人工髖關節股骨柄假體斷裂的研究進展

俞樂滔 鐘瀅 杜文喜

近年來，人工髖關節置換技術得到快速發展，在股骨頭壞死、先天性髖關節發育不良和髖部骨折的治療上取得了良好的效果［1］。股骨柄假體斷裂是人工髖關節置換術的一種并發癥，隨著現代制造技術和冶金技術的進步，該并發癥的發生率逐漸降低。與不銹鋼材料相較，高強度鈦或鈷鉻鉬合金制成的股骨柄假體很少發生斷裂［2-3］。盡管如此，由于部分患者植入假體時間較早，股骨柄設計工藝和假體植入技術存在差異，股骨柄假體斷裂的翻修手術目前仍然是一大挑戰。該文就股骨柄假體斷裂的流行病學、風險因素及處理對策的研究進展作一綜述。

1 流行病學

1970年，MULLER等首次報告了水泥型股骨柄假體斷裂，分析斷裂的原因可能是股骨柄假體近端骨水泥松動而遠端固定良好，股骨轉子下的股骨柄上存在懸臂彎曲力而造成股骨柄假體斷裂［4］。在第一代鍛造不銹鋼或鑄造鈷鉻股骨柄用于人工髖關節置換術時，股骨柄斷裂是常見的并發癥，發生率為0.23%～11%［5］。隨著現代工業的進步，股骨柄斷裂的發生率逐漸降低。英格蘭、威爾士和北愛爾蘭國家關節登記處第15次年度報告顯示，自2003年以來近100萬例髖關節置換術中每一千個患者每年股骨柄假體斷裂發生率為0.16［6］。

2 影響股骨柄斷裂的因素

一項有限元分析顯示，人工髖關節在正常生理環境下由于假體柄的等效應力分布，易發生疲勞破壞的位置為假體頸、假體柄中下部［7］。股骨柄假體斷裂可能由以下一種或多種原因共同作用導致［8-9］：（1）患者體重大和高水平的活動；（2）近端骨支撐或固定不佳；（3）假體放置位置不佳；（4）應力遮擋存在；（5）股骨柄自身存在設計或加工工藝缺陷。

2.1 體重和活動 在多數斷裂案例報道中，體重超重經常被提及［10-12］，股骨柄假體斷裂患者的身體質量指數（body mass index，BMI）往往超過25 kg/m2。有研究指出，高強度的活動會增加股骨柄假體的斷裂風險，人工髖關節術后患者的體力勞動應限制在中等強度以內，同時應避免影響假體穩定性的活動［13-15］。

2.2 近端支撐不足 斷柄的發生與股骨柄的固定不佳和近端骨支撐不足有關，尤其是在股骨柄遠端固定良好而近端缺少骨支撐時，極易發生斷柄［16］，這是由于近端骨水泥過載和松動造成柄部承受懸臂梁彎曲而疲勞斷裂［17］。YATES等［18］報道，股骨近端內側骨水泥鞘填充不足會導致遠端骨水泥嚴重超負荷受力、近端支撐喪失、懸臂彎曲、骨水泥鞘斷裂等問題。

2.3 假體放置位置不佳 手術操作也是股骨柄假體斷裂的危險因素，股骨柄內翻放置會導致張力和彎曲力矩增加［19］，使假體極易發生斷裂。

2.4 應力遮擋 在正常情況下，假體承受的生理載荷來自于彎曲和壓縮。假體內的彎應力十分具有侵害性，彎曲在外側產生張應力，進而會造成延伸性裂痕，甚至造成假體斷裂。股骨柄假體斷裂最常見的部位在近端上1/3處，這是由于缺少骨或者骨水泥的支持，股骨頭上傳遞下來的壓力主要集中在假體的局部位置。由于是局部受力，股骨柄假體的其他大部分位置未與骨或者骨水泥相對抗，出現應力集中，假體柄的頸部及中下部有接觸區域的彎矩和應力小于假體內產生的彎矩和應力，因此假體外側承受了較大的張應力導致金屬疲勞，進而可能會出現柄斷裂［7，20-21］。

