打压植骨联合骨水泥髋臼杯修复髋臼缺损的研究进展

王弘德　高石军　高伟　国乐乐　刘涛　靳国荣



打压植骨联合骨水泥髋臼杯修复髋臼缺损的研究进展

王弘德高石军高伟国乐乐刘涛靳国荣

如今随着非骨水泥假体的不断改进以及用于填充骨缺损新型材料的发明，骨水泥假体在髋关节置换和翻修术中使用在逐渐减少，许多骨科医生已不再使用骨水泥型假体，但是打压植骨联合骨水泥型髋臼技术因其在修复髋臼侧骨缺损方面获得了令人满意的效果，填补了骨缺损，增加了骨质储备，得到了广大骨科医生的推崇。虽然这项技术沿用至今已长达40年之久，但是有关这项技术的研究仍未停止，本文将围绕这一技术的由来及应用、移植物的选择与处理、生物力学与组织学变化、临床效果和未来的展望做一综述。

打压植骨；骨水泥髋臼杯；骨缺损；移植物

随着人工髋关节置换技术的不断发展，人们对生活质量的要求的不断提高，进行人工髋关节置换的患者也在趋于年轻化，这将对人工髋关节使用寿命和功能提出更大挑战，然而，由于髋关节假体使用寿命的限制和个体生存寿命的差异，许多患者可能需要再进行髋关节翻修手术。在髋关节翻修手术中，如何处理髋臼侧骨缺损，恢复骨储备成为众多骨科医生面临的一大难题[1]。虽然使用骨水泥填充、组配式假体以及定制假体等方法可以有效解决骨缺损带来的问题，但是对于部分年轻患者可能会经历再次翻修，因此最大限度减少骨质丢失并且恢复骨储备成为重中之重。

1　打压植骨技术的由来及骨缺损处理

1.1技术由来Hastings等[2]在1975年使用患者自体骨块填充结合骨水泥修复了36例类风湿关节炎患者髋臼侧缺损，但他并没有对移植骨进行打压。Slooff等[3]在1979年首次通过打压取自患者自体髂骨骨颗粒加用弯曲的金属网的方法修复了43例髋臼侧骨缺损，恢复了髋臼的连续性和完整性，并于1984年报道了这项技术的早期临床效果，并将这项技术命名为打压植骨技术(impaction bone-grafting，IBG)，如今这项技术已在临床应用长达40年之久，取得了令人满意的临床效果。

1.2髋臼侧骨缺损分型及处理目前常用美国骨科医师协会(AAOS)对髋臼侧缺损进行评价，将髋臼侧骨缺损分为5型：Ⅰ型腔隙性骨缺损，Ⅱ型节段性骨缺损，Ⅲ型混合型(腔隙性和节段性骨缺损共存)，Ⅳ型骨盆不连续型骨缺损，Ⅴ型骨盆融合型骨缺损。髋臼重建旨在恢复髋关节旋转中心、获得假体稳定性、恢复髋臼稳定性和连续性。修复髋关节缺损的方法有很多，骨水泥填充法，虽然能填补较轻骨缺损，但是长期效果的获得依赖于松质骨与骨水泥之间的微锁结合，翻修术中髋臼侧硬化的骨质严重影响骨水泥与松质骨的连接；异体骨结构植骨联合骨水泥固定髋臼假体虽然近期效果令人满意，但是受限于移植骨与宿主骨长入缓慢、力学特性变化较大等原因长期效果较差；微孔涂层巨大髋臼通常要求后主完整、宿主骨接触面积大于50%，中期效果已得到满意结果，但是由于骨量未得到恢复，因此对于可能存在对巨大髋臼翻修的患者不利。Slooff等[3]使用的异体颗粒骨打压植骨联合骨水泥髋臼杯的方法有效填补了髋臼侧骨缺损，恢复了骨量，成为AAOS Ⅲ型缺损治疗的重要方法。

