髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體柄松動(dòng)原因分析及假體設(shè)計(jì)構(gòu)想

王世魁 周全 鄔健明

(云南開(kāi)遠(yuǎn)市解放軍59醫(yī)院骨病關(guān)節(jié)外科 云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

目前全髖關(guān)節(jié)置換和(或)半髖關(guān)節(jié)置換成為治療老年股骨頸骨折及部分股骨粗隆間骨折的重要方法,已得到國(guó)內(nèi)同行認(rèn)可及支持并大量運(yùn)用于臨床。但治療失敗的案例隨置換病例的增加而迅速增加,成為髖關(guān)節(jié)置換后期嚴(yán)重并發(fā)癥之一。股骨假體柄松動(dòng)下沉成為治療失敗的主要原因,本文主要分析假體松動(dòng)下沉原因思考股骨假體柄的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 股骨假體柄的松動(dòng)下沉原因分析

股骨假體柄的松動(dòng)下沉原因:早期將假體松動(dòng)歸因于由應(yīng)力遮擋引起骨質(zhì)重新塑型,近年來(lái)由于生物學(xué)固定型假體的廣泛應(yīng)用,假體翻修術(shù)中病理和尸體病理的取得,對(duì)假體的松動(dòng)原因認(rèn)識(shí)著重于假體微動(dòng)和磨屑誘導(dǎo)的骨溶解方面。后期研究表明假體微動(dòng)原因與假體及周圍骨溶解關(guān)系密切,無(wú)機(jī)假體對(duì)有機(jī)骨骼的反復(fù)擠壓應(yīng)力是骨溶解發(fā)生的關(guān)鍵誘因,這也就說(shuō)明了在沒(méi)有反復(fù)劇烈應(yīng)力的肩關(guān)節(jié)假體及肱骨小頭假體治療失敗率低的原因。而因?yàn)榉磸?fù)微動(dòng)導(dǎo)致的摩擦碎屑顆粒和離解產(chǎn)生的微小顆粒物質(zhì)所致的生物學(xué)反應(yīng)是啟動(dòng)因素,這些物質(zhì)可趨化并激活機(jī)體內(nèi)單核—巨噬細(xì)胞,使其大量增值并分泌多種與骨吸收有關(guān)的細(xì)胞因子,直接或經(jīng)激活破骨細(xì)胞間接誘發(fā)骨溶解,最終使固定良好的假體發(fā)生松動(dòng),這就是促使我們來(lái)解決假體植入機(jī)體后發(fā)生假體微動(dòng)的問(wèn)題。

2 解決假體植入機(jī)體發(fā)生微動(dòng)的方法和設(shè)想

2.1 外科手術(shù)因素

圖1 交鎖假體柄設(shè)計(jì)示意圖

有資料顯示全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)10年內(nèi)發(fā)生后假體松動(dòng)的病例,非骨水泥組較骨水泥組明顯高,而10年以上骨水泥組較非骨水泥組明顯較高,提示松動(dòng)原因與股骨柄假體涂層有明顯關(guān)系。另外,假體柄松動(dòng)可能與外科技術(shù)有一定關(guān)系,如手術(shù)操作及假體的選擇、安裝、假體植入方向、角度、時(shí)機(jī)等,這在一定程度上說(shuō)明了關(guān)節(jié)置換技術(shù)比較嫻熟的醫(yī)生比技術(shù)欠佳的醫(yī)生治療后松動(dòng)發(fā)生率較低的原因,因此解決方法主要是提高關(guān)節(jié)置換醫(yī)師的外科技術(shù)水平,為更多的患者帶來(lái)益處。

2.2 生物學(xué)方面的因素

生物學(xué)因素方面總體上很難糾正,因?yàn)楸旧碇踩爰袤w是一金屬無(wú)機(jī)假體,而相對(duì)于自身生物體來(lái)說(shuō),是個(gè)異物,機(jī)體對(duì)于異物的反應(yīng)主要是排異作用,而反復(fù)長(zhǎng)時(shí)間的擠壓應(yīng)力又加速了骨質(zhì)脫鈣疏松進(jìn)程。另外,導(dǎo)致細(xì)胞生物學(xué)方面的主要因素是患者假體柄植入后發(fā)生松動(dòng),不斷的微動(dòng)及假體摩擦致使假體周圍形成大小、形狀及理化性質(zhì)不同的微小顆粒,而這些微小顆粒導(dǎo)致的一系列免疫反應(yīng)及機(jī)體自身對(duì)這些微小顆粒的反應(yīng)是使其發(fā)生假體周圍骨溶解、加劇松動(dòng),成為不可抗拒的因素,其中介導(dǎo)因子有以下常見(jiàn)幾種:IL-1β、TNF-α、IL-6、PGE2等,而這些免疫細(xì)胞因子的分泌均為假體松動(dòng)發(fā)生反復(fù)摩擦形成的碎屑顆粒引起的。目前比較熱點(diǎn)的假體周圍骨溶解研究主要考慮的還是假體異物引起的一種自身免疫反應(yīng),這在假體周圍骨溶解方面病理學(xué)研究中得到證實(shí):大量資料證實(shí)多種細(xì)胞因子參與骨溶解過(guò)程,這些主要考慮的是細(xì)胞免疫反應(yīng)。解決方法主要是假體工程學(xué)方面需要進(jìn)步,最接近于自身組織學(xué)的假體可能誘導(dǎo)能力最低,但這是技術(shù)較難的領(lǐng)域,細(xì)胞克隆技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域可能發(fā)揮巨大的作用。解決之途徑就是如何來(lái)降低假體微動(dòng)及松動(dòng),減少摩擦碎屑顆粒的釋放,降低局部免疫反應(yīng)。假體結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)是否能夠達(dá)到解決呢？

