打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯修復(fù)髖臼缺損的研究進(jìn)展

王弘德　高石軍　高偉　國樂樂　劉濤　靳國榮

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打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯修復(fù)髖臼缺損的研究進(jìn)展

王弘德高石軍高偉國樂樂劉濤靳國榮

如今隨著非骨水泥假體的不斷改進(jìn)以及用于填充骨缺損新型材料的發(fā)明，骨水泥假體在髖關(guān)節(jié)置換和翻修術(shù)中使用在逐漸減少，許多骨科醫(yī)生已不再使用骨水泥型假體，但是打壓植骨聯(lián)合骨水泥型髖臼技術(shù)因其在修復(fù)髖臼側(cè)骨缺損方面獲得了令人滿意的效果，填補(bǔ)了骨缺損，增加了骨質(zhì)儲備，得到了廣大骨科醫(yī)生的推崇。雖然這項(xiàng)技術(shù)沿用至今已長達(dá)40年之久，但是有關(guān)這項(xiàng)技術(shù)的研究仍未停止，本文將圍繞這一技術(shù)的由來及應(yīng)用、移植物的選擇與處理、生物力學(xué)與組織學(xué)變化、臨床效果和未來的展望做一綜述。

打壓植骨；骨水泥髖臼杯；骨缺損；移植物

隨著人工髖關(guān)節(jié)置換技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求的不斷提高，進(jìn)行人工髖關(guān)節(jié)置換的患者也在趨于年輕化，這將對人工髖關(guān)節(jié)使用壽命和功能提出更大挑戰(zhàn)，然而，由于髖關(guān)節(jié)假體使用壽命的限制和個(gè)體生存壽命的差異，許多患者可能需要再進(jìn)行髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)。在髖關(guān)節(jié)翻修手術(shù)中，如何處理髖臼側(cè)骨缺損，恢復(fù)骨儲備成為眾多骨科醫(yī)生面臨的一大難題[1]。雖然使用骨水泥填充、組配式假體以及定制假體等方法可以有效解決骨缺損帶來的問題，但是對于部分年輕患者可能會經(jīng)歷再次翻修，因此最大限度減少骨質(zhì)丟失并且恢復(fù)骨儲備成為重中之重。

1　打壓植骨技術(shù)的由來及骨缺損處理

1.1技術(shù)由來Hastings等[2]在1975年使用患者自體骨塊填充結(jié)合骨水泥修復(fù)了36例類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者髖臼側(cè)缺損，但他并沒有對移植骨進(jìn)行打壓。Slooff等[3]在1979年首次通過打壓取自患者自體髂骨骨顆粒加用彎曲的金屬網(wǎng)的方法修復(fù)了43例髖臼側(cè)骨缺損，恢復(fù)了髖臼的連續(xù)性和完整性，并于1984年報(bào)道了這項(xiàng)技術(shù)的早期臨床效果，并將這項(xiàng)技術(shù)命名為打壓植骨技術(shù)(impaction bone-grafting，IBG)，如今這項(xiàng)技術(shù)已在臨床應(yīng)用長達(dá)40年之久，取得了令人滿意的臨床效果。

1.2髖臼側(cè)骨缺損分型及處理目前常用美國骨科醫(yī)師協(xié)會(AAOS)對髖臼側(cè)缺損進(jìn)行評價(jià)，將髖臼側(cè)骨缺損分為5型：Ⅰ型腔隙性骨缺損，Ⅱ型節(jié)段性骨缺損，Ⅲ型混合型(腔隙性和節(jié)段性骨缺損共存)，Ⅳ型骨盆不連續(xù)型骨缺損，Ⅴ型骨盆融合型骨缺損。髖臼重建旨在恢復(fù)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心、獲得假體穩(wěn)定性、恢復(fù)髖臼穩(wěn)定性和連續(xù)性。修復(fù)髖關(guān)節(jié)缺損的方法有很多，骨水泥填充法，雖然能填補(bǔ)較輕骨缺損，但是長期效果的獲得依賴于松質(zhì)骨與骨水泥之間的微鎖結(jié)合，翻修術(shù)中髖臼側(cè)硬化的骨質(zhì)嚴(yán)重影響骨水泥與松質(zhì)骨的連接；異體骨結(jié)構(gòu)植骨聯(lián)合骨水泥固定髖臼假體雖然近期效果令人滿意，但是受限于移植骨與宿主骨長入緩慢、力學(xué)特性變化較大等原因長期效果較差；微孔涂層巨大髖臼通常要求后主完整、宿主骨接觸面積大于50%，中期效果已得到滿意結(jié)果，但是由于骨量未得到恢復(fù)，因此對于可能存在對巨大髖臼翻修的患者不利。Slooff等[3]使用的異體顆粒骨打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯的方法有效填補(bǔ)了髖臼側(cè)骨缺損，恢復(fù)了骨量，成為AAOS Ⅲ型缺損治療的重要方法。

