多孔陶瓷生物材料治疗早中期非创伤性股骨头坏死的临床研究

范亚楠，陈俊名，何沛霖，张雪，李无阴，刘又文，岳辰,2

股骨头坏死（osteonecrosis of femoral head,ONFH）是骨科常见的难治性疾病，致残率高，若不进行有效干预，60%～80%的患者会在发病后3 年内出现股骨头塌陷，从而不得不接受全髋关节置换术[1-3]。非创伤性ONFH 主要累及中青年人群，过早行全髋关节置换会面临多次翻修的风险，给患者和社会带来沉重负担[3]。因此，寻求有效的保髋治疗方法极为重要。

ONFH常伴随着股骨头内微血管内皮细胞损伤，骨细胞坏死、凋亡并形成空骨陷窝，单纯药物治疗效果不佳[4,5]。手术治疗是延缓股骨头塌陷的重要手段，随着研究的深入和技术的改进，人们认识到ONFH的保髋治疗不仅需要恢复股骨头内的结构支撑，还需要促进坏死区的血管再生和血运重建，即生物支撑[6,7]，其中除死骨联合自体髂骨植入是常用的术式之一。近年来，出现了以多孔生物陶瓷植入技术为核心的新型微创保头技术[8-10]。该技术通过陶瓷棒的多孔结构将股骨转子和颈部的血运引导至坏死区，起到修复骨床的作用；同时，加压填塞多孔生物陶瓷材料的方法恢复了力学支撑。目前，该技术缺乏高质量的临床研究，本研究旨在评估多孔生物陶瓷材料恢复坏死股骨头的力学支撑联合血运重建治疗非创伤性ONFH的临床效果，对该技术的可行性和有效性进行系统研究。

1 资料与方法

1.1 临床资料

纳入标准：①确诊为非创伤性ONFH（激素性ONFH 和酒精性ONFH）Ficat Ⅰ、Ⅱ期[11]并在接受治疗时已停止激素或酒精摄入1个月以上；②18～55岁；③18.5 kg/m2≤体重指数（body mass index,BMI）＜30 kg/m2；④随访18 个月以上。排除标准：①术区皮肤条件差、存在开放性伤口者；②髋臼发育不良者；③合并糖尿病、凝血功能异常、恶性肿瘤者；④合并动脉硬化、静脉曲张等心脑血管疾病者。

回顾性分析2019年1月至2019年6月收治的46例非创伤性ONFH 患者，根据上述纳入与排除标准，共纳入37 例，其中采用微创减压清除死骨联合多孔生物陶瓷植入的18 例为生物材料组，采用头颈开窗清除死骨联合自体髂骨植入的19 例为自体髂骨组。生物材料组18例，年龄27～57岁，平均（35.6±6.3）岁，男13例，女5例；自体髂骨组19例，年龄30～51岁，平均（38.3±6.1）岁，男10例，女9例。两组的BMI、病因（激素性/酒精性）、Ficat 分期（Ⅰ期/Ⅱ期）、日本骨坏死研究会（Japanese investigation committee,JIC）分型[12]（A型/B型/C1型/C2型）比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。本研究经医学伦理委员会审核通过，患者均签署知情同意书。

表1 两组患者基线资料比较

1.2 治疗方法

生物材料组：术前行髋关节磁共振、CT、骨盆正位+蛙式位X 线片综合判定坏死分期、范围及面积。术中在透视下引导下于大转子下端2 cm处将1枚直径3.0 mm 克氏针钻入股骨头内达坏死区域中央，以导针为中心纵行切开皮肤1.5 cm，逐层分开肌肉组织，将直径约1.5 cm导管插入抵达股骨转子下，空心钻沿工作管钻开通道至ONFH区域，在透视引导下用特制潜行刮骨刀及刮匙交替自通道口向股骨头内行进，硬化带在透视下克氏针多处钻孔后清理，病灶清除范围至软骨下骨，距离关节面约0.5 cm，术中注意回收骨泥和骨髓液，采用灯泡型死骨清除方式尽量将坏死骨清除干净。病灶清除完成后将陶瓷颗粒骨（密质生物陶瓷颗粒5 g+多孔生物陶瓷颗粒3 g，由上海贝奥路生物材料有限公司提供，图1A）混合通道内骨泥、骨髓液沿导管植入股骨头内并打压，病灶植骨完成后将多孔生物陶瓷棒（直径10 mm、长80 mm，由上海贝奥路生物材料有限公司提供，图1B）植入通道内。缝合切口，所有手术均由同一术者完成。

