双动杯髋关节在临床中应用的研究进展

曾飞周春奎黄华健赖钟鸣李松建*陈昌盛

（1.南方医科大学珠江医院骨科中心，广州510220；2.深圳清华大学研究院生物医用材料及植入器械重点实验室，广东深圳518057）

关节不稳是导致髋关节置换术后早期和晚期翻修的最主要原因之一。据报道，在初次手术后髋关节不稳定的发生率为0.2%～7%[1]，而翻修手术后的不稳发生率则更高，再脱位的概率高达20%～40%[2-4]。另外，对于小儿麻痹后遗症、脑瘫、臀中肌损伤等髋部肌肉力量失衡的患者，或年轻、运动量大的患者，髋关节置换术后的脱位率更高[5]。双动杯髋关节（du⁃al mobility cup socket,DMC）是由法国Bousquet教授设计的一款仿生全髋关节假体，旨在提高髋关节置换术后的稳定性，降低关节脱位的发生率[6]。该假体利用双关节面模型和假体的高抛光技术，将Charnley的低摩擦原则和MacKee的大头原则结合在一起，在临床应用中具有诸多的优势。但也因假体的特殊设计，导致了其固有的缺陷。

1 双动杯髋关节假体的演进史

20世纪70年代，Bousquet教授和他的工程师Rambert提出了这样一个理念：将能提高假体远期生存率的低摩擦原理和能增加假体稳定性的大直径头原则结合，从而降低髋关节置换术后的脱位率。基于此，1976年Bousquet的第一代双动杯全髋关节诞生，该关节假体将两个关节面轴向偶联，其中大关节面位于臼杯金属内表面与聚乙烯内衬之间，小关节面位于聚乙烯内衬和金属头之间。整套假体由金属臼杯、可动聚乙烯内衬、股骨小头假体、股骨颈假体组合而成，使用不锈钢臼杯、氧化铝涂层、压配式和三脚架固定系统（图1）。该假体的广泛应用使法国髋关节置换术后的整体脱位率从9%降至6%[6]。1986年，Bousquet等[8]的随访研究显示，使用DMC假体行髋关节翻修术后2～5年随访的脱位率仅为2.8%，远低于普通假体。Boyer等[9]进行的240例使用DMC假体行初次髋关节置换术后22年随访研究显示，无一例发生关节脱位。但这一代假体存在髋臼松动和内衬磨损的风险，随访结果显示，DMC假体术后22年的假体存活率为74%，而11年的臼杯无菌性松动发生率为8.3%[9]。其主要原因是臼杯三脚架固定系统的稳定性存在不足，且不锈钢臼杯的骨整合能力相对较差，使得髋臼容易发生无菌性松动。另外，股骨颈金属假体与聚乙烯内衬的外缘易发生撞击，导致内衬和股骨颈假体的磨损，也增加了无菌性松动的可能。为了增加髋臼固定的稳定性，Bousquet在1979年设计了一款新的非骨水泥型的臼杯（图1）。沿用Charnley的三点固定理论，将臼杯的边缘增加了1颗高位长固定螺钉，2颗低位锚钉[7]，相对第一代假体具有更好的臼杯稳定性。而现代的DMC假体（图1）设计有了进一步的优化，臼杯使用钛合金材料、羟基磷灰石表面涂层，具有良好的骨诱导和骨整合能力，内衬使用高交联聚乙烯内衬，两个活动关节面的金属面及股骨颈假体均经过高抛光处理，以减少假体的磨损，降低无菌性松动的发生率。

图1 三代双动髋关节假体

2 双动杯髋关节临床应用的优势

双动杯髋关节缘于其独特的双关节面和大直径头设计，具有较高的稳定性和较好的关节活动度，经DMC髋关节置换的患者术后功能评分高、总体远期假体生存率高、脱位率低。在髋臼周围肿瘤切除术后关节重建[10]、反复脱位的髋关节翻修[11]、偏瘫[12]、运动量相对大的年轻患者[5]中的应用具有很大优势。