1.3打壓植骨技術(shù)術(shù)中操作及術(shù)后處理[4]手術(shù)選擇后外側(cè)入路，取出松動的假體，顯露出骨性結(jié)構(gòu)，明確缺損類型和嚴(yán)重程度，使用髖臼挫磨挫硬化的骨性組織。根據(jù)髖臼骨缺損的情況修剪金屬網(wǎng)，覆蓋骨缺損區(qū)域，邊緣性骨缺損使用螺釘將金屬網(wǎng)固定在髖臼周圍骨性結(jié)構(gòu)上，中央性缺損將金屬網(wǎng)固定于臼底，使用2 mm細(xì)鉆在硬化骨上鉆空至鮮血滲出，從而優(yōu)化血管化促進(jìn)移植骨與骨水泥聯(lián)合。選用新鮮深低溫冷凍的同種異體骨股頭為植骨材料，使用咬骨鉗將股骨頭制備成0.7～1.0 cm松質(zhì)骨顆粒置入髖臼中，使用金屬打壓器逐層打壓結(jié)實(shí)恢復(fù)缺損骨量。根據(jù)最后使用髖臼側(cè)打壓器的大小，選擇較打壓器小2 mm的髖臼假體并放置，為骨水泥提供足夠的空間。

術(shù)后使用非甾體類抗炎藥7天防治異位骨化發(fā)生，皮下注射低分子肝素預(yù)防血栓形成6周。術(shù)后6周內(nèi)允許患肢足趾墊底部分負(fù)重，術(shù)后6～12周允許身體50%負(fù)重，術(shù)后3個(gè)月完全負(fù)重練習(xí)。若缺損較小，術(shù)后6周即可完全負(fù)重行走。

2　移植物的選擇與處理

2.1移植物材料在打壓植骨技術(shù)使用之初，填充移植物材料使用的是同種異體松質(zhì)骨[3]，由于松質(zhì)骨具有的開放結(jié)構(gòu)，有利于加快血管化，骨小梁呈現(xiàn)并列結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了成骨細(xì)胞參與的骨重塑階段[5]。然而，有學(xué)者認(rèn)為使用皮質(zhì)骨材料效果更令人滿意，原因在于雖然同種異體皮質(zhì)骨在骨吸收階段強(qiáng)度有所減弱，但是仍強(qiáng)于松質(zhì)骨[6]。在一項(xiàng)50例髖關(guān)節(jié)股骨側(cè)翻修的病例(25例使用同種異體松質(zhì)骨打壓植骨，25例使用同種異體皮質(zhì)骨打壓植骨)的研究中發(fā)現(xiàn)，使用同種異體皮質(zhì)骨打壓植骨的患者在術(shù)后平均隨訪5.2年時(shí)，無論是在疼痛還是假體下沉方面均優(yōu)于使用同種異體松質(zhì)骨打壓植骨組[6]。Subramanian等[7]研究表明，包含股骨頭軟骨和皮質(zhì)骨的股骨頭顆粒用于髖關(guān)節(jié)翻修打壓植骨中，短期隨訪在影響學(xué)和植骨成活率方面，與其他常規(guī)植骨材料相似，同時(shí)相對于單純松質(zhì)骨而言至少可以節(jié)約40%的植骨材料。Brewster等[8]比較了人骨、牛骨和人骨填充羥基磷灰石做為混合移植物的的初始機(jī)械穩(wěn)定性，這些混合的移植物又進(jìn)一步按顆粒大小分級，結(jié)果證實(shí)，相對較大的顆粒和強(qiáng)度高的材料提供了更好的機(jī)械穩(wěn)定性。還有學(xué)者也證實(shí)，在顆粒骨中加入強(qiáng)度更高，剛性更強(qiáng)的材料，如陶瓷顆粒、皮質(zhì)骨等可提高機(jī)械穩(wěn)定性。因此，選擇移植物材料的不單要考慮機(jī)械力學(xué)特性，而且也要考慮生物學(xué)特性。

