人工髋关节置换术后假体松动研究进展

饶 毅，陈跃平

(1. 广西中医药大学研究生学院，广西 南宁 530001；2. 广西中医药大学附属瑞康医院，广西 南宁 530011)

人工髋关节置换术后假体松动研究进展

饶 毅1，陈跃平2

(1. 广西中医药大学研究生学院，广西 南宁 530001；2. 广西中医药大学附属瑞康医院，广西 南宁 530011)

人工髋关节；假体松动；髋关节置换术

人工髋关节置换术能够有效缓解髋部各种疾患所带来的疼痛和重建髋关节功能。但由于术后感染、骨质疏松、骨吸收等各种原因造成髋臼松动或股骨柄松动，甚至假体断裂[1-5]，已成为关节外科最具挑战性的临床问题。现将造成假体松动相关因素的研究综述如下。

1 流行病学调查

近10年的文献显示，人工髋关节假体置换术后的并发症发生率并不低，而在并发症中，假体松动一直以来都是人工髋关节置换术后最重要并发症之一。郭艾等[6]随访232例253髋施行初次人工髋关节置换的患者，平均随访9.6年，发现其假体存留率为88.9%，总体松动率为7.4%，股骨柄的松动率为5.9%，臼杯的松动率为2.9%。人工髋关节置换术后的假体松动也与假体留置体内的时间有关。谭维琴等[7]发现人工髋关节置换术后10年假体的松动率在10%左右，且随着时间的推移，翻修率也相应上升。人工髋关节置换的远期疗效还与患者年龄有关。戴尅戎[8]指出<55岁的患者全髋置换术后假体的10年留存率仅为80%左右,16年留存率仅为33%，而在小于40岁的患者中，假体的10年失败率为30%～56%，在导致人工关节中、远期失败的原因中，磨损和松动是最重要因素。所以人工髋关节假体置换术后假体的松动必须引起重视。

2 假体松动的分区

人工髋关节假体的松动分为髋臼松动和股骨柄松动。髋臼松动为髋臼位置的变化或移动、表面颗粒的脱落以及髋臼严重磨损造成的复发性髋关节脱位；股骨假体松动为假体与骨界面有100%透亮线形成[9]。目前临床上常用的为Gruen[10]股骨假体分区法和Delee-Charnley[11]髋臼假体分区法。根据Gruen的描述，股骨假体及其相关的界面被分为7个区域，①外上部：包括大转子及假体上1/3对应的外侧区域；②中部外侧：假体中1/3所对应的外侧区域；③外下部：为假体下1/3所对应的外侧区域；④假体远端：为假体远端15个单位像素内的股骨干区域；⑤内下部：为Gruen3区所对应的假体内侧区域；⑥中部内侧：为Gruen5区与小转子下缘之间的区域；⑦内上部：为小转子下缘与股骨颈截骨处之间的区域。根据不同部位假体柄与骨水泥界面或/和骨水泥与骨质界面的改变情况，可以理解假体柄松动的机制和方式，这对理解所涉及的机械性因素是有帮助的。根据Delee和Charnley的描述，髋臼假体及其周围的骨水泥外壳可分为3个区域：①外上部;②中部;③内下部。观察不同区域髋臼骨质与骨水泥界面、假体和骨水泥界面的变化程度和数量，可以明确髋臼假体是否松动。 如果3个分区都存在2 mm以上的透光区，表明假体已发生松动 如果1～2个分区内存在某种程度的透光区，假体是否松动应根据透光区的宽度是否进行性增加，以及髋部是否有疼痛来确定。

3 假体松动的原因

3.1慢性感染与假体松动 感染必须具备3个条件，即感染源、细菌生长环境、人体防御力。人工髋关节置换术为开放性伤口，人工髋关节假体材料的存在为细菌的侵袭和生长提供了一个很好的环境。而伴随着这种创伤性手术，机体的防御力不足，易引起细菌感染。感染还与人体本身情况、麻醉时间、手术时间等因素相关[12]。尽管现在的手术技术非常娴熟和抗生素的预防运用，人工髋关节置换术后感染率依然保持在1%～2%之间，且在翻修术后还要增加[13-14]。同时Peter A Revell等[15]发现大约有1.5%关节松动是因感染引起的。而导致假体松动的感染主要是慢性感染。慢性感染导致的骨量丢失增加是假体松动的主因。对于慢性感染导致的人工髋关节假体松动，经典的治疗方法是实行两阶段治疗方案，第一阶段的清创手术，假体取出，植入抗生素的骨水泥间隔和特定的抗生素治疗；第二阶段在感染已被清除后，消除髋关节垫片和实行二期翻修术[16-17]。由于实行两阶段治疗方案治疗时间长会延迟患者的康复，它意味着高昂的治疗成本，且并不能够减低翻修术后的并发症发生[18]。有报道发现实行两阶段治疗的髋关节翻修术后失败率在5%～8%[19-20]。国外学者提出合理选择患者的情况下实行一期翻修术的治疗，即利用加载抗生素的骨水泥假体和骨水泥植入的办法翻修[18-22]。

