人工髖關(guān)節(jié)股骨柄假體斷裂的研究進(jìn)展

俞樂滔 鐘瀅 杜文喜

近年來，人工髖關(guān)節(jié)置換技術(shù)得到快速發(fā)展，在股骨頭壞死、先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良和髖部骨折的治療上取得了良好的效果［1］。股骨柄假體斷裂是人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的一種并發(fā)癥，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)和冶金技術(shù)的進(jìn)步，該并發(fā)癥的發(fā)生率逐漸降低。與不銹鋼材料相較，高強(qiáng)度鈦或鈷鉻鉬合金制成的股骨柄假體很少發(fā)生斷裂［2-3］。盡管如此，由于部分患者植入假體時(shí)間較早，股骨柄設(shè)計(jì)工藝和假體植入技術(shù)存在差異，股骨柄假體斷裂的翻修手術(shù)目前仍然是一大挑戰(zhàn)。該文就股骨柄假體斷裂的流行病學(xué)、風(fēng)險(xiǎn)因素及處理對(duì)策的研究進(jìn)展作一綜述。

1 流行病學(xué)

1970年，MULLER等首次報(bào)告了水泥型股骨柄假體斷裂，分析斷裂的原因可能是股骨柄假體近端骨水泥松動(dòng)而遠(yuǎn)端固定良好，股骨轉(zhuǎn)子下的股骨柄上存在懸臂彎曲力而造成股骨柄假體斷裂［4］。在第一代鍛造不銹鋼或鑄造鈷鉻股骨柄用于人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)，股骨柄斷裂是常見的并發(fā)癥，發(fā)生率為0.23%～11%［5］。隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，股骨柄斷裂的發(fā)生率逐漸降低。英格蘭、威爾士和北愛爾蘭國(guó)家關(guān)節(jié)登記處第15次年度報(bào)告顯示，自2003年以來近100萬(wàn)例髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中每一千個(gè)患者每年股骨柄假體斷裂發(fā)生率為0.16［6］。

2 影響股骨柄斷裂的因素

一項(xiàng)有限元分析顯示，人工髖關(guān)節(jié)在正常生理環(huán)境下由于假體柄的等效應(yīng)力分布，易發(fā)生疲勞破壞的位置為假體頸、假體柄中下部［7］。股骨柄假體斷裂可能由以下一種或多種原因共同作用導(dǎo)致［8-9］：（1）患者體重大和高水平的活動(dòng)；（2）近端骨支撐或固定不佳；（3）假體放置位置不佳；（4）應(yīng)力遮擋存在；（5）股骨柄自身存在設(shè)計(jì)或加工工藝缺陷。

2.1 體重和活動(dòng) 在多數(shù)斷裂案例報(bào)道中，體重超重經(jīng)常被提及［10-12］，股骨柄假體斷裂患者的身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）往往超過25 kg/m2。有研究指出，高強(qiáng)度的活動(dòng)會(huì)增加股骨柄假體的斷裂風(fēng)險(xiǎn)，人工髖關(guān)節(jié)術(shù)后患者的體力勞動(dòng)應(yīng)限制在中等強(qiáng)度以內(nèi)，同時(shí)應(yīng)避免影響假體穩(wěn)定性的活動(dòng)［13-15］。

2.2 近端支撐不足 斷柄的發(fā)生與股骨柄的固定不佳和近端骨支撐不足有關(guān)，尤其是在股骨柄遠(yuǎn)端固定良好而近端缺少骨支撐時(shí)，極易發(fā)生斷柄［16］，這是由于近端骨水泥過載和松動(dòng)造成柄部承受懸臂梁彎曲而疲勞斷裂［17］。YATES等［18］報(bào)道，股骨近端內(nèi)側(cè)骨水泥鞘填充不足會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端骨水泥嚴(yán)重超負(fù)荷受力、近端支撐喪失、懸臂彎曲、骨水泥鞘斷裂等問題。

2.3 假體放置位置不佳 手術(shù)操作也是股骨柄假體斷裂的危險(xiǎn)因素，股骨柄內(nèi)翻放置會(huì)導(dǎo)致張力和彎曲力矩增加［19］，使假體極易發(fā)生斷裂。