2.1 低脱位率

假体脱位是髋关节置换术后的主要并发症之一，往往导致关节重建的失败。特别对于髋关节翻修或髋部肌力失衡的患者，其假体脱位的发生率更高。临床上常使用限制性内衬、大直径头或双动杯假体来增加髋关节置换术后的关节稳定性[13]，降低假体脱位率。第一款限制性内衬通过耳状缘将假体头半包裹，并在内衬的外层嵌合相匹配的金属臼杯，限制假体头的滑进滑出，起到防脱位的作用。第二款限制型假体是一种嵌套式的三动假体，通过在内衬的边缘安装锁定环来增加其稳定性。但是限制性内衬的使用却造成了髋关节活动受限和很高的假体颈/臼杯撞击率，其关节功能恢复不佳，假体磨损快，中远期并发症多[14]。而增加假体头的直径虽然可以增加关节的稳定性，但大径头假体的聚乙烯内衬厚度却相应减小，其缓冲作用降低，导致假体的内应力和磨损体积增加，从而引起机械故障增加[13,16]。DMC髋关节假体的内衬内外表面皆是活动面，故可将内衬视为假体头的一部分，这大大增加了假体的实际头/颈比，从而增加了假体的稳定性[15]。另外，DMC髋关节的假体头的直径略大于内衬的出口直径，起到半限制性的作用，防止脱位的发生[15]。Terrier等[16]经有限元力学对比分析结果也证实了DMC髋关节的高稳定性和更大的关节活动度。

在长期的临床随访中发现，DMC髋关节在初次髋关节置换的应用中具有较低的脱位率。Combes等[17]回顾性分析了2480例DMC髋关节假体初次置换术后的随访情况，平均随访时间为7年，结果显示假体的总体脱位率为0.88%，其中大关节面脱位占0.6%，假体内小关节脱位占0.28%。在Philippot等[18]的384例DMC髋关节假体初次置换术后的15.3年的随访中，无一例发生假体脱位。而传统的单动杯全髋关节置换术后5～10年随访的脱位率为1.8%～2.9%[19,20]，高于DMC髋关节假体。

在髋关节翻修的应用中，DMC髋关节假体也同样具有相对较低脱位率。一般行髋关节翻修的患者，髋关节多存在不稳定因素，如肌肉力量失衡、骨质疏松、骨吸收或缺损，其发生再脱位的概率较高。据统计，使用标准臼杯行髋关节翻修术后的脱位率为5.1%～14.4%[21,22]。Langlais等[23]随访了88例DMC假体翻修髋的术后2～5年的并发症情况，其中1例（1.1%）在术后2年发生了创伤性脱位。Bruggemann等[24]对比分析了DMC髋假体和标准臼杯假体全髋置换术后的并发症情况，两组的样本量分别为69例和115例，术后关节脱位的例数分别为0和11。由此可见，在髋关节翻修中DMC髋关节假体具有更好的稳定性。

另外，髋关节假体在一些特殊的患者中也具有较好的适应性。Carulli等[11]统计了31例因髋关节初次置换术后复发性脱位DMC假体置换术后3.8年的随访情况，结果无关节再脱位的发生，其HHS评分也由62.2分上升至76.0分。Henawy等[12]回顾性分析了24例持续性偏瘫的患者行DMC髋关节置换术后1年的随访情况，结果显示91.6%患者的髋关节功能恢复良好，无假体脱位的发生。而对于年轻的患者，由于其活动量和强度比较大，发生脱位的可能性大。Pu⁃ch等[5]对比分析了小于55岁和大于55岁行DMC髋关节置换术患者的术后功能恢复和并发症的发生情况，结果显示两组患者术后的HHS评分、PMA评分与术前相比均得到很大的提高，且小于55岁和大于55岁患者的术后情况无明显差异；8～15年的随访结果显示，两组中均无脱位病例。说明DMC假体也可适用于年轻患者，并具有良好的临床疗效。

