淺談人工全髖關節置換術后松動原因及改進措施

【摘要】人工關節置換術是治療晚期類風濕關節炎關節有嚴重破壞且療效良好的手術。其中髖、膝關節是置換最多的關節。該手術對減輕類風濕關節炎的關節疼痛、糾正畸形、改善關節的功能障礙及日常生活的能力有明顯的療效。然而在目前的全髖人工關節中，現有的非骨水泥固定假體仍存在相對較高的無菌性松動率，使其臨床應用受到了一定的限制。因此本文就人工全髖關節置換術后松動的原因進行分析，并提出了對髓關節中空多孔假體植入的改進措施，以使達到假體遠期骨結合。

【關鍵詞】人工全髖關節;置換;松動;改進

【中圖分類號】R687.3+4【文獻標識碼】A【文章編號】1007-8517(2010)16-094-1

人們從19世紀中葉就開始了人工關節置換的探索，目的是緩解疼痛、矯正畸形、重建一個穩定的關節，并恢復和改善關節的運動功能。20世紀40年代起，人工關節的研究得到迅速發展，20世紀60年代，英國John Charnley使人工關節置換進入新的紀元，目前，隨著人工關節技術的發展，人工關節置換技術已經普及并廣泛應用，多數學者都認識到，在手術適應癥正確的前提下，關節置換手術是一種可靠的治療手段。其中全髖關節是置換最多的關節。該手術對減輕類風濕關節炎的關節疼痛、糾正畸形、改善關節的功能障礙及日常生活的能力有明顯的療效。然而在目前的全髖人工關節中，現有的非骨水泥固定假體仍存在相對較高的無菌性松動率，使其臨床應用受到了一定的限制。許多研究發現，大部分多孔表面假體的骨長入范圍及程度均未能達到理想的要求，骨合率僅僅為6%一20%。因此提高假體表面骨組織長入，增加假體與周圍骨床的結合力和范圍，從而避免松動以使其獲得長期穩定，成為近年來非骨水泥固定人工關節的研究焦點和生物固定人工關節假體迫切需要解決的關鍵問題。

1人工全髖關節置換術后松動原因

引起人工髖關節假體遠期松動的原因除了外科技術和固定方法外，最主要的是假體周圍發生骨丟失和骨溶解，而造成假體周圍骨丟失和骨溶解的主要因素包括以下兩個方面:生物性因素、生物力學因素。

1.1生物力學因素

分析松動的生物力學機制，應考慮作用于假體界面的應力、假體界面結合強度以及應力遮擋(stress shielding)或局限性應力集中等諸因素。正常狀況下，股骨獨立持重，當插入股骨假體后，同樣大小的重力則由股骨和假體分擔，于是就產生了應力遮擋。根據Wollf”s法則，相對正常狀況而言，股骨所受應力的減少，必然導致骨質通過孔隙的增多，或通過皮質的變薄而與之相適應，即所謂的骨重塑過程。對于人工髖關節引起局部骨重建環境改變的研究目前大部分集中在非骨水泥固定型全髖關節假體。應力遮擋影響的是骨組織的自然重建過程，而不同于骨溶解。當植入粗柄或表面有大面積多孔涂層覆蓋的假體后，負重應力將主要通過假體柄傳導到股骨遠端，使股骨近端骨組織承受的載荷量明顯減少，骨應變減弱，造成骨改建的負平衡，最終出現骨丟失，股骨髓腔增寬和骨結構削弱，假體近端缺乏支撐而輕易松動。股骨假體周圍骨的應力遮擋程度與界面的結合特性和假體柄的剛度密切相關。Engh等研究發現應力遮擋致骨吸收與股骨柄的直徑和假體近端微孔涂層的范圍有明顯的關系，股骨柄的直徑越大、近端微孔涂層范圍越廣，則應力遮擋越嚴重，骨吸收越明顯。與非骨水泥固定假體相比，骨水泥固定股骨柄相對較小，因此因應力遮擋而致的骨吸收也較少。同時，假體植入后，除在近端造成應力遮擋外，還常在遠端形成應力集中，應力過度集中，則造成局限性骨壞死，同樣引起假體周圍骨丟失。

1.2生物性因素

生物性因素引起假體松動主要是指磨損碎屑導致假體周圍骨溶解。磨損碎屑的類型包括超高分子聚乙烯、骨水泥和金屬碎屑等。產生碎屑的部位主要在關節表面和界面，這里界面包括假體/骨水泥、骨水泥/骨、假體/骨和涂層/底物之間的界面。超高分子聚乙烯和骨水泥碎屑是引起假體周圍溶骨的主因，而金屬碎屑僅起次要作用。溶骨程度與碎屑的量和顆粒大小有關，顆粒越小，數量越多，假體周圍溶骨越明顯。超高分子聚乙烯髖臼假體內面的磨損率為0.1—0.19毫米/年，相當于每個關節內產生2×107—4x1010個小于10um的碎屑。碎屑的多少與活動度有明顯的關系，年齡較輕，活動量較大音，假體磨損越嚴重。最近的研究表明，磨損碎屑致溶骨的機制可能為各種材料的磨損顆粒繼發各種吞噬細胞反應。雖然這些細胞不直接進行骨吸收，但它們在吞噬顆粒物質后，可分泌多種與骨吸收有關的分子。

2人工全髖關節置換術后松動改進措施

基于以上假體松動的因素，要使得人工全髖關節假體的獲得長期穩定，其中最重要的關鍵問題就是在全髖關節置換后，仍然能夠使股骨達到正常的受力狀態，也就是在股骨大粗隆側重建拉應力，為此可通過髖關節中空多孔假體置換來進一步達到改進的目的。

2.1假體中空開孔設計

在呂大偉關于髖關節中空多孔假體置換術后生物力學特性的對比研究的實驗結果中，開孔假體張力側測得最大應力343.843MPa，壓力側最大mises應力為326.921MPa;未開孔假體張力側測得最大mises應力為382.525MP，壓力側最大mises應力為361.089MPa。由此可以看出開孔后可以降低假體內外側最大應力，開孔設計可部分改善應力集中現象。因此如果將中空多孔假體引入組織工程學成骨的概念，它具有減少骨質丟失，加速骨形成，有利早期負重的作用。

2.2改變假體柄的設計

大量的研究表明，通過假體遠端約束，縮短假體柄長度，在施加相同載荷的情況下，張力側應力減小，只不過有可能仍為遠端應力集中;縮短假體柄長后，開孔部位應力明顯增加，骨橋形成前后，假體內外側最大應力減小。因此在臨床應用中可充分考慮改變假體的設計，增加張力側開孔設計的力學作用。

參考文獻

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