不同固定表面生物型人工膝關節假體的骨長入實驗研究

張子寬 何偉

摘要：本文目的是比較人工膝關節不同孔徑的固定表面生物型假體植入兔體內的骨長入情況，為人工膝關節生物學固定方法的改進提供理論依據。方法是自行設計制作兔部分限制型人工全膝關節表而置換假體，股骨和脛骨平臺假體固定表面用激光焊接兩層不銹鋼網，一組設計為兩層不銹鋼網孔大小相同，網孔均為（2x2）mm，稱大孔假體（實驗組假體）。另一組設計為兩層不銹鋼網孔大小不同，大網孔大小為（2x2）mm，小網孔大小為（1.5x1.5）mm，大網孔鋼網焊接在緊貼假體固定表面，小網孔疊放在其外面，稱小孔假體（對照組假體）。兩組假體兩層鋼網均錯開焊接。30只成年新西蘭大白兔隨機分成兩組，每組15只，分別行左側人工膝關節置換術，骸骨不置換。術后1、3、6個月處死動物取材，每個時間點各5只，進行硬組織切片染色，計算假體骨界面新生骨形成率，假體與骨界而的骨結合率。結果是假體骨界面新生骨形成率，假體與骨界面的骨結合率，實驗組大于對照組（P<0.05）。結論生物型人工膝關節假體的固定表而孔徑不同影響假體與骨界面的骨長入，大孔假體骨界面新生骨形成率及假體與骨界面的骨結合率要優于小孔假體。

關鍵詞：不同固定表面；生物型；人工膝關節；假體；骨長入；實驗研究

1前言

近年來，人工膝關節置換術取得了越來越好的效果，尤其是復雜的人工膝關節初次置換術和人工膝關節翻修術，積累了寶貴的經驗。非骨水泥型（即生物型）人工膝關節的使用，能保存骨量并且避免骨水泥的使用，從而減少骨水泥所導致的并發癥。生物型固定人工膝關節的臨床研究國內較少報道，而且病例均來自國外圈。人工膝關節的生物學固定作用的實驗研究在國內也不多，主要集中在人工膝關節，盡管各種微孔、巨孔及表面涂層假體相繼問世，假體遠期松動問題仍未能根本解決。筆者前期已成功設計出兔用生物型人工膝關節，證實其生物力學性能好于骨水泥固定的假體。本研究在此基礎上，進一步觀察不同孔徑和厚度的固定表面人工膝關節骨長入情況。

2材料與方法

2.1實驗材料

（一）兔膝關節假體的設計和分組

本研究設計為兔部分限制型人工膝關節表面置換假體，其股骨骼和脛骨平臺固定表面用兩層不銹鋼網用激光焊接，不銹鋼網厚度均為0.25mm，網孔形狀為菱形，大網孔鋼網之網孔大小為（2x2）mm；小網孔鋼網之網孔大小為（1.5x1.5）mm，兩層不銹鋼網孔大小相同，網孔大小為（2x2）mm，稱為大孔假體，為實驗組假體。兩層不銹鋼網孔大小不同，大網孔大小為（2x2）mm，小網孔大小為（1.5x1.5）mm，大網孔鋼網焊接在緊貼假體固定表面，小網孔疊在其外面，稱為小孔假體，為對照組假體。并注意制備相近型號假體多款，以備術中選擇。

（二）實驗動物及方法

選取4-5月齡健康清潔級新西蘭大白兔30只，雌雄不限，體重2.5-3.2kg，平均3.0kg。單籠飼養，自由飲水和進食，動物房溫度（26±3）°C，相對濕度（60±5）%。按隨機數字法隨機分成兩組，每組巧只，每個時間點各5只，均行左側膝關節置換術，骨骼不置換。

手術方法：20%烏拉坦麻醉成功后采用膝關節前正中皮膚切口，股骨旁內側入路，切開股四頭肌腱，將股骨向外側牽開，顯示股骨及股骨平臺。屈膝90°，保留后交叉韌帶，在股骼中心點擴髓至滿意，根據髓腔大小選取假體型號并經試用滿意。用磨鉆及骨刀對股骨截骨3mm。與脛骨平臺截骨3mm，測試股骨及脛骨殘端大小，選擇合適大小假體，分別插入人工股骨假體和人工脛假體，打入器打壓，至人工膝關節固定牢固。術后不固定，單籠喂養，任其早期負重行走。術后1，3，6個月采用空氣栓塞法分別處死動物，取帶假體之股骨和脛骨備用。