2.2 良好的关节功能

DMC髋关节假体具有两个活动的关节面，髋关节的屈曲、外展、内旋、外旋等活动首先由小关节面（假体头/内衬）的运动实现，当小关节面的运动度达到最大时，再带动大关节面（臼杯/内衬）的运动，两个关节的组合使髋关节具有更大的活动度[25]。Terrier等[16]经有限元力学分布和运动分析显示：DM-22的半脱位旋转角和脱位旋转角分别为77°和78°，大于CS-22（60°,67°）、SD-22（57°,62°）和SD-32（69°,72°），证明DMC假体的安全活动范围要大于限制性内衬假体、标准假体和大直径头假体。正常的髋关节的活动度为屈曲/伸长可达到124°，外展/内收28°，内/外旋转达33°；与传统假体相比，DMC假体可增加屈曲30.5°、外展15.4°、外旋转22.4°[26]。更大的关节安全活动范围更利于术后的功能锻炼和早期康复，可取得更好的临床疗效。Puch等[5]的回顾性分析结果显示，DMC髋关节假体在小于55岁和大于55岁患者中的应用都能取得显著的临床疗效，术后的HHS和PMA评分都大大提高，恢复轻体力劳动、甚至重体力劳动的患者比例大大增加。Kavcic等[27]的174例患者行DMC髋关节置换术后7.7年的最近一次髋关节功能评估显示，患者的髋关节功能HHS评分由术前的31.6分提高到了84.5分。Philippot等[28]分析了131例小于55岁患者行DMC髋关节置换术后20多年的随访情况，最新一次的髋关节功能评估显示，患者的HHS为85.1分，远高于术前的48.3分，证明DMC假体在远期仍能保持良好的关节功能。

2.3 较高的假体生存率

缘于双动杯髋关节假体的独特设计，赋予其低摩擦、低脱位率、大活动度等诸多优势。也正因为这些优点，使DMC假体具有较高的生存率。髋关节假体中的金标准Charnley LFA，10年生存率为99%[29]，13.5年的生存率为96.9%[30]；而经典金属/聚乙烯内衬的非水泥型假体的10年生存率约为88%[31]。陶瓷对陶瓷假体的10年生存率在91%～96.5%[5]。DMC适用于各类不稳定型髋关节置换或翻修，并且生存率较高。对于第一代Bousquet假体，在反复脱位的髋关节翻修术后，DMC的10年生存率为86.1%[32]，Puch等[5]随访研究显示其20年的生存率为77%，Boyer等[9]的随访结果显示22年生存率为74%。新一代的DMC假体进行了优化，减少了假体磨损，增加了假体稳定性，其远期生存率得到很大提高。多项回顾性研究显示，新一代DMC假体在初次髋关节置换术后的10年内生存率接近100%[27,33]，而18年生存率可达95.9%[26]。对于小于55岁的年轻患者，Martz等[34]、Assi等[35]的研究结果显示其10年生存率可达100%。故总体而言，对比其他类型髋关节假体，第一代Bousquet假体的远期生存率并无明显优势，但新一代DMC髋关节假体具有很高的中远期生存率。

3 双动杯髋关节存在的问题

双动杯髋关节在欧洲国家已经使用了40多年，缘于其术后的低脱位率、良好的临床疗效和较高的远期生存率，逐渐受到各国的青睐，近些年在世界范围内也越来越盛行。但因为DMC假体的特殊结构设计、独特的活动机制，使其也存在一些难以避免的并发症，如关节内脱位、假体磨损等，这在第一代Bous⁃quet假体的使用中表现的尤为明显。

3.1 假体内脱位

双动杯髋关节的稳定性高、脱位率低，但基于假体的结构特征，存在一种特殊的并发症，即假体内脱位(intraprosthetic dislocation,IPD)：假体头从聚乙烯内衬中脱出，但未脱出臼杯，表现为假体内的结构错位紊乱。IPD患者的临床表现通常不具有特征性，仅从X线片可显示股骨假体颈部处在偏心位置。Philippot等[36]根据影像学和术中所见特征将IPD分为3型，Ⅰ型：IPD继发内衬锁定边缘磨损，无关节纤维化或杯松动的临床证据；Ⅱ型：IPD继发于假体周围组织病变（纤维纤维化或异位骨化），这些病变阻碍了关节活动，加速了内衬锁定缘的磨损；Ⅲ型：IPD继发于臼杯松动，臼杯松动加快了内衬锁定缘的磨损，这些病例的IPD发生相对较晚。一般来说，IPD可发生在术后的任何时期，但欧洲国家的长期临床经验显示IPD主要发生在DMC假体置换的远期患者，发生率2%～5%[37,38]。

