人工髖關節置換術后假體松動的研究進展

黃崇峻，龔崇凱，陳波波，曹年平，田野

(中國醫科大學附屬盛京醫院脊柱關節外科，遼寧 沈陽 110000)

人工髖關節置換術的治療效果經過30多年的臨床實踐，已經得到了充分的肯定。實施髖關節置換的主要目的是緩解關節疼痛并矯正關節畸形，使關節運動功能得到恢復及改善。近些年大量文獻顯示，髖關節置換術后部分患者由于各種原因的影響，可能會發生假體松動甚至斷裂導致假體失效[1]，目前已成為關節外科的一大難題，現將髖關節置換術后假體松動的研究進展綜述如下。

1 無菌性松動

人工髖關節置換術通常可以獲得良好的長期存活率以及良好的恢復效果，然而無菌性松動仍然是一個令人擔憂的問題[2]。關節置換術后假體周圍骨質會因為各種因素發生不同程度的溶解，該現象導致的人工假體松動稱為無菌性松動。對于無菌性松動的原因提出了各種理論，這些理論主要基于經驗觀察、實驗和臨床研究以及各種報道。無菌性松動有多因素的病因，不能用單一的理論來解釋[3]。機械學理論和生物學理論都被提出參與假體無菌性松動的發生。

1.1 機械學理論 機械學理論包括假體微動、應力遮擋和高液壓。前些年前將微動定義為關節假體與周圍骨質之間發生的細微運動，在普通X線片上很難發現。現臨床所指微動是骨組織與關節假體之間發生的相對活動[4]。假體與周圍骨骼之間的微小運動對手術技術要求較高，如果出現假體對不準或者固定不牢靠，微動的風險就會增加[3]。微動增加使假體在術后最初的一段時間不能得到穩定的固定，隨著時間的推移，最終假體會發生無菌性松動[4]。應力遮擋也是導致無菌性松動的一個重要力學因素。正常骨的應力是從近端到遠端沿骨的長軸傳導，植入假體后應力從假體通過剪應力傳到骨的近端和遠端[5]。假體與周圍骨之間的微動導致骨小梁重建和成纖維細胞遷移到假體表面和骨之間的空隙中。重復的應力可誘導成纖維細胞增殖，并允許形成纖維界面膜。假體周圍的骨重建也可能由于非生理性載荷條件而發生，這種現象稱為應力遮擋，并導致非載荷區域的骨丟失[6]。異常應力引起骨組織自我調節甚至重新塑型，可能會造成骨近端骨質疏松、骨質丟失、假體松動等[5]。人工關節置換術會破壞原有的關節結構，產生一些與關節囊相通的腔隙，關節活動時關節液會進入這些腔隙。假體微動導致假體周圍局部關節液壓增高，磨損顆粒則會移入有效關節腔，骨細胞和巨噬細胞等與磨損微粒接觸，會導致破骨細胞的激活，從而導致骨溶解[5，7]。vander Vis等[8]研究證實假體與骨接觸面的液壓增高，可以導致假體周圍的骨細胞死亡和并發骨吸收。振蕩的液體壓力即使只存在很短的時間，也可以導致假體周圍骨壞死和骨吸收。

1.2 生物學理論 有證據表明，關節假體的無菌性松動是由磨損顆粒引起的炎癥、破骨細胞形成和假體周圍隨后的骨溶解引起的[9]。磨損顆粒誘導的炎癥反應是無菌性松動最重要的生物學理論。人體被置入關節假體之后，假體與骨面間微動及關節活動摩擦會產生大量磨損顆粒，磨損顆粒釋放到周圍組織是假體周圍骨溶解的主要原因。眾所周知，巨噬細胞是介導對生物材料磨損顆粒的慢性炎癥反應的關鍵細胞[10]。磨損顆粒刺激大量炎性細胞，其中巨噬細胞的反應是最為強烈的。磨損顆粒激活巨噬細胞，巨噬細胞激活破骨細胞或自身成為破骨細胞，從而啟動骨吸收。破骨細胞是唯一具有骨吸收能力的多核細胞，由前體破骨細胞分化而來，屬于單核巨噬細胞系[11]。巨噬細胞分泌趨化因子和促炎細胞因子，導致進一步的巨噬細胞募集，增加破骨細胞生成，最終導致種植體周圍骨丟失。由此可見，巨噬細胞的豐富程度與骨吸收的程度密切相關[12]。巨噬細胞釋放細胞因子、趨化因子和其他促炎物質使慢性炎癥持續存在。趨化因子參與巨噬細胞和破骨細胞向假體周圍部位的遷移、凋亡、血管生成、膠原生成和組織重塑，影響破骨細胞的分化和活性，導致骨溶解增強并抑制骨形成[10，13-14]。此外，除了巨噬細胞大量募集到損傷部位之外，還有少量淋巴細胞募集，這表明免疫系統也可能參與了這種炎癥反應[13]。因此，骨溶解是人體對磨損顆粒做出一系列反應的結果。