2.2方法

（一）帶金屬假體骨切片的制作

每組隨機各取1例帶有假體之股骨和脛骨標本，經10%的甲醛溶液固定，包埋，EXAKT300CPC點式硬組織鋸片機切片，切片部位為股骨和脛骨平臺與假體界面，切片厚度200-300微米，以水為研磨劑，放在EXAKT400C磨片機上，分別用200目，500目，600目，800目，1000目的砂紙，將切片磨成約25微米厚的磨片，甲苯胺藍染色，在顯微鏡下進行觀察。

（二）新生骨形成率的計算

各隨機抽取1張經染色的脛骨和股骨不脫鈣骨組織切片，在光學顯微鏡下觀察假體界面與周圍的新生骨，并經德國KONTRONIBAS2.5全自動圖像分析系統，及ScionImageB402圖像分析軟件采集包含植入體在內的整體圖像，作顯微攝影，每張切片隨機取4個視野，計算假體一骨界面的新生骨形成率，其計算公式為：新生骨形成率（%）=新生骨組織面積/總面積x100%。

（三）骨結合率的計算

各隨機抽取1張經染色的脛骨和股骨不脫鈣骨組織切片，在光學顯微鏡下觀察假體界面與周圍的骨結合，并經計算機圖像系統采集包含植入體在內的整體圖像，作顯微攝影，每張切片隨機取4個視野，測量視野內界面骨性結合的長度和界面總長度，按Branemark提出的骨性結合的定義，即為光鏡下正常的改建骨組織，與種植體形成的直接接觸。在圖像分析系統下，以骨結合率作定量分析，骨結合率計算公式為：骨一假體骨性結合長度/骨一假體界面總長度x100%。

3統計學處理

采用SPSS13.0統計軟件包進行分析，實驗數據以（均數士標準差）表示。組間、組內比較均采用配伍方差分析，P<0.05為有統計學意義。

4結果

1.大體觀察：經甲苯胺藍法染色后，類骨質呈紫色，術后1個月實驗組，染色較淡，有新生骨長入，有纖維組織。術后1個月對照組，類骨質較少，與假體貼附不緊密，術后6個月實驗組，板狀骨長入假體周圍，與假體貼附緊密。術后6個月對照組，板狀骨長入假體孔隙內，與假體貼附不緊密。

2.骨與假體界面的新生骨形成率比較，大孔假體在術后1，3，6個月大于小孔假體（表1）。

3.骨與假體界面的骨結合率比較，大孔假體在術后1，3，6個月大于小孔假體（表2）

5結束語

生物型假體的最終目標，是假體的骨長入從而達到假體與骨的長久固定，假體內外骨質溝通和橋接多，假體與骨接觸面積增大，孔隙內長入的骨小梁相互交聯成網，且孔隙內骨小梁與假體外骨小梁連接成網，應力更分散，該多孔層改造增強了假體生物學固定的效果，骨結合率大，骨形成率越高，假體生物學固定的效果就會越好，松動就越不易發生。

在形態學研究中，本實驗觀察到，生物型人工膝關節假體，其表面的不同處理方式，對骨長入效果有影響，雖然小孔在外假體亦有一定的骨長入，但大孔在外假體，其骨長入效果比小孔在外假體骨長入效果更好。

參考文獻：

[1] 孫鐵崢，呂厚山.晚期類風濕關節炎合并膝關節強直或僵直畸形行人工膝關節置換術[J].中華關節外科雜志：電子版，2011.5：3-7.

[2] 盛璞義，張陽春，侯昌禾，等.14例炎癥性關節炎患者行全膝關節置換翻修術的臨床效果及分析[J].中華關節外科雜志：電子版，2011.5：15-19.

[3] 林劍浩，呂厚山，寇伯龍，等.全膝關節初次置換術失敗行翻修手術的必要性[J].中華關節外科雜志：電子版，ZO10.4：15-20.