全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍骨量丟失的研究進展

劉福存綜述 吳海山審校

綜 述

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍骨量丟失的研究進展

劉福存綜述 吳海山審校

初次全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty，TKA）術(shù)后都存在骨量的丟失，且流行病學顯示這種骨量丟失不依賴于假體類型和固定方法[1,2]。術(shù)后假體松動與假體表面骨吸收、磨損引起的骨溶解和術(shù)中骨丟失有關(guān)，但假體周圍骨密度（bone mineral density，BMD）降低也是遠期假體松動的一個重要原因。理論上，假體周圍BMD降低亦會增加假體周圍骨折的風險，且大量BMD降低會導致翻修手術(shù)的困難[2]。但其重要性并未象髖關(guān)節(jié)假體周圍骨丟失那樣受重視。近年來隨著雙能X線吸收測定（dual energy X-ray absorptiometry，DEXA）技術(shù)的成熟及對疾病的認識，關(guān)于膝關(guān)節(jié)假體周圍BMD減少的研究有所增多?，F(xiàn)綜述如下。

1 假體周圍骨量丟失的機制

TKA術(shù)后假體周圍的骨量丟失主要由應力遮擋所致。杯形的股骨假體減少了股骨遠端前后方向的剪切應力，使應力重新分配至骨-骨水泥或骨-假體界面，這種膝關(guān)節(jié)機械載荷的改變可導致骨的適應性重建。Van-Lenthe等[3]應用三維有限元模型驗證了這種應力遮擋可導致假體周圍骨吸收。應用有限元模型分析骨適應性重建，亦可驗證股骨遠端假體翼后會產(chǎn)生嚴重骨量丟失[4]。Karbowski等[5]將12例TKA假體周圍BMD手術(shù)前后結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)非骨水泥固定假體周圍平均BMD明顯降低（21.5%），股骨假體翼后丟失最多，術(shù)后一年可減少22%左右。有研究者將感興趣區(qū)（region of interest，ROI）設在股骨假體上1 cm骨干處（應力遮擋可被忽略），發(fā)現(xiàn)此ROI區(qū)BMD降低了8.4%，遠較假體翼后的同期骨丟失（22.8%）為少?？梢姂φ趽跏窃斐晒晒羌袤w周圍骨丟失的主要原因。

相對于股骨假體產(chǎn)生嚴重的應力遮擋而言，脛骨假體還會影響到應力的重新分布[6]，從而影響骨重建，相關(guān)研究示脛骨假體周圍骨量丟失在經(jīng)過兩年骨重建以后平均BMD可恢復至基線骨密度水平。

2 假體周圍骨密度的測量方法

傳統(tǒng)評價TKA的優(yōu)劣主要依據(jù)患者的臨床狀況（膝關(guān)節(jié)功能、穩(wěn)定性、運動范圍、有無疼痛等）和X線平片。X線平片可用來觀測假體位置、膝關(guān)節(jié)力線、骨-假體或骨-骨水泥界面，為臨床提供感染、松動、下沉的依據(jù)。但用其來檢測假體周圍骨密度是不可靠的。在一張標準X線平片上，BMD改變超過20%～40%才能被肉眼所見[7]。DEXA被認為是一種精密度很高的BMD測量方法。學者們注意到膝關(guān)節(jié)假體周圍骨量丟失以后，DEXA被迅速用于膝關(guān)節(jié)周圍BMD的測量。在骨密度領域，精密度（Precision，CV%）是關(guān)于一種儀器能否可靠地重復測量骨密度的概念。一些學者應用DEXA測量前后位腰椎BMD，CV%約1.9%[7]，髖關(guān)節(jié)假體周圍BMD約1.0%～1.5%[8]。Soininvaara等[9]用DEXA測量30例單側(cè)膝關(guān)節(jié)置換假體周圍BMD，且以對側(cè)作為對照，結(jié)果顯示健側(cè)平均CV%約3.1%，脛骨側(cè)2.9%，髕骨6.9%。而術(shù)側(cè)分別為3.2%、2.5%和2.0%，結(jié)果類似于髖關(guān)節(jié)假體周圍BMD的測量。DEXA放射量低，最高有效劑量為40 μSv，故對病人的影響可以忽略不計，可重復測量。Therbo等[10]通過對模型和活體的測量，發(fā)現(xiàn)下肢的旋轉(zhuǎn)可嚴重影響測量的精密度。下肢旋轉(zhuǎn)20°～40°時CV%為4.9%～12.3%。肢體處于0°位時，無論骨水泥固定假體還是非骨水泥固定假體，重復測量CV%為0.5%。