考慮到無菌性松動是全髖關節置換術中最常見的翻修原因，專家們研究發現了一些防止無菌性松動的方法。經驗豐富的手術團隊術中可以避免過多的鉆削和摩擦，獲得良好的植入物穩定性、良好的骨覆蓋和容納性，從而降低無菌性松動的風險；術后使用如利塞膦酸、唑來膦酸等抗骨質疏松藥物也可降低無菌性松動的風險[15]。也有研究表明，使用3D打印骨小梁結構股骨柄假體可以一定程度上降低應力遮擋效應，從而降低無菌性松動的風險[16]。此外，改進關節假體材料、改良加工工藝對減少磨損顆粒的產生也有很大的幫助。現有的材料中陶瓷材料-陶瓷材料組合是目前磨損率最低的組合，陶瓷的生物惰性使得其磨損顆粒引起假體周圍組織的炎癥反應概率最低[17]。

2 骨質疏松

骨質疏松是給人們帶來困擾的一種主要骨骼疾病，骨質疏松的患者術后更容易出現假體周圍骨溶解、假體移位[18]以及假體周圍骨折，進而導致假體松動。骨質疏松主要分為兩種：一種是受到藥物影響而產生的骨質疏松，另一種則是年齡影響而產生的骨質疏松[1]。糖皮質激素主要作用于成骨細胞和骨細胞，損害成骨細胞的復制、分化和功能，誘導成熟成骨細胞和骨細胞的凋亡，從而導致骨形成受到抑制。糖皮質激素也有利于破骨細胞的形成，從而增加骨吸收[19]。由于患者長期服用激素類藥物，極易發生股骨頭缺血性壞死，需實行人工髖關節置換。當人工關節假體植入患者體內后，患者負重時股骨柄假體承受巨大的彎矩，主要由股骨柄根部內側和尖端外側來支撐。而激素可能導致股骨近端骨質疏松，使骨質條件相對較差，股骨矩不能起到良好的支撐作用，導致假體下沉，發生松動[20]。骨質疏松患者女性居多，女性在日常生活中鍛煉程度不夠，隨著年齡的增長雌激素水平也不斷降低，導致骨質丟失[21]、骨代謝失衡，發生骨質疏松。髖關節置換術中加強對骨健康關注的優勢是顯著的，包括減少假體周圍骨丟失、延長假體壽命、減少假體周圍骨折。對于骨質疏松導致的假體松動重在預防，因此應當術后合理制動，鼓勵患者術后下床活動，適當服用雙膦酸鹽和特立帕肽[22]等抗骨質疏松藥物也有不小的幫助。對于嚴重骨質疏松患者，則需要采用骨水泥固定型假體的置換來預防假體松動。