2.2移植物顆粒大小理想的移植物顆粒尺寸仍無定論，但是研究人員發(fā)現(xiàn)移植物顆粒尺寸對髖臼假體的早期穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用[9]。較大的骨顆?？梢詾轶y臼杯提供更高的穩(wěn)定性，在尸體生物力學(xué)研究中證實(shí)，當(dāng)打壓植骨區(qū)域承受3 000 N壓力負(fù)荷時(shí)，使用平均9.1 mm(8.2～10.0 mm)骨顆粒髖臼杯較平均2.1 mm(1.6～2.6 mm)骨顆粒髖臼杯更穩(wěn)定[10]。較大顆粒的移植骨效果優(yōu)于較小顆粒移植骨另一個(gè)優(yōu)勢在于，較大顆粒移植骨在打壓后具有更多的空隙和更強(qiáng)的滲透性,這有利于新骨的長入移植物顆粒。由于目前制備移植物顆粒的方法主要分手工制作和機(jī)器研磨，有學(xué)者指出手工制作的移植骨顆粒尺寸不均一，加之大移植物顆粒之間的空隙被較小移植物顆粒填塞，增加了每層移植物顆粒的剪切力，而機(jī)器研磨制作的顆粒尺寸均一，不能各層之間的剪切力不如手工制作移植物顆粒。

2.3沖洗作用在早期使用打壓植骨技術(shù)時(shí)，將新鮮深凍異體骨顆粒化后并未做其他處理，F(xiàn)osse等發(fā)現(xiàn)，使用0.9%氯化鈉溶液沖洗后的移植物顆?？梢匀コ竞凸撬杵鸬矫撝饔茫勾驂焊鼮槔喂?，增加了植骨區(qū)域抗剪切力，同時(shí)，更小的移植物顆粒經(jīng)過沖洗后，更多的脂肪和骨髓可以被去除，因此沖洗脫脂作用對植骨區(qū)域抗剪切力影響更顯著[11,12]。

雖然沖洗作用增加了移植物顆粒的機(jī)械性質(zhì)，但是沖洗對生物學(xué)性質(zhì)的影響并無明確。一方面新鮮移植物顆粒中可能含有大量的生長因子，這些生長因子可以促進(jìn)新骨形成；另一方面，新鮮深凍的移植物顆粒中可能還含有大量免疫原性物質(zhì)，導(dǎo)致新骨形成減少。沖洗可以同時(shí)去除對骨長入有利和有害的因子，對同種異體骨顆粒打壓植骨骨長入是有利的，對自體骨顆粒植骨是不利的[13]。因此，在植被顆粒骨之前，對同種異體骨進(jìn)行沖洗脫脂是至關(guān)重要的過程。

2.4打壓緊密程度移植物顆粒的壓密程度主要取決于每次打壓的力度和重復(fù)打壓數(shù)量[8]。有力打壓可以獲得較高初始穩(wěn)定性[14]。但是，Tagil等[15]在對比移植物經(jīng)過打壓和未經(jīng)打壓的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，前者的骨長入距離較后者少30%，這表明打壓移植物對骨傳導(dǎo)機(jī)制的作用是不利的，不利于新骨長入，但是在臨床應(yīng)用中打壓作用仍然利大于弊，因此移植物顆粒性質(zhì)有關(guān)機(jī)械力學(xué)因素與生物因素的相互作用仍需要進(jìn)一步研究?！坝昧Υ驂骸焙凸撬喙嘧⒖梢垣@得良好的穩(wěn)定性[16]，雖然用力打壓可以提高植骨區(qū)域力學(xué)穩(wěn)定性，但是用力打壓增加了術(shù)中骨折的發(fā)生，術(shù)中不適當(dāng)?shù)拇驂嚎稍斐尚g(shù)后假體下沉。因此，打壓的力度不僅需要滿足植骨區(qū)足以承受身體重量，還取決于移植物顆粒的大小、粒性和脂肪含量等性質(zhì)。一些骨科醫(yī)生提出用髖臼挫反轉(zhuǎn)來進(jìn)行打壓，但是測試結(jié)果證實(shí)這些技術(shù)提供的髖臼穩(wěn)定性不足[10]。