3.2骨质疏松与假体松动 骨质疏松主要有2种，一是药物性骨质疏松，多由长期服用激素有关，激素常可导致股骨头缺血性坏死而需实行人工髋关节置换。当股骨柄假体植入髓腔后，股骨柄假体承受的巨大弯矩将由股骨柄尖部的外侧和股骨柄根部的内侧去平衡。由于激素能引起股骨近端骨质疏松，造成此部位骨质条件相对较差，股骨距不能起到良好的力学支撑而造成假体下沉，并发生松动[23]。假体松动的发生率在创伤性股骨头缺血性换死和激素性股骨头缺血性坏死的患者中明显不同。Hungerford等[24]通过调查发现相对于行人工髋关节置换术的创伤性股骨头缺血性坏死患者，激素性股骨头缺血性患者的假体松动率明显高于后者。二是年龄性导致的骨质疏松，老年人尤其是女性年老患者，因缺少运动和雌激素分泌不足等原因，导致骨的代谢平衡失调，骨丢失明显多于骨生成量，而这种情况随着年龄的增加而越来越明显。同时人工髋关节术后并不能马上下床活动且还需要制动一段时间，这将导致原来就不太好的骨质更加疏松，增加了股骨柄假体下沉、松动的风险。对于骨质疏松引起的假体松动，主要在于置换术后注意预防，及早下床活动，合理的制动，服用抗骨质疏松药物和钙片。在翻修时应以骨水泥假体翻修，或用加长柄股骨假体翻修[25]。

3.3关节假体材料与假体松动

3.3.1聚乙烯颗粒与假体松动 为了改善人工关节磨损，1958年Charnley首先应用高密度超高分子聚乙烯(UHMWPE)作为髋臼假体材料。目前运用聚乙烯材料的假体主要有金属-聚乙烯假体和陶瓷-聚乙烯假体，他们的磨损率分别为0.1～0.3 mm/年，0.05～0.15 mm/年[26]。聚乙烯的磨损颗粒在假体松动中起着重要的作用。余存泰等[27]通过实验发现UHMWPE颗粒可使植入体周骨形成受抑，骨小梁骨陷窝中骨组织缺如，发现在植入体表面骨性结构覆盖率低，微隙中骨小梁密度减低。骨量的形成减少导致植入关节假体的骨床不够坚固因而易发生松动。磨损颗粒导致的假体松动不仅表现在骨形成的抑制，还能导致无菌性炎症介导的融骨反应。马建兵等[28]发现相对于金属颗粒、陶瓷颗粒和骨水泥颗粒，聚乙烯颗粒对巨噬细胞的刺激更强，能够直接刺激巨噬细胞产生融骨性细胞因子如TNF、IL-1、IL-6、PGE2、NO、金属蛋白水解酶、转移抑制因子等。同时聚乙烯颗粒对TNF-α、单核细胞、转录因子活化T细胞核因子-2表达的影响，也是导致关节假体松动的原因。通过上面的各项研究发现，UHMWPE导致假体松动的原因很多，但大部分都与无菌性炎症并与其导致的融骨过程有关，而这种炎症是植入的聚乙烯内衬在摩擦时产生的UHMWPE颗粒引起的。

3.3.2金属对金属关节的假体松动 金属对金属人工髋关节相比其他关节材料具有更低的磨损率，近年应用广泛。金属对金属髋关节主要是钴-铬合金制造，相比其他关节材料，钴-铬合金有更好的耐磨性、耐蚀性，是人工关节的优秀材料。有文献报道[29]金属对金属假体关节面的线性磨损率为5 μm/年，容积性磨损率为0.44 mm3/年，线性磨损率和容积磨损率均远低于金属-聚乙烯和陶瓷-聚乙烯材料，与其相关的组织反应也低于使用聚乙烯臼杯。虽然钴-铬合金的耐磨性好，但是在人工关节的运动中，还是会产生钴、铬颗粒。周瑜斌等[30]认为金属钴、铬颗粒能通过刺激单核细胞释放肿瘤坏死因子引发假体周围炎性反应，并且通过诱发单核细胞凋亡参与这一过程从而导致假体松动。同时，金属对金属髋关节还存在应力遮挡效应，而导致骨溶解发生假体的松动。

