陶对陶人工全髋关节置换中期疗效及血清金属离子浓度变化

丁佳楠，崔维顶

(南京医科大学第一附属医院骨科，江苏 南京 210029)

人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty，THA)被认为是20世纪最成功的手术之一。目前THA最为常见的摩擦界面分别为金属对聚乙烯(metal on poly ethylene，MOPE)、陶瓷对聚乙烯(ceramic on poly ethylene，COPE)、陶瓷对陶瓷(ceramic on ceramic，COC)。而普遍认为COC关节的使用寿命最长。Boutin[1]在1970年报道了全球第1例COCTHA，迄今为止已有40余年历史。目前临床上常用的陶瓷材料有两种，分别为1995年问世的Biolox Forte第三代陶瓷关节，21世纪初问世的Biolox Delta第四代陶瓷关节。Delta相对于Forte具有耐磨性高、碎裂率低等显著的优点，Forte理论磨损率1.84 mm3/106cycles，而Delta仅仅为0.16 mm3/106cycles[2]，因此其临床使用率逐年上升，尤其是在年轻患者的使用上。许多研究已证实金属对金属(metal on metal，MOM)关节释放的钴、铬离子明显升高[3]，并且导致骨溶解、异位骨化、炎性假瘤发病率增加[4]，但对于COC关节释放的铝离子及锆离子对人体是否有害还鲜有研究。目前已有文献报道证实，人体血液中铝离子过高会增加阿尔兹海默症的发病风险[5]。本研究的目的旨在研究COC关节在THA中期疗效及血清中铝离子及锆离子浓度的变化情况。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2010—2014年于我院行COC人工全髋关节置换术的患者。纳入标准：初次置换的(单侧或双侧)，术前肝肾功能正常的患者；排除标准：翻修手术的患者。最终23例患者纳入此次研究，为实验组。同时选取23例年龄、性别相当的正常人作为对照组。两组患者在性别、年龄、身体质量指数(body mass index，BMI)、术前Harris评分等方面比较，差异均无统计学意义(见表1)。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 手术方法 假体采用Link公司生产的生物型髋臼外杯及羟基磷灰石涂层的LCU股骨柄，内衬及股骨头均为Biolox Delta陶瓷。所有手术均由2名经验丰富的关节外科医生完成。所有患者均采用全身麻醉。手术取健侧卧位，采用外侧改良Hardinge入路[6]，不损伤股外侧肌，假体放置前倾角(15±10)°、外展角(40±10)°[7]。术中常规放置引流管1根，根据情况决定是否输血。术后24 h内拔除引流管，引流管拔除后由康复师指导进行常规功能锻练。

1.3 临床疗效对比 实验组患者在末次随访时进行Harris评分，记录有无假体感染、关节脱位、关节异响、假体材料过敏等并发症。拍摄骨盆X线片及手术侧的髋关节正位X线片，比较髋臼假体相邻骨面有无圆形、椭圆形、空泡状透亮线，以确定有无骨溶解的发生。观察有无假体的位移、假体周围骨折、异位骨化等。

1.4 血清铝、锆金属离子浓度 实验组患者在末次随访时抽取静脉血，对照组同时抽取静脉血，一次2管各4 mL用于测量血清铝、锆金属离子浓度，取2管的平均值为最终值。铝、锆金属离子浓度采用电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)进行测定，由南京医科大学公共卫生学院实验平台完成。

1.5 数据处理 采用SPSS软件进行数据处理，临床疗效运用t检验进行数据分析，血清金属离子浓度运用Mann-Whitney U检验进行数据分析，P<0.05时认为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 临床疗效 实验组23例中，股骨颈骨折3例，股骨头坏死14例，发育性髋关节发育不良6例，平均随访时间45.6个月。12例使用≥36 mm陶瓷头，11例使用<36 mm陶瓷头。实验组中除去股骨颈骨折的3例外，余20例的术前Harris评分为(47.6±6.37)分，末次随访时的Harris评分为(95.5±5.16)分，临床疗效上得到明显改善(P<0.05)。

23例中有2例存在关节异响(6.9%)；1例术后发生脱位(3.4%)，麻醉下行手法复位；1例术中损伤坐骨神经，18个月后基本恢复(3.4%)；1例双侧THA术后1周双侧小腿出现红斑，至今未消退，怀疑假体材料过敏可能(见图1～2)。所有患者未发现感染、炎性假瘤、异位骨化等其他并发症。

图1 双髋THA术后1周小腿出现红斑

图2 术后51个月红斑无消退

2.2 血清铝、锆金属离子浓度变化情况 对照组中位铝离子浓度5.47 μg/L，中位锆离子浓度为0.69 μg/L。实验组中位铝离子浓度6.60 μg/L，中位锆离子浓度0.26 μg/L，其中8例铝离子浓度较对照组升高20倍以上，中位铝离子浓度113.49 μg/L，中位锆离子浓度3.90 μg/L，与对照组相比差异有统计学意义(P<0.05)，而这8例全部为≥36 mm陶瓷头；余15例中位离子浓度分别为铝离子5.71 μg/L，锆离子0.30 μg/L，与对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)。使用≥36 mm陶瓷头的12例中位铝离子浓度24.21 μg/L，中位锆离子浓度3.37 μg/L；使用<36 mm陶瓷头的11例中位铝离子浓度4.01 μg/L，中位锆离子浓度0.30 μg/L，两者之间存在统计学差异性(P<0.05)。