3　生物力學(xué)和組織學(xué)變化

3.1生物力學(xué)不正確的進(jìn)行打壓實(shí)際上只是將移植物進(jìn)行壓緊，使兩個(gè)接觸面接觸緊密，而不是移植物互相嵌入。移植物自身就是一種質(zhì)地疏松的特殊材料，打壓植骨技術(shù)既可以起到將移植物壓緊的作用，又能使接觸面互相嵌入，符合了固體力學(xué)原理。然而，在擠壓狀態(tài)下的移植物，其粘彈性和塑性仍然是一個(gè)未知的方面。從力學(xué)角度講，短期初始穩(wěn)定性的獲得來自于使用經(jīng)脫脂后移植物、合理的打壓及骨水泥填充的共同作用，但是這些條件并沒有統(tǒng)一的結(jié)論，其作用是相互的，因此仍需大量關(guān)于這些條件參數(shù)進(jìn)行大量研究。

3.2組織學(xué)打壓植骨術(shù)后效果很大程度上取決于移植物與宿主骨之間的融合情況。移植骨在體內(nèi)經(jīng)過炎性反應(yīng)、再血管化、骨誘導(dǎo)、骨傳導(dǎo)和重塑階段最終形成新骨。移植物的骨長入主要受骨誘導(dǎo)、骨傳導(dǎo)和機(jī)械負(fù)荷機(jī)制的影響。移植物材料的顆粒性結(jié)構(gòu)增加了移植物與宿主、假體的接觸面積，并能釋放許多生長因子如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)、成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)、胰島素樣生長因子(IGF)和血小板衍生生長因子(PDGF)等，誘導(dǎo)新骨形成。經(jīng)過打壓后的移植物結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且可被吸收，誘發(fā)骨傳導(dǎo)機(jī)制，為新生血管和新生骨從宿主骨向移植骨長入提供了可靠的支架。移植物具有的彈性在承受機(jī)械負(fù)荷時(shí)可引起形變促進(jìn)新骨形成。移植物重塑對假體穩(wěn)定性的影響仍不明確，盡管許多患者獲得了滿意的效果，但是大量的移植骨并未發(fā)生重構(gòu)[17]。組織學(xué)發(fā)現(xiàn)在壞死的骨小梁周圍存在大量纖維組織包繞，這些纖維組織為骨水泥假體及移植物提供了良好的穩(wěn)定性，因此移植物完全重塑對打壓植骨臨床效果的影響不明確。

4　髖臼假體類型的選擇

髖臼側(cè)翻修時(shí)選擇骨水泥型假體還是非骨水泥型假體目前尚無定論，患者的具體情況仍然是假體選擇的主要參考指標(biāo)。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，生物固定髖臼的假體失敗率低于骨水泥假體，因此目前許多學(xué)者主張選擇非骨水泥髖臼杯重建髖臼。在髖關(guān)節(jié)翻修取出松動的髖臼假體時(shí)，髖臼側(cè)骨床呈硬化表現(xiàn)，應(yīng)用骨水泥型假體固定時(shí)，骨水泥在硬化骨床表面的錨定作用將被大大減弱，易導(dǎo)致假體再次松動發(fā)生。生物型髖臼假體應(yīng)用要求至少50%的假體表面與宿主骨表面緊密接觸，以使足夠的骨長入，從而獲得滿意的初始穩(wěn)定性。但是，在骨缺損嚴(yán)重、骨溶解較大時(shí)，骨水泥型髖臼假體的在髖臼翻修中的地位尤為重要。

5　臨床效果

Slooff首次報(bào)道的使用打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯應(yīng)用于43例髖關(guān)節(jié)翻修患者，術(shù)后2年生存率100%；5.7年生存率在95%，取得了令人滿意的近期效果[5]。后來Slooff等又進(jìn)行了長達(dá)25年隨訪研究，10年、20年生存率分別達(dá)93%、75%，這充分證明打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯用于髖關(guān)節(jié)翻修骨缺損修復(fù)具有良好的長期效果[18],其他學(xué)者也得到了證實(shí)[19]，功能恢復(fù)結(jié)果令人滿意。