2.4 應(yīng)力遮擋 在正常情況下，假體承受的生理載荷來自于彎曲和壓縮。假體內(nèi)的彎應(yīng)力十分具有侵害性，彎曲在外側(cè)產(chǎn)生張應(yīng)力，進(jìn)而會(huì)造成延伸性裂痕，甚至造成假體斷裂。股骨柄假體斷裂最常見的部位在近端上1/3處，這是由于缺少骨或者骨水泥的支持，股骨頭上傳遞下來的壓力主要集中在假體的局部位置。由于是局部受力，股骨柄假體的其他大部分位置未與骨或者骨水泥相對(duì)抗，出現(xiàn)應(yīng)力集中，假體柄的頸部及中下部有接觸區(qū)域的彎矩和應(yīng)力小于假體內(nèi)產(chǎn)生的彎矩和應(yīng)力，因此假體外側(cè)承受了較大的張應(yīng)力導(dǎo)致金屬疲勞，進(jìn)而可能會(huì)出現(xiàn)柄斷裂［7，20-21］。

2.5 工藝缺陷 人工髖關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)使用壽命一般約20年，在生理環(huán)境中產(chǎn)生的縫隙腐蝕、摩擦腐蝕、疲勞腐蝕破裂等因素常導(dǎo)致股骨柄假體在遠(yuǎn)未超過其使用壽命情況下發(fā)生疲勞斷裂［22］。也有研究將股骨柄斷裂歸因于激光蝕刻、表面損傷、假體設(shè)計(jì)缺陷、材料微觀結(jié)構(gòu)或機(jī)械加工導(dǎo)致的應(yīng)力上升［18］。

3 分型

絕大多數(shù)股骨柄假體斷裂伴隨著股骨假體周圍骨折，隨著對(duì)股骨假體周圍骨折分型和治療研究的不斷深入，研究者逐漸重視股骨柄假體斷裂這一問題。溫哥華分類系統(tǒng)（Vancouver classification system，VCS）是被普遍接受和最常使用的股骨假體周圍骨折分型［23］，它側(cè)重于骨折相對(duì)于柄的位置、假體的穩(wěn)定性以及相關(guān)的骨丟失。VCS有3個(gè)類型：（1）A型： 骨折位于股骨大轉(zhuǎn)子及小轉(zhuǎn)子之間。（2）B型：松動(dòng)的柄周圍或下方骨折，但近端骨質(zhì)良好（B1）；骨折位于固定良好的柄周圍或正下方（B2）；松動(dòng)柄周圍或下方骨折，近端骨量差（B3）。（3）C型：骨折明顯發(fā)生在股骨干的遠(yuǎn)端。VCS已經(jīng)證明為一種可靠且有效的分型方案，但還需要改進(jìn)，因?yàn)樗鼘?duì)于某些骨折類型不能分類［24］。DUNCAN和HADDAD引入統(tǒng)一分類系統(tǒng)（unified classification system，UCS）對(duì)VCS進(jìn)行了更新和擴(kuò)展，并將治療原則應(yīng)用于所有股骨周圍假體骨折中［25］。其中，擴(kuò)展了兩種新的骨折類型，D型為髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨骨折，E型為髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后髖臼和股骨均發(fā)生骨折。HUANG等［26］對(duì)UCS進(jìn)行了改良，首次將股骨柄假體斷裂這個(gè)問題引入到假體周圍骨折的分型中，改良分型將股骨假體周圍骨折分為單純股骨假體周圍骨折（fracture alone，F(xiàn)A）和單純股骨柄假體斷裂或股骨柄假體斷裂伴假體周圍骨折（femoral & stem fracture，F(xiàn)S）兩型。新增的FS分為4個(gè)亞型，包括單純股骨柄假體斷裂（FSO）；骨折發(fā)生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端固定穩(wěn)定（FS1）；骨折發(fā)生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端松動(dòng)，周圍骨質(zhì)良好（FS2）；骨折發(fā)生在股骨柄假體周圍或者下方，伴有股骨柄假體斷裂，股骨柄假體近端松動(dòng)，骨床質(zhì)量差（FS3）。改良分型提出，股骨柄假體斷裂都應(yīng)該進(jìn)行翻修手術(shù)治療。據(jù)研究報(bào)道，這一涉及股骨柄假體斷裂的改良UCS具有較高可信度和有效性［27］，對(duì)臨床診治具有重要意義，降低了由于無(wú)法正確分類而導(dǎo)致早期治療方法選擇錯(cuò)誤的可能性，為臨床上股骨柄假體斷裂的診治提供了依據(jù)和指導(dǎo)。