3 讨 论

第四代DeltaCOC关节具有耐磨性高、碎裂率低等优点[2]，并且临床效果与经典的COPE关节相当[8]。实验组患者术后末次随访的Harris评分为95.5分，较术前明显改善。所有患者无假体松动、炎性假瘤、异位骨化、深静脉血栓等不良并发症，整体临床效果及临床满意率较好。D’Antonio等[9]长达10年的随访发现，COC的远期生存率高达99.1%。Sentuerk等[10]研究发现，MOM的磨损率为0.005 mm/yr，COPE的磨损率为0.030 mm/yr，因此MOM在早先被推广使用。但随后的研究发现，虽然MOM的磨损率较COPE低，但其发生异位骨化及炎性假瘤的风险明显增加，从而导致手术的失败。而COC的磨损率<0.001 mm/yr，远低于MOM及COPE[11]。本研究中所有患者术后X线无肉眼可见的磨损及假体松动，无一例进行翻修手术。Affatato等[11-13]的体外实验证实，铝和锆的复合物构成的陶瓷假体与单纯铝构成的陶瓷假体在耐磨性能及硬度上相当，但其拉伸性及抗破碎性却好于单纯铝陶瓷，特别是对于28 mm的陶瓷头，单纯铝相对较难完成，而铝和锆的复合物则可以轻松实现。目前的Delta陶瓷关节正是由氧化铝及氧化锆的复合物构成，其中氧化铝约81.6%，氧化锆约17%，因此Delta相对于Forte具有更高的硬度，大大降低了碎裂的风险，Ha等[14]的研究发现，陶瓷头及内衬碎裂率仅仅为0.004%及0.22%。本研究中全部使用Delta陶瓷，无一例出现陶瓷碎裂。

虽然已有研究表明COC关节术后临床效果满意，但目前还鲜有研究报道使用CoC关节的患者体内的金属离子浓度情况。本研究即针对使用COC关节的患者体内的铝离子及锆离子浓度进行探讨。本研究中有8例的铝离子浓度较对照组明显升高，中位铝离子浓度113.49 μg/L，中位锆离子浓度3.90 μg/L，高达对照组的20倍之多。而这8例所使用的COC关节均为≥36 mm的陶瓷头，其中1例患者因髋臼陈旧性骨折而使用了40 mm陶瓷头，其铝离子浓度251.00 μg/L，锆离子浓度3.63 μg/L。使用≥36 mm陶瓷头的12例中位铝离子浓度24.21 μg/L，而使用<36 mm陶瓷头的11例中位铝离子浓度4.01 μg/L，两者之间存在显著差异，而两组之间的BMI及活动量无显著差别，因此我们认为使用≥36 mm的陶瓷头可能会增加铝离子及锆离子的释放。Al-Hajjar等[15]发现，36 mm陶瓷头磨损明显高于28 mm陶瓷头。此外，发生关节异响的2例铝离子浓度(21.23±10.61)μg/L，锆离子浓度(4.96±2.61)μg/L，较对照组也有明显的升高。有文献报道指出，关节异响的发生与陶瓷关节条纹状磨损有关[16]，这也证实了Chevillotte等[17]体外实验的结果。而条纹状的磨损必然会带来铝和锆离子的释放。

众多研究指出，铝离子与阿尔兹海默症之间存在一定相关性，当人体血液中铝离子含量>350 μg/L时，其可能成为阿尔兹海默症发病的危险因素[19]，但关于锆离子对人体的危害性还鲜有报道。同时国内有学者指出，我国正常人群铝离子浓度0.5～465 μg/L，锆离子浓度0.01～2.45 μg/L[19]。本研究中，中期的随访结果显示，所有患者的铝离子浓度<300 μg/L，属于正常范围。因此我们认为，COC关节置换术后中期释放的铝离子，其浓度没有达到增加阿尔兹海默症发病风险的浓度范围。

COC关节术后异响是常见的并发症，发生率各家报道不一。Hamilton等[20]研究指出，关节异响的发生率为0；而McDonnell等[21]研究指出，关节异响的发生率高达31%。本研究中有2例患者发生了关节异响，其发生率为6.9%。Mai等[22]对320例COC患者进行随访，其中32例(10%)发生关节异响，其中31使用的是32 mm或36 mm的陶瓷头，本研究中发生关节异响的2例患者使用的均为36 mm陶瓷头，提示陶瓷大头的使用可能会增加关节异响的发生率。同时Chevillotte等[17]通过体外实验发现，当陶瓷内衬与陶瓷头之间没有润滑液存在时均会发生关节异响，并且很快出现高压力区，从而导致陶瓷条纹状的磨损；一旦有少量的润滑液注入，关节异响即消失。而有润滑液存在时，关节异响从始至终均没有出现，并且在实验期内没有出现高压力区及陶瓷条纹状的磨损。

本研究存在一定的局限性。本研究为回顾性分析而非前瞻性研究；样本数量较少；实验组术前血清铝及锆离子浓度未进行测量，无法排除个体化的差异；实验组术后早期血清铝及锆离子浓度未进行评估；本研究仅为中期的实验结果，远期结果有待长期随访进一步证实。

通过本研究，我们认为COC关节在THA术后中期的临床效果满意。在使用<36 mm的陶瓷头时，铝离子及锆离子浓度较正常人无明显增高，提示COC假体在体内磨损极小。COC关节置换术后中期释放的铝离子，其浓度没有达到增加阿尔兹海默症发病风险的浓度范围，而长期的临床疗效及血清铝及锆离子浓度变化情况有待进一步的随访证实。