3D-精準構建臼杯和生物型臼杯系統在全髖關節置換手術中的應用效果及對患者骨特異性磷酸酶、骨鈣素、Ⅰ型前膠原氨基端前肽水平的影響

王 斌,王 波

(1.西電集團醫院,陜西 西安 710077;2.西安醫學院第三附屬醫院,陜西 西安 710068)

近年來,我國老年人口數量逐漸上升,隨之增加骨質疏松癥患者以及老年股骨頸骨折患者。65歲以上老人發生股骨頸骨折的概率約為12.6%,選擇非手術治療,其康復周期長,導致并發癥增多,致使病死率增加[1]。全髖關節置換術(Total hip replacement,THR)是當前髖關節骨性關節炎與股骨頸骨折常用的治療方式,能夠減輕患者臨床癥狀與疼痛感,恢復髖關節功能[2]。然而對于老年股骨頸骨折患者來說由于多合并骨質疏松,導致臼杯植入后難以獲得理想的髖臼固定和覆蓋效果,因此應用何種材料和方法制作臼杯成為臨床研究的熱點內容。臨床研究[3]發現,生物型臼杯系統(Pinnacle臼杯)能夠保留足夠骨量實現良好覆蓋基礎上,可借助臼杯的緊密壓配,治療效果優于以往的增強型臼杯固定術、溝槽式臼杯置換術等。然而其假體的遠期骨長入性和穩定性還有待考量。隨著臨床醫學發展,國外許多學者推薦應用3D打印鈦合金骨小梁金屬臼杯(3D printed titanium alloy trabecular metal cup,3D-ATC)利用金屬三維精準構建技術對老年全髖關節置換患者進行治療,該技術能夠在金屬假體表面制造仿生多孔骨小梁結構,繼而粗糙接觸面,并保持優良孔隙率,但是缺乏對患者的動態隨訪,也缺少對患者術后骨代謝的相關指標評價[4]。因此,為了提升我院THR的治療效果,本研究選取60例老年股骨頸骨折患者為研究對象,探討3D-精準構建臼杯和Pinnacle臼杯在THR中的應用效果及對患者骨特異性磷酸酶(BGP)、骨鈣素(BAP)、Ⅰ型前膠原氨基端前肽(PINP)水平的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 篩選2019年6月至2022年6月老年股骨頸骨折患者60例,均行全髖關節置換手術,隨機分為觀察組30例與對照組30例。觀察組男19例,女11例,年齡60～81歲,平均(71.12±4.26)歲。致傷原因:意外跌倒16例、高空墜落10例、車禍2例、股骨頭無菌性壞死2例。對照組男18例,女12例,年齡61～80歲,平均(69.57±4.67)歲。意外跌倒18例、高空墜落9例、車禍2例、股骨頭無菌性壞死1例。兩組患者年齡、疾病等資料對比無統計學差異(均P>0.05)。病例納入標準:有明確髖部外傷史,且均為股骨頸骨新鮮骨折;符合髖關節置換術手術治療指征;年齡>60歲;精神狀態良好;入組前未有髖部手術史與固定治療;對本研究知情并簽署同意書,且經醫院倫理委員會批準。排除標準:先天性髖部急慢性病導致的骨代謝異常;合并神經損傷或髖部炎癥;粉碎性骨折;存在嚴重的心腦血管疾病者;凝血功能障礙者;髖關節解剖結構異常者;合并精神疾病者;合并惡性腫或其他需要長期使用抗生素、激素治療的疾病者;合并其他嚴重器質性病變疾病者;合并麻醉禁忌證者;存在藥物依賴史者。