近年來，有學者將定量CT（quantitative CT，QCT）用于TKA術(shù)后BMD的測量[11]。較之DEXA，QCT可定量測量某部位骨密度，且可分別測量皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的骨密度。Reilly等[11]于2007年在4例尸體骨上應用QCT測量脛骨骨密度，發(fā)現(xiàn)QCT是一種精密度很高的方法。且早在2005年，Reilly等就應用QCT測量TKA術(shù)后脛骨上端BMD，得出骨量丟失持續(xù)1～2年而皮質(zhì)骨變化不大的結(jié)論。亦有學者將單光子發(fā)射計算機斷層（Single photon emission computed tomography，SPECT）引入到測量假體周圍骨量變化上來。Soininvaara等[12]已應用SPECT對TKA術(shù)后骨的代謝活動進行了初步研究。

3 假體周圍骨量丟失規(guī)律

不論何種固定，TKA術(shù)后假體周圍都會出現(xiàn)進行性骨量丟失[13]。van-Loon等[2]通過對股骨頸和腰椎手術(shù)前后BMD的測量，發(fā)現(xiàn)盡管術(shù)后康復階段活動減少，但全身骨量并未見減少，而假體周圍各ROI均出現(xiàn)了骨量丟失。

術(shù)后三個月，假體周圍骨量丟失最快，Soininvaara等[1]對69例用骨水泥固定行TKA手術(shù)的患者進行隨訪，發(fā)現(xiàn)3個月后股骨平均BMD降低了11%～15.6%。術(shù)后6個月BMD丟失變緩，可達16%[14]。正常成人髕骨壓力可達4600N（6.5倍于體重）[15]。由于股骨假體翼的應力遮擋，股骨遠端假體翼后骨量丟失最多。Petersen等[16]發(fā)現(xiàn)，TKA術(shù)后兩年假體翼后BMD丟失可達36%。由于測量儀器、劃分的ROI和隨訪時間有所不同，各研究所得結(jié)果不能互相比較，但假體周圍BMD的變化趨勢都是相似的。且隨著應用DEXA測量假體周圍BMD技術(shù)的成熟及一些商業(yè)軟件的開發(fā)利用，各研究結(jié)果也都漸趨接近。van-Loon等[2]測得1年后假體翼后BMD降低了22%，Soininvaara等[6]得出了相似結(jié)論。有研究認為2年后股骨遠端骨量不再丟失，但根據(jù)有限元模型分析，假體周圍骨丟失時間要超過2年[4]。Soininvaara等[12]應用SPECT研究假體周圍骨代謝情況，發(fā)現(xiàn)2年后股骨遠端骨吸收仍存在。

與股骨遠端骨量丟失不同的是，脛骨骨量丟失受載荷重新分布的影響較大，不存在嚴重的應力遮擋。Soininvaara等[12]對69例病人進行了為期1年的隨訪，發(fā)現(xiàn)術(shù)后3個月脛骨近端骨干區(qū)骨量丟失最多（3.8%），脛骨內(nèi)髁2.6%，而外髁只有0.06%。術(shù)后1年骨干BMD丟失4.7%（P＜0.001），而外髁無變化。作者在研究中重點討論了內(nèi)髁的變化。內(nèi)翻膝術(shù)后內(nèi)髁BMD減少，而外翻膝有所增加。另外，脛骨遠端BMD 2年后密度比較均勻，恢復至術(shù)前平均基線水平。但Soininvaara等[12]應用的都是短柄脛骨假體，盡管此研究顯示股骨近端假體周圍骨丟失和假體類型無關(guān)，但有相關(guān)研究證實假體類型和股骨柄形狀對脛骨遠端BMD有影響。由于疼痛原因，患膝負重減少，關(guān)節(jié)力線恢復后患膝負重增加，有可能使脛骨假體周圍骨密度增加。Petersen等[16]應用無羥基磷灰石涂層的Interax假體治療骨性關(guān)節(jié)炎患者，隨訪2年后發(fā)現(xiàn)患側(cè)脛骨骨密度有輕微增高。多數(shù)學者支持2年后脛骨假體周圍骨密度恢復正?；€水平。Soininvaara等[12]應用SPECT也觀察到2年后脛骨近端成骨活動減弱，基本完成了骨的重建。但Levitz等[17]發(fā)現(xiàn)脛骨近端應力的改變可使假體周圍BMD以每年5%的速率降低。Van-Lenthe等[4]對190例病人進行7年隨訪后，亦支持Levitz的結(jié)論。所測BMD減少速度為5.5%。