4 手術(shù)治療

股骨柄假體斷裂的治療對(duì)于骨科醫(yī)生是一個(gè)挑戰(zhàn)。股骨柄假體斷裂的翻修手術(shù)往往比較困難，術(shù)中處理稍有不慎，可能嚴(yán)重?fù)p害患者的關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量。骨科醫(yī)生通常首先要考慮假體斷裂和假體周圍骨折的位置，分析假體的穩(wěn)定性，同時(shí)還要考慮宿主骨質(zhì)情況。此外，還應(yīng)考慮患者的年齡、一般狀況、功能需求以及經(jīng)濟(jì)狀況。因此，根據(jù)合理的治療原則為患者提供個(gè)性化的治療，是獲得理想預(yù)后的關(guān)鍵［26］。

4.1 鉆孔法提取遠(yuǎn)端斷柄 該技術(shù)最初由WROBLEWSKI等［28］在1979年提出，去除斷裂股骨柄的近端部分后，在遠(yuǎn)端部分上鉆一個(gè)孔，以螺紋連接到一擊錘型的提取設(shè)備上，然后從水泥鞘中提取遠(yuǎn)端斷柄。HARRIS等［29］改良了提取設(shè)備和遠(yuǎn)端斷柄的連接方式，使用一種楔形裝置代替了螺紋連接，通過這個(gè)技術(shù)可以避免一些并發(fā)癥，如股骨穿孔和骨折。目前，由于假體材料技術(shù)的發(fā)展，鉆孔法提取遠(yuǎn)端斷柄已越來越困難，逐漸不再適用。

4.2 骨皮質(zhì)開窗技術(shù) 該技術(shù)最初由MORELAND等［30］在1981年提出，首先在股骨皮質(zhì)上創(chuàng)建一個(gè)狹窄、縱向的前皮質(zhì)槽，然后使用硬質(zhì)合金沖頭在斷裂的股骨柄上制造一個(gè)凹點(diǎn)，并將其驅(qū)動(dòng)到可以取出的近端位置。AKRAWI等［31］又提出了一種更為簡(jiǎn)單的開窗技術(shù)，使用一種窄小的截骨刀，沿股骨近端長(zhǎng)軸在后方皮質(zhì)開一個(gè)1 cm × 2 cm的小矩形窗，在移除皮質(zhì)窗后使用鎢鉆頭在遠(yuǎn)端斷柄上鉆孔并形成一個(gè)凹點(diǎn)，使用Charnley針頂住遠(yuǎn)端斷柄，逆行錘擊直到成功將其拔出，最后用鋼纜固定復(fù)位的皮質(zhì)窗。與傳統(tǒng)骨皮質(zhì)開窗技術(shù)相較，這一技術(shù)擴(kuò)大了開窗的范圍，具有保留骨水泥鞘、使用碳化鎢鉆頭和Charnley針取遠(yuǎn)端斷柄更簡(jiǎn)便且效率高、避免了必須使用長(zhǎng)翻修股骨柄假體繞過皮質(zhì)窗等幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因此可以選擇標(biāo)準(zhǔn)股骨柄。