1.2 研究方法 所有患者均采取人工全髖關節置換治療,均為腰硬聯合麻醉,采取髖關節外側入路,患者保持健側臥位,作一弧形切口,使其位于髖關節后側,起始位置為髂后上棘的下方約5 cm,終點位置為股骨干的下方約3 cm,切口長度約10～15 cm,將皮下組織以及皮膚逐層切開,對臀大肌、臀中肌行鈍性分離處理,暴露外旋肌群并切開,顯露后側關節囊,將其切開后截除股骨頸,將股骨頭取出。擴髓、安裝假體試模,調試至滿意為止,取出試模,安裝股骨頭假體,采用2枚髖臼螺釘來加強假體固定,摩擦面選擇陶瓷-高交聯聚乙烯。其中陶瓷股骨頭則應用第4代氧化鋯氧化鋁陶瓷。隨后進行復位髖關節后置管引流,常規放置引流管后,縫合切口。對照組:利用傳統膠片模板法在患者的正位骨盆X線片上采取相關術前設計,預測臼杯假體的大小。安裝假體的假體為Pinnacle臼杯[強生(上海)醫療器材有限公司;批準號國械注進2017346095950;型號Pinnacle Multihole髖臼杯;鈦合金材質;性能結構:鈦合金燒結涂層],應用比髖臼銼大1 mm壓配技術并固定。觀察組:通過實體打印的髖臼模型上,觀察患者髖臼形態,并與健側進行對比,判斷真臼位置。隨后觀察患者的骨折程度和骨贅增生程度,評估髖臼后壁可削磨的范圍。測量髖臼后壁厚度、股骨偏心距、臼窩前后徑等數值,從而確定髖臼旋轉中心,也就是假體的安放中心。術前行螺旋CT掃描后均進行模型運算,獲得3D模型,以STL格式保存,按照一定的參數輸出至3D快速成型機來制出模型。材料為:3D打印金屬骨小梁金屬臼杯(北京愛康宜誠醫療器材有限公司;批準號:國械注準20153461311;型號:金屬髖臼外杯(金屬骨小梁Ⅰ型);材質:鈦合金;性能結構:3D打印鈦合金骨小梁涂層),采用與髖臼銼同號壓配技術并固定。

1.3 觀察指標 ①疼痛程度:應用視覺模擬量表(VAS)評分,評價患者手術后3 d、術后1、3個月的運動VAS評分和靜息VAS評分,觀察患者疼痛程度,總分為0～10分,分數越低代表疼痛程度越低[5]。②BGP、BAP、PINP水平檢測:分別在患者術后3 d、術后1、3個月抽取患者空腹靜脈血5 ml,離心后取上層血清液,應用雙抗體夾心法檢測BGP、BAP、PINP表達水平。③Barthel指數與髖關節功能:分別在患者手術后3 d、術后1、3個月,應用前Barthel指數評定量表(Barthel指數)、髖關節功能(Harris)評分評價患者的運動功能變化;其中Harris髖關節評分,主要包含下肢畸形、功能、活動度和疼痛4個項目,共計100分,分數越高代表髖關節功能越好[6];Barthel指數主要用于評價患者的日常生活能力,其中包括10項內容,分數越高代表生活能力越好[7]。④并發癥及慢性疼痛:對所有患者進行1年復查隨訪,觀察并記錄兩組患者傷口脂肪液化、假體周圍感染、假體松動等并發癥發生率;并記錄兩組患者慢性疼痛發生率,慢性疼痛判定標準:術后疼痛的性質與術前不同,排除其他原因,存在髖關節相鄰部位或手術部位新出現疼痛現象;術后疼痛間斷或持續發作3個月以上;滿足上述兩項標準可以判定為慢性疼痛[8]。

2 結 果

2.1 兩組患者疼痛程度對比 術后3 d兩組患者運動VAS評分、靜息VAS評分對比無統計學差異(均P>0.05)。術后1、3個月兩組運動VAS評分、靜息VAS評分均降低,術后3個月低于術后1個月和術后3 d,且觀察組低于對照組(均P<0.05)。見表1。

表1 兩組患者疼痛程度對比(分)

2.2 兩組患者BGP、BAP、PINP水平對比 術后3 d兩組患者BGP、BAP、PINP水平對比無統計學差異(均P>0.05)。術后1、3個月兩組患者BGP、BAP、PINP水平明顯升高,術后3個月明顯高于術后1個月和術后3 d,且觀察組高于對照組(均P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者BGP、BAP、PINP水平對比(ng/ml)

2.3 兩組患者Barthel指數與髖關節功能對比 術后3 d兩組患者Barthel指數與Harris評分對比無統計學差異(均P>0.05)。術后1、3個月兩組Barthel指數、Harris評分均升高,術后3個月高于術后1個月和術后3 d,且觀察組高于對照組(均P<0.05)。見表3。

表3 兩組患者Barthel指數與髖關節功能對比(分)

2.4 兩組患者術后近遠期并發癥及慢性疼痛發生情況對比 觀察組1例患者術后3 d出現傷口脂肪液化,1例術后5個月出現假體周圍感染,并發癥發生率為6.67%;對照組2例患者分別在術后3個月和10個月出現假體周圍感染,1例患者術后12個月出現假體松動,并發癥發生率為10.00%,兩組對比無統計學差異(P>0.05)。觀察組慢性疼痛發生率6.67%,明顯低于對照組26.67%(P>0.05)。見表4。

表4 兩組患者術后近遠期并發癥及慢性疼痛發生情況對比[例(%)]