自体髂骨组：先沿髂骨翼切开皮肤长约4 cm，暴露髂骨板，取适量骨质留作植骨用，修剪为合适大小，冲洗刀口止血后，逐层缝合关闭切口。然后取患髋前外侧入路长约8 cm，依次切开皮肤、皮下组织，沿着缝匠肌与阔筋膜张肌、股直肌与臀中肌肌间隙钝性分离进入，暴露髋关节囊并切开，倒T型切开前侧部分关节囊，暴露股骨颈及头颈部，屈曲外旋髋关节，在股骨颈前内侧头颈交界处开窗，向股骨头内建立清除死骨通道，使用各方向刮勺及弧形骨刀向股骨头内清理死骨，见死骨清除彻底后，冲洗股骨头内死骨区，使用植骨器械将自体髂骨颗粒自隧道向股骨头内打压，见打压填塞充分后，将一块髂骨块植入股骨颈隧道内，在股骨头植骨完成后缝合切口。

1.3 术后康复

术后第7天起患肢不负重扶双拐下地，术后1个半月内避免患肢负重，1 个半月至3 个月内保持患肢负重50%扶双拐行走，3个月后患肢负重增加至75%行走，6个月后用拐杖保护患肢行走，1年内避免高负重活动。

1.4 随访计划及评价指标

术后记录两组患者不良反应（感染、排异和观察者认为与治疗相关的临床不良事件）发生率。术后行3、6、18 个月的随访，行髋关节Harris 评分[13]、视觉模拟评分法（visual analogue scale,VAS）[14]，术后3 天及6个月、18个月行X线片检查，18个月X线片评估预后：修复、静止、进展的随访（修复：坏死区域被新生骨替代，新月征消失，生物陶瓷材料降解吸收；静止：与术前影像学资料相比，坏死区域和股骨头的形态保持不变；进展：坏死区域增加或股骨头塌陷加重），统计各组患者评分的统计学差异。

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0 软件进行统计学分析，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，基线资料（年龄、BMI、术前Harris 评分、术前VAS 评分）采用方差分析，随访结果（Harris评分、VAS评分）采用重复测量资料的方差分析进行比较；基线资料中的JIC分期和预后分析采用单向有序列联表分析，计数资料组间比较采用卡方检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组患者均随访18 个月以上，随访期间均未出现感染和其他不良事件。

2.1 两组患者Harris评分比较

两组患者术前Harris评分比较，差异无统计学意义（F=0.016，P=0.9）；术后3、6、12、18个月的随访中，生物材料组的Harris评分均高于自体髂骨组，差异有统计学意义（F=9.432，P=0.004，表2）。

表2 两组患者Harris评分（，分）

表2 两组患者Harris评分（，分）

2.2 两组患者VAS评分比较

两组患者术前VAS 评分比较，差异无统计学意义（F=0.464，P=0.5）；术后3、6、12、18个月的随访中，两组患者数据比较差异无统计学意义（F=7.219，P=0.011，表3）。

表3 两组患者VAS评分（，分）

表3 两组患者VAS评分（，分）

2.3 两组患者ONFH病情预后情况分析

在18 个月随访中，生物材料组有1 例患者因病情进展髋关节功能严重受限行全髋关节置换，自体髂骨组无进行髋关节置换患者。两组患者病情预后统计，数据统计分析差异无统计学意义（P=0.742，表4）。两组典型病例见图2、3。