4.3 延長(zhǎng)轉(zhuǎn)子截骨術(shù)（extended trochanteric osteotomy，ETO） 當(dāng)骨皮質(zhì)開窗取柄失敗時(shí)，可以選擇轉(zhuǎn)而行ETO。YOUNGER等［32］在1995年推廣了ETO技術(shù)，并主張?jiān)诜奘中g(shù)中使用ETO。WRONKA等［33］詳細(xì)描述了ETO技術(shù)，ETO的截取長(zhǎng)度應(yīng)該由待修復(fù)的假體、溶骨性病變的存在和大小、股骨峽部的位置和質(zhì)量以及骨水泥的存在來決定；患者處于側(cè)臥位時(shí)，暴露髖關(guān)節(jié)，沿大轉(zhuǎn)子后緣和股外側(cè)肌后筋膜向遠(yuǎn)端延伸后入路，將切口延伸至術(shù)前計(jì)劃的截骨水平；沿著股骨后外側(cè)暴露的邊緣進(jìn)行截骨，截骨延伸到預(yù)定的截骨水平；用擺鋸將遠(yuǎn)端橫切至股骨柄假體水平位置，然后從遠(yuǎn)側(cè)至近側(cè)切除前外側(cè)皮質(zhì)，最后將斷柄取出。該技術(shù)具有暴露范圍廣、髖臼暴露充分、矯正股骨近端內(nèi)翻畸形、股骨柄假體及骨水泥取出安全、防止股骨管穿透、避免了術(shù)中骨折等醫(yī)源性損傷的優(yōu)點(diǎn)［34］。

4.4 不去除固定良好的斷柄翻修方法 對(duì)于固定良好而近端松動(dòng)造成的股骨柄斷裂，2013年CITAK等［35］使用了一種插入式假體，在翻修手術(shù)中首先取出松動(dòng)的近端斷柄，將該假體由鈷鉻鉬合金制成的套筒部分與原假體固定良好的遠(yuǎn)端假體連接，骨水泥增強(qiáng)，允許患者術(shù)后負(fù)重，6年隨訪患者平均HHS為 69.9 分。術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為47.8%，機(jī)械故障率21.7%［36］。為了降低并發(fā)癥，GRAULICH等［37］提出了一種新的方法，設(shè)計(jì)了一種新型的鈦合金管，首先通過進(jìn)行股骨遠(yuǎn)端環(huán)狀截骨術(shù)，截取的長(zhǎng)度與鈦合金管的長(zhǎng)度相一致，并將其固定在斷裂的股骨柄上，以保留遠(yuǎn)端固定良好的部件，再將它和新的近端部件相連接。股骨柄斷裂患者手術(shù)翻修后的主要問題是骨量的減少，通過該方法可避免ETO術(shù)中出現(xiàn)的骨丟失。此外，還可以避免因骨丟失導(dǎo)致肌肉功能喪失等軟組織并發(fā)癥。但每一個(gè)獨(dú)特的斷裂股骨柄均需定制一個(gè)單獨(dú)的連接裝置，故這項(xiàng)技術(shù)很難成為一個(gè)通用的解決方案。

5 小結(jié)

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)和冶金技術(shù)的改進(jìn)，股骨柄假體斷裂的發(fā)生率逐漸降低，已成為人工髖關(guān)節(jié)手術(shù)的罕見并發(fā)癥，臨床上認(rèn)為股骨柄假體的斷裂可能與患者體重大和高水平的活動(dòng)、近端骨支撐或固定不佳、假體放置位置不佳、應(yīng)力遮擋存在、股骨柄自身存在設(shè)計(jì)不佳或加工工藝缺陷等相關(guān)。同時(shí)，根據(jù)斷裂位置的不同、是否伴有股骨假體周圍骨折、股骨骨質(zhì)的狀況，股骨柄假體的斷裂可分為FSO、FS1、FS2、FS3。當(dāng)發(fā)生股骨柄斷裂時(shí)，由于現(xiàn)代股骨柄假體材料的發(fā)展，鉆孔技術(shù)進(jìn)入遠(yuǎn)端提取斷柄不太可能成功。皮質(zhì)窗技術(shù)是一種安全可靠的取出斷柄的技術(shù)，最適合用于取出拋光錐形柄，特別是在不計(jì)劃進(jìn)行股骨重建時(shí)，使用環(huán)鉆可以有效地移除較長(zhǎng)、未膠結(jié)的股骨柄。同時(shí)，當(dāng)面對(duì)一些固定良好而近端松動(dòng)造成的斷裂股骨柄，也可以考慮行保留斷柄的方法。最后，當(dāng)其他技術(shù)失敗時(shí)，ETO可能是必要的。