3 討 論

老年股骨頸骨折患者常因身體機能減退,骨質條件不佳而使治療方法受限,若骨質條件尚好,則可采用THR治療,可降低骨折不愈合、延遲愈合、甚至股骨頭缺血性壞死等風險,且患者術后便可下床活動,利于髖關節功能快速恢復,避免因長期臥床而引發壓瘡、墜積性肺炎、尿路感染等不良事件,對患者生活質量的提高有促進作用[9-11]。生物型髖臼假體初始穩定性與骨床寬臼杯完整性相關,尤其是髖臼壁對于假體的夾持,長期的穩定性取決于臼杯-骨組織是纖維組織填充還是骨長入。3D-ATC臼杯主要是應用3D打印技術熔化Ti-6Al-4V粉末,并利用逐層堆積的打印方式,逐漸形成多孔的骨小梁表面結構,應用計算機對多孔骨小梁表面結構的孔隙率和孔徑大小進行控制,更利于氧氣、營養物質交換,進而提升患者遠期假體穩定性[12-14]。因此,本研究對Pinnacle臼杯與3D-ATC臼杯對THR的治療效果進行對比,希望能夠為臨床提供參考意見。

本研究發現術后1、3個月兩組運動VAS評分、靜息VAS評分均降低,術后3個月低于術后1個月和術后3 d,且觀察組更低。由此證明,對老年股骨頸骨折患者THR治療中應用3D-ATC臼杯作為置換假體能夠減輕患者術后遠期疼痛程度。這主要是因為,雖然Pinnacle臼杯與3D-ATC臼杯均具有較好的骨長入能力和穩定性,但3D-ATC臼杯可以依照不同解剖結構設計最優的打釘位置,預防重要組織損傷,而且ATC假體的力學性能較好,其表現結構和正常松質骨類似,能夠在人體內形成均勻的傳導力,能夠有效避免疲勞和應力遮擋,骨整合能力較高,減輕患者術后遠期疼痛程度。陳宏亮等[15]研究發現,在髖關節翻修術中應用3D打印個性化生物型臼杯能夠提升手術治療效果,降低術后疼痛程度,與本研究結果相符;PINP來源于Ⅰ型前膠原的分解產物,可估計細胞合成膠原能力和成熟骨細胞活力,多用于監測骨形成速率。研究[16]發現,老年患者若出現骨性創傷,會對其骨代謝情況產生影響,其中BAP和BGP均是由成熟骨細胞釋放的物質,參與骨代謝平衡調節,不僅能夠反映骨功能和骨質情況,同時還能夠反映骨細胞的活躍程度。Miyaoka 等[17]研究發現,BAP和BGP的水平越高骨更新率越快,更有利于患者術后恢復。本研究發現,術后1、3個月兩組患者BGP、BAP、PINP水平明顯升高,術后3個月明顯高于術后1個月和術后3 d,且觀察組高于對照組。提示全髖關節置換術患者采取3D-ATC臼杯比常規Pinnacle臼杯更能夠提高骨代謝相關因子表達水平。這主要因為,3D-ATC臼杯可通過逐層堆積的打印方式,更多的形成多孔的骨小梁表面結構,并通過3D計算機打印技術來控制多孔骨小梁表面結構的孔隙率和孔徑大小,形成孔與孔之間的100%互通,更有利于氧氣、營養物質的交換,促進更多骨細胞和新生血管向空隙深部長入,進而提升患者骨代謝水平[18-19];術后1個月和3個月兩組患者Barthel指數、Harris評分明顯升高,術后3個月明顯高于術后1個月和術后3 d,且觀察組高于對照組。由此證明,全髖關節置換術患者采取3D-ATC臼杯比常規Pinnacle臼杯更能夠提高患者髖關節功能,與馬寧等[20]研究相符。這是因為,3D-ATC臼杯面較為粗糙,摩擦系數大,能夠提升假體初始穩定性,因此3D-ATC臼杯患者早期負重行走之后不適感較輕,進而提升患者髖關節功能。另外,3D-ATC臼杯相容性較好,也有助于間充質干細胞分化成血管組織,進一步提升患者遠期髖關節功能;兩組患者并發癥發生率對比無統計學差異,觀察組慢性疼痛發生率明顯低于對照組。這主要因為3D-ATC臼杯及3D重建技術所制定的假體更適應解剖新模式,提升手術精準程度,進而提升手術治療的安全性,減少術后并發癥與慢性疼痛情況。

綜上所述,對老年股骨頸骨折采取全髖關節置換術患者采取3D-精準構建臼杯比常規Pinnacle臼杯更能夠降低患者術后疼痛程度,提高骨代謝相關因子表達水平,促進髖關節功能水平恢復,減少慢性疼痛發生率,安全性較高,值得臨床應用推廣。