不同材料假体人工全髋关节置换效果的临床观察
作者：郑明，林凤飞，林朝晖，宋卫，林清坚
【摘要】 [目的]研究不同材料假体对人工全髋关节置换近期临床效果的影响。[方法]选取85例92髋人工全髋关节置换患者，通过X线影像资料，对不同材料髋关节假体对股骨近端、髋臼周围骨质的应力影响进行临床观察。[结果]各组均未发现髋臼及股骨假体松动的临床表现，髋臼及股骨假体周围的骨量无明显应力性骨吸收影像，金属-金属组、陶瓷-陶瓷组未发现有碎屑反应，陶瓷-聚乙烯组、金属-聚乙烯组部分有碎屑反应。[结论]使用不同材料假体组合并不会导致股骨假体、髋臼假体与骨界面应力的显著差别，其远期效果差别除了与假体的制作水平、患者的骨质条件及医生的手术技术等密切相关外，聚乙烯材料产生的磨损碎屑所致的骨溶解应该是最关键因素。
【关键词】 关节成形术; 髋置换; 人工关节; 假体材料
Abstract: [Objective]To study the clinical results of the total hip replacement with different materials prosthesis. [Methods]Eighty-five patients (nighty-two hips) undergoing total hip replacement were enrolled in this study. Through X-ray examination, the stress force of different material prosthesis on the proxmial femur and periaccetabular bone was observed.[Results]There were no clinical signs of the loose or bone absorption around the prostheses in all patients. Debris reaction was found in the metal-polyethylene group and ceramic-polyethylene group,not found in the metal-metal group and ceramic-ceramic group.[Conclusion]The stress force between different material prostheses and bone interface was not significantly different. Bone osteolysis doue to wear of polyethylene prosthesis is the key factor for the long-term outcomes of the total hip replacement. In addition,it is correlated with prosthesis manufacture,bone quanlity and surgical technique.
Key words：arthroplasty; hip replacemert; artificial joint; prosthesis material
全髋关节置换术(total hip replacement，THR)是公认的髋关节疾病的安全有效的方法。但是，无菌性松动仍然是影响人工关节长期使用的主要原因。人们先后提出“骨水泥病、微粒病”的概念[1]。学者们发现在众多的相关因素中，机械力学因素也是造成假体松动的主要原因之一[2]。目前人工关节使用的材料有多种，对于相同的假体柄而言，使用金属对金属、陶瓷对陶瓷、陶瓷对聚乙烯或者金属对聚乙烯组合，假体柄、髋臼杯对骨界面是否有应力影响，是否是假体松动的影响因素之一?
2003年1月～2007年5月笔者对85例92髋人工全髋关节置换患者，通过X线影像资料，比较不同材料髋关节假体对股骨近端、髋臼周围骨质的应力影响。
1 资料与方法
1.1 临床资料
2003年1月～2007年5月笔者共完成人工全髋关节置换85例、92髋，男53例，女32例;年龄27～72岁，平均47岁;其中金属-金属17例、陶瓷-陶瓷18例、陶瓷-聚乙烯32例，金属-聚乙烯25例，股骨柄假体为CFR/PSF。
1.2 手术方法
取患髋后外侧切口，逐层切开皮肤、皮下组织、筋膜，剥离显露转子间窝，切断外旋肌群止点，暴露后关节囊，切除关节囊，手法使髋关节脱位，充分显露髋关节，予保留股骨矩1 cm，截除股骨头颈，咬除髋臼缘增生骨质，清理髋臼盂唇，髋臼锉依次磨锉至软骨下骨床均匀渗血，重建髋臼。将磨下的骨泥充填植入髋臼，安装髋臼假体，安装内垫。股骨开口，股骨柄锉依次扩髓，打入股骨柄假体，安装股骨头假体，手法复位髋关节。留置管引流，逐层缝合创口。