3.3.3陶瓷对陶瓷关节的假体松动 相对于其他人工关节材料，陶瓷对陶瓷假体的耐磨性更好。陶瓷假体的磨损为0.13～78 μm/年[31]。因为陶瓷关节的低磨损率，他能更好地解决因磨损颗粒导致的假体周围无菌性炎症和融骨反应。相对于金属对金属假体，陶瓷对陶瓷假体释放的磨损颗粒更少，这将减低细胞因子的释放，减少假体松动的风险[32]。Christophe等[33]通过9年随访发现因为陶瓷对陶瓷关节在摩擦方面的优异表现，在减少关节磨损和骨溶解并延长假体寿命有很好的吸引力。

3.3.4磨损颗粒与假体松动的治疗 磨损颗粒对于关节松动的治疗，最主要的是抑制无菌性炎症的生成。从材料学上考虑，我们可以改变材料的性质，使用更耐磨的材料。使用药物治疗应重在抑制破骨细胞，促进成骨细胞的生成。

4 总 结

慢性感染和骨质疏松导致的假体松动重在预防，而由关节假体材料导致的假体松动的罪魁祸首是材料间摩擦产生的磨损颗粒介导的无菌性炎症和融骨过程。现在看来，这些反应依赖于内假体表面摩擦释放粒子的大小和数量。因此，找到一种比现行主要关节材料摩擦系数更低的假体材料非常重要。植入表面磨耗产生的更少的粒子意味着植入物周围更小的噬菌作用反应并能降低由假体植入而产生的各种细胞引发的病情，从而延长假体的寿命。在现有的人工关节材料中，陶瓷对陶瓷假体的摩擦系数是最低的，它引发的无菌性炎症和融骨过程更轻。因而有理由相信陶瓷对陶瓷关节在人工髋关节置换中将得到进一步运用。

[1] Whittinqham-Jones P,Mann B,Coward P,et al. Fracture of a ceramic component in total hip replacement[J]. J Bone Joint Surg Br，2012,94(4):570-573

[2] Della Valle AG,Becksac B,Anderson J,et al. Late fatigue fracture of a modern cemented cobalt chrome stem for total hip arthroplasty: a report of 10 cases[J]. J Arthroplasty,2005,20(8):1084-1088

[3] Yates PJ,Quraishi NA,Kop A,et al. Fractures of modern high nitrogen stainless steel cemented stems:cause, mechanism, and avoidance in 14 cases[J]. J Arthroplasty,2008,23(2):188-196

[4] Mahoney OM,Dimon JH. Unsatisfactory results with a ceramic total hip prosthesis [J]. J Bone Joint Surg(Am)，1990,72:663-671

[5] Fischer KJ,Carter DR,Maloney WJ. In vitro study of initial stability of a conical collared femoral component[J]. J Arthroplasty,1992,7(Suppl):389-395

[6] 郭艾,王志义,李强,等. 全髋关节置换术后的中远期疗效[J]. 中华创伤骨科杂志,2005,7(11):1021-1024

[7] 谭维琴，杨士军，崔健和. 人工假体置换后的无菌性松动[J]. 中国组织工程研究与康复，2011,15(43):8133-8136

[8] 戴尅戎. 金属对金属人工髋关节假体的昔与今[C]. 中华医学会第十二届骨科学术会议，2010：83-83

[9] 中国组织工程研究与临床康复学术部. 人工髋关节置换的临床问答[J]. 中国组织工程研究与临床，2009,13(4):680

[10] Thomas A,Gruen MS,Gregory M,et al. “Modes of failure” of cemented stem-type femoral components,a radiographic analysis of loosening[J]. Clinical Orthopaedics and Related Research，1979,141:17-27

[11] Delee JG,Charnley J. Radiological demarcation of cemented sockets in total hip replacement[J]. Clin Orthop Relat Res,1976,121:20-32

[12] Ridgeway S,Wilson J,Charlet A,et al. Infection of the surgical site after arthroplasty of the hip[J]. Bone Joint Surg (Br),2005,87(6):844-850