1.3打压植骨技术术中操作及术后处理[4]手术选择后外侧入路，取出松动的假体，显露出骨性结构，明确缺损类型和严重程度，使用髋臼挫磨挫硬化的骨性组织。根据髋臼骨缺损的情况修剪金属网，覆盖骨缺损区域，边缘性骨缺损使用螺钉将金属网固定在髋臼周围骨性结构上，中央性缺损将金属网固定于臼底，使用2 mm细钻在硬化骨上钻空至鲜血渗出，从而优化血管化促进移植骨与骨水泥联合。选用新鲜深低温冷冻的同种异体骨股头为植骨材料，使用咬骨钳将股骨头制备成0.7～1.0 cm松质骨颗粒置入髋臼中，使用金属打压器逐层打压结实恢复缺损骨量。根据最后使用髋臼侧打压器的大小，选择较打压器小2 mm的髋臼假体并放置，为骨水泥提供足够的空间。

术后使用非甾体类抗炎药7天防治异位骨化发生，皮下注射低分子肝素预防血栓形成6周。术后6周内允许患肢足趾垫底部分负重，术后6～12周允许身体50%负重，术后3个月完全负重练习。若缺损较小，术后6周即可完全负重行走。

2　移植物的选择与处理

2.1移植物材料在打压植骨技术使用之初，填充移植物材料使用的是同种异体松质骨[3]，由于松质骨具有的开放结构，有利于加快血管化，骨小梁呈现并列结构，促进了成骨细胞参与的骨重塑阶段[5]。然而，有学者认为使用皮质骨材料效果更令人满意，原因在于虽然同种异体皮质骨在骨吸收阶段强度有所减弱，但是仍强于松质骨[6]。在一项50例髋关节股骨侧翻修的病例(25例使用同种异体松质骨打压植骨，25例使用同种异体皮质骨打压植骨)的研究中发现，使用同种异体皮质骨打压植骨的患者在术后平均随访5.2年时，无论是在疼痛还是假体下沉方面均优于使用同种异体松质骨打压植骨组[6]。Subramanian等[7]研究表明，包含股骨头软骨和皮质骨的股骨头颗粒用于髋关节翻修打压植骨中，短期随访在影响学和植骨成活率方面，与其他常规植骨材料相似，同时相对于单纯松质骨而言至少可以节约40%的植骨材料。Brewster等[8]比较了人骨、牛骨和人骨填充羟基磷灰石做为混合移植物的的初始机械稳定性，这些混合的移植物又进一步按颗粒大小分级，结果证实，相对较大的颗粒和强度高的材料提供了更好的机械稳定性。还有学者也证实，在颗粒骨中加入强度更高，刚性更强的材料，如陶瓷颗粒、皮质骨等可提高机械稳定性。因此，选择移植物材料的不单要考虑机械力学特性，而且也要考虑生物学特性。

2.2移植物颗粒大小理想的移植物颗粒尺寸仍无定论，但是研究人员发现移植物颗粒尺寸对髋臼假体的早期稳定性起着至关重要的作用[9]。较大的骨颗粒可以为髋臼杯提供更高的稳定性，在尸体生物力学研究中证实，当打压植骨区域承受3 000 N压力负荷时，使用平均9.1 mm(8.2～10.0 mm)骨颗粒髋臼杯较平均2.1 mm(1.6～2.6 mm)骨颗粒髋臼杯更稳定[10]。较大颗粒的移植骨效果优于较小颗粒移植骨另一个优势在于，较大颗粒移植骨在打压后具有更多的空隙和更强的渗透性,这有利于新骨的长入移植物颗粒。由于目前制备移植物颗粒的方法主要分手工制作和机器研磨，有学者指出手工制作的移植骨颗粒尺寸不均一，加之大移植物颗粒之间的空隙被较小移植物颗粒填塞，增加了每层移植物颗粒的剪切力，而机器研磨制作的颗粒尺寸均一，不能各层之间的剪切力不如手工制作移植物颗粒。

2.3冲洗作用在早期使用打压植骨技术时，将新鲜深冻异体骨颗粒化后并未做其他处理，Fosse等发现，使用0.9%氯化钠溶液冲洗后的移植物颗粒可以去除脂肪和骨髓起到脱脂作用，使打压更为牢固，增加了植骨区域抗剪切力，同时，更小的移植物颗粒经过冲洗后，更多的脂肪和骨髓可以被去除，因此冲洗脱脂作用对植骨区域抗剪切力影响更显著[11,12]。