IPD的发生机制是颈假体与内衬的出口边缘长期反复地撞击和摩擦，导致内衬锁定缘的体积损失与股骨头假体的锁定机制失败，于是股骨头假体可在一定的体位从内衬脱出，造成假体内脱位[39]。而内衬锁定缘的磨损主要与假体颈的形状、直径及表面抛光程度有关。其中凹陷型的假体颈设计和较小的假体颈直径可以减轻颈与内衬锁定缘的撞击，高表面抛光假体颈能有效降低颈与内衬锁定缘的摩擦强度[40]。经1282例DMC髋关节置换数据的研究发现，89例需要翻修的患者中，粗糙颈假体与抛光颈假体的翻修比例为9.2%∶4.5%，证明假体颈表面抛光度对假体的磨损有一定的影响[40]。另外，内衬自身的物理属性也影响其磨损的速度，高交联聚乙烯内衬可以降低内衬的磨损率[41]。故新一代的DMC假体采用了特殊凹陷设计、高抛光假体颈，结合高交联的聚乙烯内衬，减少内衬锁定缘的磨损，从而减少假体内脱位的发生率。

3.2 假体磨损

双动杯髋关节假体有两个关节面，即四个磨损面，包括臼杯内表面、聚乙烯内衬外表面和内表面、假体头的表面。与传统的非双动杯髋关节假体相比，DMC假体的摩擦面积增大，可能会造成更多的假体磨损。Laura等[42]对DMC假体的磨损机制进行了详尽的分析，将DMC磨损模型分为四种。模型1：磨损发生在两个接触的承重面之间，这类磨损是假体活动过程中必定会发生的；模型2：磨损发生在承重面和非承重面之间，如当头假体脱位时擦过臼杯的边缘，这类磨损会导致假体严重损坏和早期失败；模型3：承重关节面之间存在颗粒或碎片，加重模型1的磨损；模型4：负重时彼此移动的两个非承载表面之间发生，例如假体颈/与内衬边缘的撞击，产生的碎片可能导致局部溶骨性反应或金属沉积症。而Boyer等[43]进行的DMC长期磨损分析显示DMC内衬的磨损速率并非很快，约为每年37 mm3，其中上表面约每年12 mm3，下表面约每年25 mm3。而具有金标准之称的Charnley全髋假体的金属面/聚乙烯面的磨损速率为每年39～98 mm3[44]，DMC假体的磨损速率还略慢于Charnley全髋假体。Gaudin等[40]的假体磨损模拟实验也显示，DMC假体聚乙烯内衬的总磨损率与传统单动假体磨损率相当，前者约为每100万圈18.7 mg，后者约为每100万圈18.3 mg，且二者的磨损曲线相似。因此，我们可以发现DMC假体的磨损总速率并未因关节面积的增大而增加。然而，由于DMC假体的特殊活动机制和结构设计，使得假体颈/内衬缘反复撞击，导致聚乙烯内衬锁定缘的磨损率相对较大，这也是引起假体内脱位、假体周围骨溶解等并发症的主要原因。

综上所述，DMC髋关节是一款融合了低摩擦原则和大头原则的高稳定性假体，具有脱位率低、术后关节活动度大、中远期假体生存率高等诸多优势。但其特殊的结构设计使其容易发生假体颈/内衬锁定缘的撞击、内衬缘的磨损，从而导致假体内脱位的发生。新一代假体通过改良假体颈的设计，并使用高交联聚乙烯内衬，减少了聚乙烯内衬锁定缘磨损的发生。DMC髋关节在2010年之前主要在法国等欧洲国家使用，而近几年已经在加拿大、美国、澳大利亚以及部分亚洲国家开始流行。介于其诸多的机械学、功能学优势，DMC髋关节具有广阔的应用前景。