2.5 工藝缺陷 人工髖關節的設計使用壽命一般約20年，在生理環境中產生的縫隙腐蝕、摩擦腐蝕、疲勞腐蝕破裂等因素常導致股骨柄假體在遠未超過其使用壽命情況下發生疲勞斷裂［22］。也有研究將股骨柄斷裂歸因于激光蝕刻、表面損傷、假體設計缺陷、材料微觀結構或機械加工導致的應力上升［18］。

3 分型

絕大多數股骨柄假體斷裂伴隨著股骨假體周圍骨折，隨著對股骨假體周圍骨折分型和治療研究的不斷深入，研究者逐漸重視股骨柄假體斷裂這一問題。溫哥華分類系統（Vancouver classification system，VCS）是被普遍接受和最常使用的股骨假體周圍骨折分型［23］，它側重于骨折相對于柄的位置、假體的穩定性以及相關的骨丟失。VCS有3個類型：（1）A型： 骨折位于股骨大轉子及小轉子之間。（2）B型：松動的柄周圍或下方骨折，但近端骨質良好（B1）；骨折位于固定良好的柄周圍或正下方（B2）；松動柄周圍或下方骨折，近端骨量差（B3）。（3）C型：骨折明顯發生在股骨干的遠端。VCS已經證明為一種可靠且有效的分型方案，但還需要改進，因為它對于某些骨折類型不能分類［24］。DUNCAN和HADDAD引入統一分類系統（unified classification system，UCS）對VCS進行了更新和擴展，并將治療原則應用于所有股骨周圍假體骨折中［25］。其中，擴展了兩種新的骨折類型，D型為髖關節和膝關節置換術后股骨骨折，E型為髖關節置換術后髖臼和股骨均發生骨折。HUANG等［26］對UCS進行了改良，首次將股骨柄假體斷裂這個問題引入到假體周圍骨折的分型中，改良分型將股骨假體周圍骨折分為單純股骨假體周圍骨折（fracture alone，FA）和單純股骨柄假體斷裂或股骨柄假體斷裂伴假體周圍骨折（femoral & stem fracture，FS）兩型。新增的FS分為4個亞型，包括單純股骨柄假體斷裂（FSO）；骨折發生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端固定穩定（FS1）；骨折發生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端松動，周圍骨質良好（FS2）；骨折發生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端松動，骨床質量差（FS3）。改良分型提出，股骨柄假體斷裂都應該進行翻修手術治療。據研究報道，這一涉及股骨柄假體斷裂的改良UCS具有較高可信度和有效性［27］，對臨床診治具有重要意義，降低了由于無法正確分類而導致早期治療方法選擇錯誤的可能性，為臨床上股骨柄假體斷裂的診治提供了依據和指導。

4 手術治療

股骨柄假體斷裂的治療對于骨科醫生是一個挑戰。股骨柄假體斷裂的翻修手術往往比較困難，術中處理稍有不慎，可能嚴重損害患者的關節功能和生活質量。骨科醫生通常首先要考慮假體斷裂和假體周圍骨折的位置，分析假體的穩定性，同時還要考慮宿主骨質情況。此外，還應考慮患者的年齡、一般狀況、功能需求以及經濟狀況。因此，根據合理的治療原則為患者提供個性化的治療，是獲得理想預后的關鍵［26］。

4.1 鉆孔法提取遠端斷柄 該技術最初由WROBLEWSKI等［28］在1979年提出，去除斷裂股骨柄的近端部分后，在遠端部分上鉆一個孔，以螺紋連接到一擊錘型的提取設備上，然后從水泥鞘中提取遠端斷柄。HARRIS等［29］改良了提取設備和遠端斷柄的連接方式，使用一種楔形裝置代替了螺紋連接，通過這個技術可以避免一些并發癥，如股骨穿孔和骨折。目前，由于假體材料技術的發展，鉆孔法提取遠端斷柄已越來越困難，逐漸不再適用。