[13] Anagnostakos K,Fürst O,Kelm J. Antibiotic-impregnated PMMA hip spacers: current status[J]. Acta Orthop,2006,7:628-637

[14] Konstantinos Anagnostakos,Nora Verena，Schmid Jens Kelm,et al. Classification of hip joint infections[J]. International Journal of Medical Sciences,2009,6(5):227-233

[15] Peter A Revell. The combined role of wear particles,macrophages and lymphocytes in the loosening of total joint prostheses[J]. Journal of The Royal Society,2008，5(28):1263-1278

[16] Garvin KL,Fitzgerald RH,Salvati EA. Reconstruction of the infected total hip arthroplasty with genatamicin-impregnated Palacos bone cement[J]. Inst Course Lect,1993,42:293-302

[17] Hsieh PH,Shih CH,Chang YH,et al. Treatment of deep infection of the hip associated with massive bone loss:two-stage revision with an antibiotic-loaded interim cement prosthesis followed by reconstruction with allograft[J]. J Bone Joint Surg (Br),2005,87(6):770-775

[18] Yoo JJ, Kwon YS, Koo KH, et al. Onestage cementless revision arthroplasty for infected hip replacements [J]. Int Orthop,2009,33(5):1195-1201

[19] Calo J,Euba G,Saborido A,et al. Outcome and microbiological findings using antibiotic-loaded spacers in two-stage revision of prosthetic joint infections[J]. J Infect，2011,63(1):23-31

[20] Sorlil,Puig L,Torres-Caaramunt R,et al. The relationship between microbiology results in the second of a two-stage exchange procedure using cement spacers and the outcome after revision total joint replacement for infection: the use of sonication to aid bacteriological analysis[J]. J Bone Joint Surg,2012,94(2):249-253

[21] Fharald R,De Man,Parham Sendl,et al. Infectiological, functional, and radiographic outcome after revision for prosthetic hip infection according to a strict algorithm[J]. Acta Orthopaedica,2011,82(1):27-34

[22] Ernrsto Muńoz-Mahamud,Xavier Gallart,Alejandro Soriano. One-stage revision arthroplasty for infected hip replacements[J]. The Open Orthopaedics Journal,2013,7：184-189

[23] 韩刚，王岩，王继芳，等. 激素性股骨头缺血性坏死全髋关节置换疗效观察与分析[J]. 海军医学杂志，2005,26(2)：119-121

[24] Hungerford DS,Jones LC. Asymptomatic osteonecrosis, should it be treat?[J]. Clin Orthop,2004,429:124-130

[25] 王光耀,吴恒炬. 髋关节假体置换翻修的原因分析及应对策略[J]. 实用医学杂志,2007,23(14)：2239-2240

[26] 白银龙，屈树新. UHMWPE在人工髋关节中的磨损机制及改性研究[J]. 工程塑料应用，2009,37(11)：76-79

[27] 余存泰，徐中和，杨庆铭，等. 聚乙烯颗粒对植入体周成骨的影响[J]. 实用骨科杂志，2004,10(6)：515-518

[28] 马建兵，刘淼，孟祥东，等. 聚乙烯微粒细胞因子与人工髋关节松动的相关性研究[J]. 中国矫形外科杂志，2009,17(9)：644-646

[29] 何邦剑，董培建，历驹，等. 金属对金属大直径股骨头全髋关节置换术治疗晚期股骨头坏死的近期疗效观察[J]. 中华临床医师杂志，2011,5(21):6427-6430

[30] 周瑜斌,戴闽，郝亮，等. 金属颗粒诱导人单核细胞凋亡并释放肿瘤坏死因子的实验研究[J]. 生物骨科材料与临床研究，2008,5(3):5-7

[31] Kress AM,Schaide R,Holzwarth U,et al. Excellent results with cementless total hip arthroplasty and alumina-on-alumina pairing:minimum ten-year follow-up[J]. Int Orthop,2011,35(2):195-200

[32] Porat M,Parvizi J,Sharkey PF,et al. Causes of failure of ceramic-on-ceramic and metal-on-metal hip arthroplasties[J]. Clin Orthop Relat Res,2012,470:382-387

[33] Christophe Cheyillotte,Vincent Pibarot,Jean-Paul Carret、Nine years follow-up of 100 ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty[J]. International Orthopaedics,2011,35:1599-1604

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.04.044

R684

A

1008-8849(2015)04-0454-03

2014-03-01