4 假體類型和固定方式對假體周圍骨量變化的影響

假體類型對周圍骨量丟失的影響仍有頗多爭議。Soininvaara等[12]應用Duracon、Nexgon和AMK假體行TKA手術(shù)，采用骨水泥固定，結(jié)果顯示假體周圍都有骨量減少，但假體類型對周圍骨量影響無差異。Therbo等[10]進行有關(guān)應用DEXA測量BMD的研究時發(fā)現(xiàn)，利用非骨水泥固定Duracon或Interax假體和骨水泥固定AGC假體時，假體類型對假體周圍BMD無影響。Petersen等[16]亦否定了羥基磷灰石涂層的假體對脛骨BMD的影響。但Soininvaara等[12]應用的Duracon、Nexgon和AMK假體均為短柄假體，長柄脛骨假體是否會對周圍BMD產(chǎn)生影響，Hernandez-Vaquero等[18]對此進行了研究，分別用Intex假體對190例病人行TKA手術(shù)，這些病人隨機分為兩組，一組用圓柱型脛骨柄假體，另一組用十字型脛骨柄假體，觀察了三個ROI，ROI 1設在脛骨內(nèi)側(cè)髁，ROI 2設在外側(cè)髁，ROI 3設在脛骨柄下1cm骨干中心處。經(jīng)過7年隨訪，結(jié)果顯示圓柱形柄假體組ROI 1區(qū)BMD明顯降低，ROI 2區(qū)降低較少，而ROI 3區(qū)基本無變化。與之相比，十字形假體柄組各ROI區(qū)BMD降低無差別，呈均勻減少。另外，Saari等[19]研究了假體襯墊設計對假體周圍BMD的影響。他將病人分為兩組，膝關(guān)節(jié)畸形較輕者（＜5°）組用PCL保留型假體，另一組用PCL切除型假體。每組又分為兩個亞組，分別給以曲面和平面襯墊。PCL保留型假體兩個亞組間假體周圍BMD無差異，而PCL切除組用平面襯墊的患者假體周圍骨量丟失要高于曲面襯墊組，且2年后平面襯墊組股骨假體翼后BMD繼續(xù)下降，而曲面襯墊組2年后有所增加。

5 二膦酸鹽對假體周圍骨量丟失的影響

二膦酸鹽是1969年Fleisch等[20]受焦磷酸鹽化合物可抑制骨質(zhì)礦化的啟發(fā)而合成的，是一種骨吸收抑制劑。其具體作用機理尚不清楚，目前已應用于骨質(zhì)疏松癥的臨床治療中，其作用是能增加骨量，降低骨折發(fā)生率。因每天服用10mg二膦酸鹽可抑制THA術(shù)后BMD減少[21]，一些研究者嘗試用二膦酸鹽來減少膝關(guān)節(jié)假體周圍的骨量丟失。Soininvaara等[22]對11例病人進行1年隨訪后發(fā)現(xiàn)口服二膦酸鹽的患者1年后周圍BMD丟失明顯降低。股骨假體翼后BMD僅丟失5.5%。二膦酸鹽減少了假體周圍的骨丟失，給初次置換的假體一個持久的支持。但是Wang等[23]發(fā)現(xiàn)術(shù)后服用二膦酸鹽對長期BMD丟失無影響。二膦酸鹽治療組和對照組3年后假體周圍BMD無差異。

總之，膝關(guān)節(jié)假體周圍BMD降低是由于應力遮擋和載荷的重新分布所致。術(shù)后6個月丟失最多，以后逐漸減少，且股骨假體翼后會產(chǎn)生嚴重骨量減少。由于測量方法、儀器、時間和ROI選擇的不同，BMD丟失量有所差異。應用二膦酸鹽可減少近期BMD的丟失，但遠期療效尚待肯定。且其最佳劑量、服用時間及療程亦需繼續(xù)研究。當今，DEXA因其精密度高、經(jīng)濟、安全而成為測量BMD的較好方法。但其所測僅為面積密度，不能定量，不能分別對皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨進行檢測，亦不能對骨的代謝有所反映，因此近兩年來QCT和SPECT已成為膝關(guān)節(jié)假體周圍BMD研究的新工具。

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（本文編輯 陳娜）

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1674-666X(2009)01-0070-03

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吳海山，E-mail：drisland@vip.sina.com