虽然冲洗作用增加了移植物颗粒的机械性质，但是冲洗对生物学性质的影响并无明确。一方面新鲜移植物颗粒中可能含有大量的生长因子，这些生长因子可以促进新骨形成；另一方面，新鲜深冻的移植物颗粒中可能还含有大量免疫原性物质，导致新骨形成减少。冲洗可以同时去除对骨长入有利和有害的因子，对同种异体骨颗粒打压植骨骨长入是有利的，对自体骨颗粒植骨是不利的[13]。因此，在植被颗粒骨之前，对同种异体骨进行冲洗脱脂是至关重要的过程。

2.4打压紧密程度移植物颗粒的压密程度主要取决于每次打压的力度和重复打压数量[8]。有力打压可以获得较高初始稳定性[14]。但是，Tagil等[15]在对比移植物经过打压和未经打压的结果分析发现，前者的骨长入距离较后者少30%，这表明打压移植物对骨传导机制的作用是不利的，不利于新骨长入，但是在临床应用中打压作用仍然利大于弊，因此移植物颗粒性质有关机械力学因素与生物因素的相互作用仍需要进一步研究。“用力打压”和骨水泥灌注可以获得良好的稳定性[16]，虽然用力打压可以提高植骨区域力学稳定性，但是用力打压增加了术中骨折的发生，术中不适当的打压可造成术后假体下沉。因此，打压的力度不仅需要满足植骨区足以承受身体重量，还取决于移植物颗粒的大小、粒性和脂肪含量等性质。一些骨科医生提出用髋臼挫反转来进行打压，但是测试结果证实这些技术提供的髋臼稳定性不足[10]。

3　生物力学和组织学变化

3.1生物力学不正确的进行打压实际上只是将移植物进行压紧，使两个接触面接触紧密，而不是移植物互相嵌入。移植物自身就是一种质地疏松的特殊材料，打压植骨技术既可以起到将移植物压紧的作用，又能使接触面互相嵌入，符合了固体力学原理。然而，在挤压状态下的移植物，其粘弹性和塑性仍然是一个未知的方面。从力学角度讲，短期初始稳定性的获得来自于使用经脱脂后移植物、合理的打压及骨水泥填充的共同作用，但是这些条件并没有统一的结论，其作用是相互的，因此仍需大量关于这些条件参数进行大量研究。

3.2组织学打压植骨术后效果很大程度上取决于移植物与宿主骨之间的融合情况。移植骨在体内经过炎性反应、再血管化、骨诱导、骨传导和重塑阶段最终形成新骨。移植物的骨长入主要受骨诱导、骨传导和机械负荷机制的影响。移植物材料的颗粒性结构增加了移植物与宿主、假体的接触面积，并能释放许多生长因子如骨形态发生蛋白(BMPs)、转化生长因子(TGF-β)、成纤维细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)和血小板衍生生长因子(PDGF)等，诱导新骨形成。经过打压后的移植物结构坚固且可被吸收，诱发骨传导机制，为新生血管和新生骨从宿主骨向移植骨长入提供了可靠的支架。移植物具有的弹性在承受机械负荷时可引起形变促进新骨形成。移植物重塑对假体稳定性的影响仍不明确，尽管许多患者获得了满意的效果，但是大量的移植骨并未发生重构[17]。组织学发现在坏死的骨小梁周围存在大量纤维组织包绕，这些纤维组织为骨水泥假体及移植物提供了良好的稳定性，因此移植物完全重塑对打压植骨临床效果的影响不明确。

4　髋臼假体类型的选择

髋臼侧翻修时选择骨水泥型假体还是非骨水泥型假体目前尚无定论，患者的具体情况仍然是假体选择的主要参考指标。有学者统计发现，生物固定髋臼的假体失败率低于骨水泥假体，因此目前许多学者主张选择非骨水泥髋臼杯重建髋臼。在髋关节翻修取出松动的髋臼假体时，髋臼侧骨床呈硬化表现，应用骨水泥型假体固定时，骨水泥在硬化骨床表面的锚定作用将被大大减弱，易导致假体再次松动发生。生物型髋臼假体应用要求至少50%的假体表面与宿主骨表面紧密接触，以使足够的骨长入，从而获得满意的初始稳定性。但是，在骨缺损严重、骨溶解较大时，骨水泥型髋臼假体的在髋臼翻修中的地位尤为重要。