2.3 假體設(shè)計(jì)方面的思考及應(yīng)用前景

2.3.1 假體設(shè)計(jì)方面的思考,根據(jù)假體周圍骨溶解及發(fā)生松動(dòng)的原因是免疫性因素,而摩擦顆粒的產(chǎn)生是其誘因。除外骨科醫(yī)生本身技術(shù)因素之外,假體的設(shè)計(jì)當(dāng)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn),本文主要從假體的固定及穩(wěn)定性上思考。假體周圍骨溶解目前的分類為:襯性骨溶解和擴(kuò)張性骨溶解,根據(jù)X線顯示:若假體或骨水泥與周圍骨之間存在X線透亮且寬度＞1mm,上下相對(duì)一致時(shí)成為襯性骨溶解;若假體或骨水泥周圍存在扇貝狀X線透亮區(qū),從假體接觸部位向外擴(kuò)張,界限較明顯時(shí)稱為擴(kuò)張性骨溶解,就其原因考慮襯性骨溶解可能與假體應(yīng)力有關(guān),應(yīng)力來(lái)源主要是身體重量,而擴(kuò)張性骨溶解應(yīng)力來(lái)源可能由于技術(shù)因素,可能與局部應(yīng)力增加有關(guān),可能與外科技術(shù)及局部假體放置位置有關(guān),使其局部應(yīng)力增加明顯。故我們需要注意的是假體植入髓腔后的穩(wěn)定,單純依靠骨水泥和生物表面涂層不是唯一途徑,機(jī)械性改變穩(wěn)定有可行之處,這就是我們所思考的交鎖假體柄的設(shè)計(jì)原理,其來(lái)源與交鎖髓內(nèi)釘設(shè)計(jì)概念一樣,主要是降低假體植入后發(fā)生微小松動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的應(yīng)力因素,減小假體柄對(duì)髓腔所有接觸面的壓力,而將主要應(yīng)力引導(dǎo)到交鎖釘所在骨皮質(zhì)上,理論上可以有效改善接觸擠壓應(yīng)力導(dǎo)致的骨溶解,又可以降低微小摩擦,減小骨水泥摩擦碎屑,對(duì)于非骨水泥柄可以減少局部摩擦擠壓應(yīng)力而產(chǎn)生生物穩(wěn)定作用。

2.3.2 交鎖假體柄的設(shè)計(jì)圖(圖1) 此種設(shè)計(jì)理論上將過(guò)去利用假體柄表面涂層和骨髓腔內(nèi)側(cè)面摩擦力而達(dá)到穩(wěn)定修改為利用鎖釘直接將應(yīng)力傳遞到骨干皮質(zhì)上,減少接觸面壓應(yīng)力及接觸面摩擦力,防止發(fā)生壓應(yīng)力導(dǎo)致的骨溶解,降低后期發(fā)生局部微動(dòng),達(dá)到更加穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。此種設(shè)計(jì)可應(yīng)用于骨水泥柄、生物柄等多種股骨假體柄上,一定程度上可以緩解股骨假體柄的下沉及松動(dòng),緩解襯性骨質(zhì)溶解,加強(qiáng)假體柄的穩(wěn)定,理論上可以提高假體使用壽命。本實(shí)踐因?yàn)榭蒲袟l件有限,不能正規(guī)進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)研究是我們最大的遺憾。

2.3.3 應(yīng)用前景 交鎖假體柄設(shè)計(jì)應(yīng)用于臨床還是需要一定的時(shí)間,相關(guān)基礎(chǔ)研究尚未進(jìn)行。但是,解決股骨柄假體的松動(dòng)及下沉問(wèn)題,可能后期會(huì)采用這種設(shè)計(jì)方案,交鎖髓內(nèi)釘上已經(jīng)是典型的例子。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)不但允許應(yīng)用于骨水泥柄,而且允許應(yīng)用于生物柄假體,不與現(xiàn)有的關(guān)節(jié)置換技術(shù)相沖突,具有一定的研究及應(yīng)用價(jià)值。