4.2 骨皮質開窗技術 該技術最初由MORELAND等［30］在1981年提出，首先在股骨皮質上創建一個狹窄、縱向的前皮質槽，然后使用硬質合金沖頭在斷裂的股骨柄上制造一個凹點，并將其驅動到可以取出的近端位置。AKRAWI等［31］又提出了一種更為簡單的開窗技術，使用一種窄小的截骨刀，沿股骨近端長軸在后方皮質開一個1 cm × 2 cm的小矩形窗，在移除皮質窗后使用鎢鉆頭在遠端斷柄上鉆孔并形成一個凹點，使用Charnley針頂住遠端斷柄，逆行錘擊直到成功將其拔出，最后用鋼纜固定復位的皮質窗。與傳統骨皮質開窗技術相較，這一技術擴大了開窗的范圍，具有保留骨水泥鞘、使用碳化鎢鉆頭和Charnley針取遠端斷柄更簡便且效率高、避免了必須使用長翻修股骨柄假體繞過皮質窗等幾個優點，因此可以選擇標準股骨柄。

4.3 延長轉子截骨術（extended trochanteric osteotomy，ETO） 當骨皮質開窗取柄失敗時，可以選擇轉而行ETO。YOUNGER等［32］在1995年推廣了ETO技術，并主張在翻修手術中使用ETO。WRONKA等［33］詳細描述了ETO技術，ETO的截取長度應該由待修復的假體、溶骨性病變的存在和大小、股骨峽部的位置和質量以及骨水泥的存在來決定；患者處于側臥位時，暴露髖關節，沿大轉子后緣和股外側肌后筋膜向遠端延伸后入路，將切口延伸至術前計劃的截骨水平；沿著股骨后外側暴露的邊緣進行截骨，截骨延伸到預定的截骨水平；用擺鋸將遠端橫切至股骨柄假體水平位置，然后從遠側至近側切除前外側皮質，最后將斷柄取出。該技術具有暴露范圍廣、髖臼暴露充分、矯正股骨近端內翻畸形、股骨柄假體及骨水泥取出安全、防止股骨管穿透、避免了術中骨折等醫源性損傷的優點［34］。

4.4 不去除固定良好的斷柄翻修方法 對于固定良好而近端松動造成的股骨柄斷裂，2013年CITAK等［35］使用了一種插入式假體，在翻修手術中首先取出松動的近端斷柄，將該假體由鈷鉻鉬合金制成的套筒部分與原假體固定良好的遠端假體連接，骨水泥增強，允許患者術后負重，6年隨訪患者平均HHS為 69.9 分。術后并發癥發生率為47.8%，機械故障率21.7%［36］。為了降低并發癥，GRAULICH等［37］提出了一種新的方法，設計了一種新型的鈦合金管，首先通過進行股骨遠端環狀截骨術，截取的長度與鈦合金管的長度相一致，并將其固定在斷裂的股骨柄上，以保留遠端固定良好的部件，再將它和新的近端部件相連接。股骨柄斷裂患者手術翻修后的主要問題是骨量的減少，通過該方法可避免ETO術中出現的骨丟失。此外，還可以避免因骨丟失導致肌肉功能喪失等軟組織并發癥。但每一個獨特的斷裂股骨柄均需定制一個單獨的連接裝置，故這項技術很難成為一個通用的解決方案。

5 小結

隨著現代制造技術和冶金技術的改進，股骨柄假體斷裂的發生率逐漸降低，已成為人工髖關節手術的罕見并發癥，臨床上認為股骨柄假體的斷裂可能與患者體重大和高水平的活動、近端骨支撐或固定不佳、假體放置位置不佳、應力遮擋存在、股骨柄自身存在設計不佳或加工工藝缺陷等相關。同時，根據斷裂位置的不同、是否伴有股骨假體周圍骨折、股骨骨質的狀況，股骨柄假體的斷裂可分為FSO、FS1、FS2、FS3。當發生股骨柄斷裂時，由于現代股骨柄假體材料的發展，鉆孔技術進入遠端提取斷柄不太可能成功。皮質窗技術是一種安全可靠的取出斷柄的技術，最適合用于取出拋光錐形柄，特別是在不計劃進行股骨重建時，使用環鉆可以有效地移除較長、未膠結的股骨柄。同時，當面對一些固定良好而近端松動造成的斷裂股骨柄，也可以考慮行保留斷柄的方法。最后，當其他技術失敗時，ETO可能是必要的。