1.3 术后处理
各组病人术后48 h拔除引流管，抗生素应用72 h，术后1周内下地负重行走。
2 结果
患者术后定期X线摄片随访观察，共72例患者随访至今，随访时间15个月～5年。平均2年7个月，观察假体周围骨量变化情况。
各组均未发现髋臼及股骨假体松动的临床表现，髋臼及股骨假体周围的骨量无明显应力性骨吸收影像，金属-金属组、陶瓷-陶瓷组未发现有碎屑反应，陶瓷-聚乙烯组、金属-聚乙烯组部分有碎屑反应(图1、2)。 图1双侧股骨头无菌性坏死，双侧同期行人工全髋置换，界面材料为陶瓷-陶瓷 图1a术前X线片 图1b 术后1个月X线片 图1c术后2年X线片 图2双侧股骨头无菌性坏死，双侧分期行人工全髋置换，界面材料为金属-金属 图2a术前X线片 图2b右髋术后X线片 图2c右髋术后3年X线片
3 讨论
根据Wolff定律，应力刺激增加时，骨应变量增加，骨代谢中骨形成成分增加;应力刺激减少时，骨应变量减少，骨代谢以吸收增加为主。假体对骨界面的力可分解为两个部分，一部分为切向应力，称为剪应力，一部分为法向应力，称为正应力。由于假体和骨的剪切模量不同，假体的剪切模量大，剪应变小;骨的剪切模量小，剪应变大，因此同样的应力下两者在界面处的变形不同，这就使两者发生相对移动[3]。假体置换的成功及长期稳定取决于骨界面有一个良好的应力环境及骨组织的正常生理代谢。骨组织应力适应性有一定的范围，如果低于或超出这一范围，都将会导致骨组织吸收[4]。
笔者通过三维有限元模型分析得出，对于相同的柄比较而言，不管是金属-金属、陶瓷-陶瓷、陶瓷-聚乙烯还是金属-聚乙烯组合，其股骨和髋臼相应界面应力值无明显差别[5]。因此，从生物力学角度考虑，当使用相同的柄时，选择不同材料的假体组合其相应界面应力值无明显差别;通过临床观察，金属-金属组、陶瓷-陶瓷组、陶瓷-聚乙烯组、金属-聚乙烯组其X线影像学上，髋臼及股骨柄周围骨质并未有明显应力性骨吸收影像，与先期三维有限元模型分析得出的结论一致，同时在陶瓷-聚乙烯组、金属-聚乙烯组X线影像学上，可观察到碎屑反应，而磨损碎屑是导致晚期假体无菌性松动最为关键的因素[6](图3)。人工关节磨损颗粒可激活巨噬细胞释放IL-1、2、6，TNF-a、PDGF-2等多种溶骨因子，从而介导了骨-假体界面骨溶解[7]。因此笔者认为：使用不同材料假体组合并不会导致股骨假体、髋臼假体与骨界面应力的显著差别，而使用不同的材料假体组合其远期效果差别除了与假体的制作水平、患者的骨质条件及医生的手术技术等密切相关外，聚乙烯材料产生的磨损碎屑所致的骨溶解应该是最关键因素。
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[1] Harris WH.Conquest of a worldwide human disease:particle-induced periprostheticosteolysis[J].Clin Orthop Relat Res，2004,12:39-42.
[2] Van Rietbergen B, Huiskes R.Load transfer and stress shieding of the hydroxyapatite-ABG hip:a study of stem length and proximal fixation[J].J Arthroplasty,2001,16:55-63.
[3] Wong M,Carter DR.Theortical stress an analysis of organ culture osteotomy[J].Bone,1990,11:127.
[4] Molfetta L,Palermo LA,Monteforte P,et al.DEXA analysis of Antega total hip prosthesis[J].J Orthopaed Traumatol，2000,1:17.
[5] 林凤飞，郑明.人工髋关节不同材料假体对骨界面的应力分布研究[J].矫形外科杂志，2008，16：540-543.
[6] Harris WH.Wear and periprosthetic osteolysis:the problem[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,2001,393:66-70.
[7] Chiba J,Schwendeman LJ,Booth RE,et al.A biochemical histologic,and immunohistologic analysis of membranes obtained from failed cemented and cementless total knee arthroplasty[J].Clin Orthop,1994,299:114-124.