5　临床效果

Slooff首次报道的使用打压植骨联合骨水泥髋臼杯应用于43例髋关节翻修患者，术后2年生存率100%；5.7年生存率在95%，取得了令人满意的近期效果[5]。后来Slooff等又进行了长达25年随访研究，10年、20年生存率分别达93%、75%，这充分证明打压植骨联合骨水泥髋臼杯用于髋关节翻修骨缺损修复具有良好的长期效果[18],其他学者也得到了证实[19]，功能恢复结果令人满意。

类风湿关节炎患者由于骨质较差，不能为髋关节翻修提供足够骨储备，因此称为髋关节翻修一大挑战。Schreurs等[20]对35例髋关节翻修使用打压植骨联合骨水泥髋臼杯患者进行随访，效果令人满意，术后8年、12年生存率分别达到85%、80%。

由于年轻患者对生活质量和功能活动要求相对较高，年轻患者进行人工髋关节置换和翻修成为另一大挑战。有研究证实这一技术在年轻患者中无论是初次置换还是翻修中，均取得良好的效果[21]，Busch等[22]对37例手术时年龄小于50岁的患者进行随访，发现15年、20年、25年生存率分别达到84%、73%、52%，其中15年、20年生存率仍然令人满意。

6　未来展望

基于骨移植物在打压植骨联合骨水泥髋臼杯技术中的的诸多优势及前期大量研究，为今后进一步改进和创新提供了重要的方向。

骨形态发生蛋白(BMPs)中BMP-7具有促进成骨的作用，BMP-7从打压新鲜深冻股骨头松质骨释放出来，因此打压过程本身就能促进骨重塑和融合。BMP-7不仅可以促进成骨作用，同时也可以激活破骨细胞活动。McGee等[23]在山羊股骨侧打压植骨研究中发现，在同种异体骨中加入BMP-7组较单纯使用同种异体骨组移植骨吸收和假体下沉更明显，这一结果出现与BMP-7在所参与的成骨和破骨活动平衡有关。因此，未来将BMP-7应用于临床仍需大量研究证实其可行性、有效性和安全性。

组织工程学：随着组织工程学的发展，骨的组织工程成为未来最有前途和可行性的领域，其供骨量不受限，无供区损伤，较传统移植物材料具有多种生物活性和组织相容性。“种子细胞”、生物支架和组织构建技术为未来髋关节骨缺损修复提供了重要的技术支持。骨髓间充质干细胞(BMSCs)、脂肪源性干细胞(ADSCs)等具有在体外培养一定向分化成骨细胞，置入体内后能适应供区环境并保持成骨活性的能力，在未来可为修复髋关节翻修中骨缺损提供种子细胞。研究表明同种异体骨中加入BMSCs打压植骨后，BMSCs在体内继续增殖、分化，增加了移植物之间的聚合能力和剪切力[24]。胶原、纤维蛋白、高分子聚合物、海藻酸钙凝胶载体、几丁质、生物陶瓷等是目前主要用于生物支架的生物材料。虽然打压植骨技术应用已达40年，但组织工程学的发展为打压植骨技术提供了一种新颖的方法，进一步深化了打压植骨技术新的研究领域。

综上所述，长期的临床效果证实，使用颗粒骨打压植骨联合骨水泥髋臼杯重建髋臼侧骨缺损的方法是一项非常有效的方法，不仅能获得假体的长期稳定性，而且能显著促进新生骨长入，恢复缺损区域的骨量从而增加骨储备。未来组织工程学的发展也必将未这一经典的技术注入新的血液，成为广大亟待接受关节翻修患者的福音。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2016.21.041

050051石家庄市,河北医科大学第三医院关节二科

高石军，050051石家庄市,河北医科大学第三医院关节二科；E-mail：shijungao2015@yahoo.com

R 684.75

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1002-7386(2016)21-3335-04

2016-03-11)