髋关节置换术后假体柄松动原因分析及假体设计构想

目前全髋关节置换和(或)半髋关节置换成为治疗老年股骨颈骨折及部分股骨粗隆间骨折的重要方法,已得到国内同行认可及支持并大量运用于临床。但治疗失败的案例随置换病例的增加而迅速增加,成为髋关节置换后期严重并发症之一。股骨假体柄松动下沉成为治疗失败的主要原因,本文主要分析假体松动下沉原因思考股骨假体柄的优化设计。

1 股骨假体柄的松动下沉原因分析

股骨假体柄的松动下沉原因:早期将假体松动归因于由应力遮挡引起骨质重新塑型,近年来由于生物学固定型假体的广泛应用,假体翻修术中病理和尸体病理的取得,对假体的松动原因认识着重于假体微动和磨屑诱导的骨溶解方面。后期研究表明假体微动原因与假体及周围骨溶解关系密切,无机假体对有机骨骼的反复挤压应力是骨溶解发生的关键诱因,这也就说明了在没有反复剧烈应力的肩关节假体及肱骨小头假体治疗失败率低的原因。而因为反复微动导致的摩擦碎屑颗粒和离解产生的微小颗粒物质所致的生物学反应是启动因素,这些物质可趋化并激活机体内单核—巨噬细胞,使其大量增值并分泌多种与骨吸收有关的细胞因子,直接或经激活破骨细胞间接诱发骨溶解,最终使固定良好的假体发生松动,这就是促使我们来解决假体植入机体后发生假体微动的问题。

2 解决假体植入机体发生微动的方法和设想

2.1 外科手术因素

有资料显示全髋关节置换手术10年内发生后假体松动的病例,非骨水泥组较骨水泥组明显高,而10年以上骨水泥组较非骨水泥组明显较高,提示松动原因与股骨柄假体涂层有明显关系。另外,假体柄松动可能与外科技术有一定关系,如手术操作及假体的选择、安装、假体植入方向、角度、时机等,这在一定程度上说明了关节置换技术比较娴熟的医生比技术欠佳的医生治疗后松动发生率较低的原因,因此解决方法主要是提高关节置换医师的外科技术水平,为更多的患者带来益处。

2.2 生物学方面的因素

生物学因素方面总体上很难纠正,因为本身植入假体是一金属无机假体,而相对于自身生物体来说,是个异物,机体对于异物的反应主要是排异作用,而反复长时间的挤压应力又加速了骨质脱钙疏松进程。另外,导致细胞生物学方面的主要因素是患者假体柄植入后发生松动,不断的微动及假体摩擦致使假体周围形成大小、形状及理化性质不同的微小颗粒,而这些微小颗粒导致的一系列免疫反应及机体自身对这些微小颗粒的反应是使其发生假体周围骨溶解、加剧松动,成为不可抗拒的因素,其中介导因子有以下常见几种:IL-1β、TNF-α、IL-6、PGE2等,而这些免疫细胞因子的分泌均为假体松动发生反复摩擦形成的碎屑颗粒引起的。目前比较热点的假体周围骨溶解研究主要考虑的还是假体异物引起的一种自身免疫反应,这在假体周围骨溶解方面病理学研究中得到证实:大量资料证实多种细胞因子参与骨溶解过程,这些主要考虑的是细胞免疫反应。解决方法主要是假体工程学方面需要进步,最接近于自身组织学的假体可能诱导能力最低,但这是技术较难的领域,细胞克隆技术在这个领域可能发挥巨大的作用。解决之途径就是如何来降低假体微动及松动,减少摩擦碎屑颗粒的释放,降低局部免疫反应。假体结构方面设计是否能够达到解决呢?

2.3 假体设计方面的思考及应用前景

2.3.1假体设计方面的思考,根据假体周围骨溶解及发生松动的原因是免疫性因素,而摩擦颗粒的产生是其诱因。除外骨科医生本身技术因素之外,假体的设计当是解决问题的关键点,本文主要从假体的固定及稳定性上思考。假体周围骨溶解目前的分类为:衬性骨溶解和扩张性骨溶解,根据X线显示:若假体或骨水泥与周围骨之间存在X线透亮且宽度>1mm,上下相对一致时成为衬性骨溶解;若假体或骨水泥周围存在扇贝状X线透亮区,从假体接触部位向外扩张,界限较明显时称为扩张性骨溶解,就其原因考虑衬性骨溶解可能与假体应力有关,应力来源主要是身体重量,而扩张性骨溶解应力来源可能由于技术因素,可能与局部应力增加有关,可能与外科技术及局部假体放置位置有关,使其局部应力增加明显。故我们需要注意的是假体植入髓腔后的稳定,单纯依靠骨水泥和生物表面涂层不是唯一途径,机械性改变稳定有可行之处,这就是我们所思考的交锁假体柄的设计原理,其来源与交锁髓内钉设计概念一样,主要是降低假体植入后发生微小松动和旋转的应力因素,减小假体柄对髓腔所有接触面的压力,而将主要应力引导到交锁钉所在骨皮质上,理论上可以有效改善接触挤压应力导致的骨溶解,又可以降低微小摩擦,减小骨水泥摩擦碎屑,对于非骨水泥柄可以减少局部摩擦挤压应力而产生生物稳定作用。

2.3.2交锁假体柄的设计图(图1)此种设计理论上将过去利用假体柄表面涂层和骨髓腔内侧面摩擦力而达到稳定修改为利用锁钉直接将应力传递到骨干皮质上,减少接触面压应力及接触面摩擦力,防止发生压应力导致的骨溶解,降低后期发生局部微动,达到更加稳定的设计。此种设计可应用于骨水泥柄、生物柄等多种股骨假体柄上,一定程度上可以缓解股骨假体柄的下沉及松动,缓解衬性骨质溶解,加强假体柄的稳定,理论上可以提高假体使用寿命。本实践因为科研条件有限,不能正规进行相关基础研究是我们最大的遗憾。

2.3.3应用前景交锁假体柄设计应用于临床还是需要一定的时间,相关基础研究尚未进行。但是,解决股骨柄假体的松动及下沉问题,可能后期会采用这种设计方案,交锁髓内钉上已经是典型的例子。这种优化设计不但允许应用于骨水泥柄,而且允许应用于生物柄假体,不与现有的关节置换技术相冲突,具有一定的研究及应用价值。

摘要：通过对髋关节置换手术后假体松动的原因分析,从理论角度思考交锁假体柄结构设计。通过理论及基础相关研究,使交锁假体柄能够广泛应用于临床,积累经验,总结临床是否有助于避免发生松动,延长假体使用寿命。

关键词：髋关节置换,假体松动