图2 患者，男，50岁，激素性ONFH，Ficat分期Ⅱ期，JIC分型C1型，采用头颈开窗髂骨植入术

表4 两组患者ONFH预后情况［n（%）］

3 讨论

全世界范围内ONFH 患者约2000 万，我国患病人群500万～750万[15]，ONFH已成为广泛关注的公共卫生问题。针对早中期ONFH 的治疗，临床医师从不同角度探索出多种治疗方案：从早期的骨瓣移植[16]到近年来髓芯减压术联合或不联合植骨[17,18]、带血管腓骨移植[19]、异体腓骨移植[20]或钽棒植入[21]，手术方式逐渐趋于微创，手术理念也从股骨头减压、改善血液循环到增加力学支撑的转变，但是两者常无法兼顾。

图3 患者，男，42岁，酒精性ONFH，Ficat分期Ⅱ期，JIC分型C1型，采用微创减压清除死骨联合多孔生物陶瓷植入

临床技术的发展离不开材料的进步，近年来出现了以多孔生物陶瓷材料为核心的微创保头手术。多孔生物陶瓷材料磷酸三钙具有良好的生物相容性、骨传导性和生物降解性，其主要降解产物是Ca2+和PO3-，这些降解产物在促进新生骨形成的同时也为其提供矿化原料[22]。同时多孔生物陶瓷的血管传导特性在引导血管再生方面也发挥了重要作用[23]。本研究随访影像学资料显示，在平均6个月时骨骼与陶瓷人工骨的间隙开始模糊，12 个月左右间隙基本消失，大多数陶瓷人工骨被新生骨替代，在12～24 个月修复逐渐完成。在ONFH区域修复期间，加压植入的陶瓷颗粒骨可以对股骨头起到一定的力学支撑作用，防止股骨头因自身压力作用下出现塌陷导致病情进一步恶化。在不良反应的监测中，本研究短中期随访阶段未发现与陶瓷人工骨材料植入相关的排异、感染等不良事件。

本治疗方案中，潜行刮刀骨道的建立，在有效清除死骨的同时，为血运的重建提供三维空间，并彻底减压。随后打入术中回收的正常骨泥和骨髓液与植入物复合使用的多孔或密质生物陶瓷，起到诱导血管和骨组织再生的作用，从而修复骨床和恢复力学支撑。骨道植入的生物陶瓷棒拥有多微孔结构，在引导骨替代的同时，可以将股骨转子部丰富的血运和颈部的血运引导至坏死区，增加股骨头的血循。髂骨植入虽然具有避免排异反应、经济等优点，但是有研究表明[24]：糖皮质激素的长期高剂量应用、酒精的长期大量摄入均可引起脂质代谢紊乱，不仅增加血管内脂肪堵塞的风险，同时也抑制骨髓间充质干细胞向成骨分化，这种脂质代谢的改变是全身性的，因此自身骨质的植入可能会影响ONFH区域的修复。同时陶瓷人工骨植入治疗ONFH 避免了取髂骨这一手术过程，在缩短手术时间、降低手术风险的同时手术瘢痕更容易用衣物遮挡，术后患者不适感更低，对追求美观的患者来说是一种良好的治疗方案。

但是本研究存在以下不足：①对植入生物陶瓷材料的支撑作用缺乏相关的力学和有限元分析，无法评估植入材料的生物力学强度；②本研究关于股骨头血运重建尚未血管造影等研究结果，针对血运改善情况无客观评估指标；③本研究样本量较小，研究结果可能存在偏倚，尚需要大样本、多中心的前瞻性随机对照研究支持本研究结果。

4 结论

综上，多孔陶瓷生物材料在早中期非创伤性ONFH的保髋治疗中有着良好的应用前景。根据骨组织的生长需要而设计的多孔隙结构，可以明显促进新骨组织的形成，多孔相通的设计则可以促进新生血管的形成，为ONFH 区域修复提供营养保障，从而形成良好生物学功能。陶瓷人工骨降解后释放的钙和磷，能直接参与新骨组织的形成，为新骨矿化提供物质基础。经股骨转子部骨通道的手术方式，安全微创切口的同时能够在很大程度上避免股骨头血液供应的破坏，并且该种手术操作简单，易于学习，值得临床推广应用。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突