconstruction with allograft[J]. J Bone Joint Surg (Br),2005,87(6):770-775

[18] Yoo JJ, Kwon YS, Koo KH, et al. Onestage cementless revision arthroplasty for infected hip replacements [J]. Int Orthop,2009,33(5):1195-1201

[19] Calo J,Euba G,Saborido A,et al. Outcome and microbiological findings using antibiotic-loaded spacers in two-stage revision of prosthetic joint infections[J]. J Infect，2011,63(1):23-31

[20] Sorlil,Puig L,Torres-Caaramunt R,et al. The relationship between microbiology results in the second of a two-stage exchange procedure using cement spacers and the outcome after revision total joint replacement for infection: the use of sonication to aid bacteriological analysis[J]. J Bone Joint Surg,2012,94(2):249-253

[21] Fharald R,De Man,Parham Sendl,et al. Infectiological, functional, and radiographic outcome after revision for prosthetic hip infection according to a strict algorithm[J]. Acta Orthopaedica,2011,82(1):27-34

[22] Ernrsto Muńoz-Mahamud,Xavier Gallart,Alejandro Soriano. One-stage revision arthroplasty for infected hip replacements[J]. The Open Orthopaedics Journal,2013,7：184-189

[23] 韓剛，王巖，王繼芳，等. 激素性股骨頭缺血性壞死全髖關節置換療效觀察與分析[J]. 海軍醫學雜志，2005,26(2)：119-121

[24] Hungerford DS,Jones LC. Asymptomatic osteonecrosis, should it be treat?[J]. Clin Orthop,2004,429:124-130

[25] 王光耀,吳恒炬. 髖關節假體置換翻修的原因分析及應對策略[J]. 實用醫學雜志,2007,23(14)：2239-2240

[26] 白銀龍，屈樹新. UHMWPE在人工髖關節中的磨損機制及改性研究[J]. 工程塑料應用，2009,37(11)：76-79

[27] 余存泰，徐中和，楊慶銘，等. 聚乙烯顆粒對植入體周成骨的影響[J]. 實用骨科雜志，2004,10(6)：515-518

[28] 馬建兵，劉淼，孟祥東，等. 聚乙烯微粒細胞因子與人工髖關節松動的相關性研究[J]. 中國矯形外科雜志，2009,17(9)：644-646

[29] 何邦劍，董培建，歷駒，等. 金屬對金屬大直徑股骨頭全髖關節置換術治療晚期股骨頭壞死的近期療效觀察[J]. 中華臨床醫師雜志，2011,5(21):6427-6430

[30] 周瑜斌,戴閩，郝亮，等. 金屬顆粒誘導人單核細胞凋亡并釋放腫瘤壞死因子的實驗研究[J]. 生物骨科材料與臨床研究，2008,5(3):5-7

[31] Kress AM,Schaide R,Holzwarth U,et al. Excellent results with cementless total hip arthroplasty and alumina-on-alumina pairing:minimum ten-year follow-up[J]. Int Orthop,2011,35(2):195-200

[32] Porat M,Parvizi J,Sharkey PF,et al. Causes of failure of ceramic-on-ceramic and metal-on-metal hip arthroplasties[J]. Clin Orthop Relat Res,2012,470:382-387

[33] Christophe Cheyillotte,Vincent Pibarot,Jean-Paul Carret、Nine years follow-up of 100 ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty[J]. International Orthopaedics,2011,35:1599-1604

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.04.044

R684

A

1008-8849(2015)04-0454-03

2014-03-01