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者由于骨質(zhì)較差，不能為髖關(guān)節(jié)翻修提供足夠骨儲備，因此稱為髖關(guān)節(jié)翻修一大挑戰(zhàn)。Schreurs等[20]對35例髖關(guān)節(jié)翻修使用打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯患者進(jìn)行隨訪，效果令人滿意，術(shù)后8年、12年生存率分別達(dá)到85%、80%。

由于年輕患者對生活質(zhì)量和功能活動要求相對較高，年輕患者進(jìn)行人工髖關(guān)節(jié)置換和翻修成為另一大挑戰(zhàn)。有研究證實(shí)這一技術(shù)在年輕患者中無論是初次置換還是翻修中，均取得良好的效果[21]，Busch等[22]對37例手術(shù)時(shí)年齡小于50歲的患者進(jìn)行隨訪，發(fā)現(xiàn)15年、20年、25年生存率分別達(dá)到84%、73%、52%，其中15年、20年生存率仍然令人滿意。

6　未來展望

基于骨移植物在打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯技術(shù)中的的諸多優(yōu)勢及前期大量研究，為今后進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新提供了重要的方向。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)中BMP-7具有促進(jìn)成骨的作用，BMP-7從打壓新鮮深凍股骨頭松質(zhì)骨釋放出來，因此打壓過程本身就能促進(jìn)骨重塑和融合。BMP-7不僅可以促進(jìn)成骨作用，同時(shí)也可以激活破骨細(xì)胞活動。McGee等[23]在山羊股骨側(cè)打壓植骨研究中發(fā)現(xiàn)，在同種異體骨中加入BMP-7組較單純使用同種異體骨組移植骨吸收和假體下沉更明顯，這一結(jié)果出現(xiàn)與BMP-7在所參與的成骨和破骨活動平衡有關(guān)。因此，未來將BMP-7應(yīng)用于臨床仍需大量研究證實(shí)其可行性、有效性和安全性。

組織工程學(xué)：隨著組織工程學(xué)的發(fā)展，骨的組織工程成為未來最有前途和可行性的領(lǐng)域，其供骨量不受限，無供區(qū)損傷，較傳統(tǒng)移植物材料具有多種生物活性和組織相容性?！胺N子細(xì)胞”、生物支架和組織構(gòu)建技術(shù)為未來髖關(guān)節(jié)骨缺損修復(fù)提供了重要的技術(shù)支持。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)、脂肪源性干細(xì)胞(ADSCs)等具有在體外培養(yǎng)一定向分化成骨細(xì)胞，置入體內(nèi)后能適應(yīng)供區(qū)環(huán)境并保持成骨活性的能力，在未來可為修復(fù)髖關(guān)節(jié)翻修中骨缺損提供種子細(xì)胞。研究表明同種異體骨中加入BMSCs打壓植骨后，BMSCs在體內(nèi)繼續(xù)增殖、分化，增加了移植物之間的聚合能力和剪切力[24]。膠原、纖維蛋白、高分子聚合物、海藻酸鈣凝膠載體、幾丁質(zhì)、生物陶瓷等是目前主要用于生物支架的生物材料。雖然打壓植骨技術(shù)應(yīng)用已達(dá)40年，但組織工程學(xué)的發(fā)展為打壓植骨技術(shù)提供了一種新穎的方法，進(jìn)一步深化了打壓植骨技術(shù)新的研究領(lǐng)域。

綜上所述，長期的臨床效果證實(shí)，使用顆粒骨打壓植骨聯(lián)合骨水泥髖臼杯重建髖臼側(cè)骨缺損的方法是一項(xiàng)非常有效的方法，不僅能獲得假體的長期穩(wěn)定性，而且能顯著促進(jìn)新生骨長入，恢復(fù)缺損區(qū)域的骨量從而增加骨儲備。未來組織工程學(xué)的發(fā)展也必將未這一經(jīng)典的技術(shù)注入新的血液，成為廣大亟待接受關(guān)節(jié)翻修患者的福音。

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050051石家莊市,河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院關(guān)節(jié)二科

高石軍，050051石家莊市,河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院關(guān)節(jié)二科；E-mail：shijungao2015@yahoo.com

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1002-7386(2016)21-3335-04

2016-03-11)