3 感 染

假體周圍關節感染是關節置換術最具挑戰性的并發癥之一，發生率為1%～2%[23]，其診斷基于臨床表現、外周血和關節液的實驗室結果、微生物培養、假體周圍組織的組織學評價、術中發現等因素[24]。感染可以導致骨缺損和組織壞死，導致骨量丟失增加，進而導致假體松動。細菌生長環境、人體防御力和感染源是感染的必備條件。人工髖關節置換術為開放性傷口，髖關節假體放置于人體內為細菌的侵襲和生長提供了良好的環境，這種創傷性手術導致人體防御力下降及感染率增加。手術時間越長，切口內部組織暴露時間也就越長，大大增加了被細菌感染的概率[25]。此外，吸煙、飲酒、糖尿病、長期應用激素、免疫功能受損等也會增加感染的概率[26]。假體周圍關節感染重在預防，圍術期應用抗生素是減少假體周圍感染的重要預防措施[27]，另外使用富含抗生素的骨水泥也可以降低感染風險。感染導致的假體松動目前國際上首選的治療方法是兩階段治療方案，第一階段是在采集微生物和病理樣本后進行徹底的沖洗清創，移除人工假體以及插入抗菌骨水泥；第二階段則是消除感染后植入新的假體[26，28-29]。但是兩階段的治療方案延長了治療時間，增加了患者的經濟負擔，而且目前使用兩階段治療方案的髖關節翻修術失敗率為10%左右[30]。現國外有一些報道稱一期翻修也是可靠的治療選擇，感染控制率較高[31]。對于髖關節置換術后早期急性感染或晚期急性血源性感染，出現癥狀和體征不滿3周、假體穩定且局部軟組織條件好的患者也可以行保留假體的清創術治療[32]。

4 假體周圍骨折

假體周圍骨折被定義為發生在骨科植入物周圍或關節假體周圍的骨折。假體周圍骨折是人工髖關節置換術后一種嚴重的并發癥，發生率為0.3%～5.4%[33]。人工髖關節置換術后假體周圍骨折可能會影響骨盆、髖臼、股骨等[34]，其中假體周圍股骨骨折則占了很大比例。假體周圍發生骨折可能會損害植入物的穩定性，從而導致假體松動[35]。假體松動則需要行髖關節翻修術，為患者帶來極大的困擾。了解假體周圍骨折的危險因素對于指導患者以及研究預防和治療的方法是很重要的。假體周圍骨折的危險因素大概分為患者相關和手術相關兩類。患者相關：由于高齡和女性患者骨質質量降低，常被認為是假體周圍骨折的危險因素；手術相關：非骨水泥型全髖關節置換術的長期穩定性依賴于植入物與骨之間的固定過程，但最初的穩定性依賴于植入物于骨之間的摩擦力，此期間最可能發生假體周圍骨折，不良的手術技術如假體錯位和過度切除也會增加骨折的風險[34]。

5 其 他

早期假體松動(術后1～5年)主要是手術技術的原因。隨著非骨水泥型假體的普及，術者為了達到良好的壓配效果，磨掉部分髖臼骨，髖關節旋轉中心會發生不可避免的內移和上移[36]，而非骨水泥型壓合式髖臼假體的力學穩定性取決于外科醫生的手術技巧[37]。準確的髖臼位置和髖關節旋轉中心的重建對于髖臼假體的壓配至關重要[38]。通常臼杯植入時前傾(15±10)°，外展(40±10)°，假體植入角度不當易引發股骨大粗隆與髖臼外上緣撞擊而導致假體松動、脫位；合理的假體壓配有利于假體的即時穩定，同時能避免術后假體撞擊和磨損，降低術后假體松動的概率[39]。不當的髖臼定位、術者的技術不純熟可能會導致嚴重的后果，包括脫位、撞擊和加速襯墊的磨損乃至假體松動等，因此提高手術技術對于預防早期假體松動具有重要意義。目前國外有部分機構使用機器人輔助指導股骨柄和髖臼假體的放置，延長全髖關節的耐用性，降低術后并發癥的發生[40]，但是因其成本較高，實用性還有待商榷。

患者在進行人工髖關節置換術后，由于無菌性松動、骨質疏松、感染、假體周圍骨折等多種原因會發生假體松動，而無菌性松動是導致人工髖關節置換術后翻修的最主要原因。骨質疏松和感染所導致的假體松動重點在于預防，而增加假體穩定性、提高手術技術、改進關節假體材料以及術后應用藥物可以大大降低無菌性松動、假體周圍骨折的風險。目前來看陶瓷-陶瓷假體引發的炎癥反應最輕，發生無菌性松動的概率最小，因此在未來陶瓷-陶瓷假體的應用會越來越廣泛。隨著醫療水平的不斷進步以及患者對生活質量要求的不斷提高，可想而知人工髖關節置換術會得到更多的應用，所以對人工髖關節置換術后假體松動原因展開深層次的研究十分必要，也對提高患者滿意度以及降低人工髖關節翻修術難度有很大幫助。