人工髋关节股骨柄假体断裂的研究进展

俞乐滔 钟滢 杜文喜

近年来，人工髋关节置换技术得到快速发展，在股骨头坏死、先天性髋关节发育不良和髋部骨折的治疗上取得了良好的效果［1］。股骨柄假体断裂是人工髋关节置换术的一种并发症，随着现代制造技术和冶金技术的进步，该并发症的发生率逐渐降低。与不锈钢材料相较，高强度钛或钴铬钼合金制成的股骨柄假体很少发生断裂［2-3］。尽管如此，由于部分患者植入假体时间较早，股骨柄设计工艺和假体植入技术存在差异，股骨柄假体断裂的翻修手术目前仍然是一大挑战。该文就股骨柄假体断裂的流行病学、风险因素及处理对策的研究进展作一综述。

1 流行病学

1970年，MULLER等首次报告了水泥型股骨柄假体断裂，分析断裂的原因可能是股骨柄假体近端骨水泥松动而远端固定良好，股骨转子下的股骨柄上存在悬臂弯曲力而造成股骨柄假体断裂［4］。在第一代锻造不锈钢或铸造钴铬股骨柄用于人工髋关节置换术时，股骨柄断裂是常见的并发症，发生率为0.23%～11%［5］。随着现代工业的进步，股骨柄断裂的发生率逐渐降低。英格兰、威尔士和北爱尔兰国家关节登记处第15次年度报告显示，自2003年以来近100万例髋关节置换术中每一千个患者每年股骨柄假体断裂发生率为0.16［6］。

2 影响股骨柄断裂的因素

一项有限元分析显示，人工髋关节在正常生理环境下由于假体柄的等效应力分布，易发生疲劳破坏的位置为假体颈、假体柄中下部［7］。股骨柄假体断裂可能由以下一种或多种原因共同作用导致［8-9］：（1）患者体重大和高水平的活动；（2）近端骨支撑或固定不佳；（3）假体放置位置不佳；（4）应力遮挡存在；（5）股骨柄自身存在设计或加工工艺缺陷。

2.1 体重和活动 在多数断裂案例报道中，体重超重经常被提及［10-12］，股骨柄假体断裂患者的身体质量指数（body mass index，BMI）往往超过25 kg/m2。有研究指出，高强度的活动会增加股骨柄假体的断裂风险，人工髋关节术后患者的体力劳动应限制在中等强度以内，同时应避免影响假体稳定性的活动［13-15］。

2.2 近端支撑不足 断柄的发生与股骨柄的固定不佳和近端骨支撑不足有关，尤其是在股骨柄远端固定良好而近端缺少骨支撑时，极易发生断柄［16］，这是由于近端骨水泥过载和松动造成柄部承受悬臂梁弯曲而疲劳断裂［17］。YATES等［18］报道，股骨近端内侧骨水泥鞘填充不足会导致远端骨水泥严重超负荷受力、近端支撑丧失、悬臂弯曲、骨水泥鞘断裂等问题。

2.3 假体放置位置不佳 手术操作也是股骨柄假体断裂的危险因素，股骨柄内翻放置会导致张力和弯曲力矩增加［19］，使假体极易发生断裂。

2.4 应力遮挡 在正常情况下，假体承受的生理载荷来自于弯曲和压缩。假体内的弯应力十分具有侵害性，弯曲在外侧产生张应力，进而会造成延伸性裂痕，甚至造成假体断裂。股骨柄假体断裂最常见的部位在近端上1/3处，这是由于缺少骨或者骨水泥的支持，股骨头上传递下来的压力主要集中在假体的局部位置。由于是局部受力，股骨柄假体的其他大部分位置未与骨或者骨水泥相对抗，出现应力集中，假体柄的颈部及中下部有接触区域的弯矩和应力小于假体内产生的弯矩和应力，因此假体外侧承受了较大的张应力导致金属疲劳，进而可能会出现柄断裂［7，20-21］。

2.5 工艺缺陷 人工髋关节的设计使用寿命一般约20年，在生理环境中产生的缝隙腐蚀、摩擦腐蚀、疲劳腐蚀破裂等因素常导致股骨柄假体在远未超过其使用寿命情况下发生疲劳断裂［22］。也有研究将股骨柄断裂归因于激光蚀刻、表面损伤、假体设计缺陷、材料微观结构或机械加工导致的应力上升［18］。

3 分型

绝大多数股骨柄假体断裂伴随着股骨假体周围骨折，随着对股骨假体周围骨折分型和治疗研究的不断深入，研究者逐渐重视股骨柄假体断裂这一问题。温哥华分类系统（Vancouver classification system，VCS）是被普遍接受和最常使用的股骨假体周围骨折分型［23］，它侧重于骨折相对于柄的位置、假体的稳定性以及相关的骨丢失。VCS有3个类型：（1）A型： 骨折位于股骨大转子及小转子之间。（2）B型：松动的柄周围或下方骨折，但近端骨质良好（B1）；骨折位于固定良好的柄周围或正下方（B2）；松动柄周围或下方骨折，近端骨量差（B3）。（3）C型：骨折明显发生在股骨干的远端。VCS已经证明为一种可靠且有效的分型方案，但还需要改进，因为它对于某些骨折类型不能分类［24］。DUNCAN和HADDAD引入统一分类系统（unified classification system，UCS）对VCS进行了更新和扩展，并将治疗原则应用于所有股骨周围假体骨折中［25］。其中，扩展了两种新的骨折类型，D型为髋关节和膝关节置换术后股骨骨折，E型为髋关节置换术后髋臼和股骨均发生骨折。HUANG等［26］对UCS进行了改良，首次将股骨柄假体断裂这个问题引入到假体周围骨折的分型中，改良分型将股骨假体周围骨折分为单纯股骨假体周围骨折（fracture alone，FA）和单纯股骨柄假体断裂或股骨柄假体断裂伴假体周围骨折（femoral & stem fracture，FS）两型。新增的FS分为4个亚型，包括单纯股骨柄假体断裂（FSO）；骨折发生在股骨柄假体周围或者下方，伴有股骨柄假体断裂，股骨柄假体近端固定稳定（FS1）；骨折发生在股骨柄假体周围或者下方，伴有股骨柄假体断裂，股骨柄假体近端松动，周围骨质良好（FS2）；骨折发生在股骨柄假体周围或者下方，伴有股骨柄假体断裂，股骨柄假体近端松动，骨床质量差（FS3）。改良分型提出，股骨柄假体断裂都应该进行翻修手术治疗。据研究报道，这一涉及股骨柄假体断裂的改良UCS具有较高可信度和有效性［27］，对临床诊治具有重要意义，降低了由于无法正确分类而导致早期治疗方法选择错误的可能性，为临床上股骨柄假体断裂的诊治提供了依据和指导。

4 手术治疗

股骨柄假体断裂的治疗对于骨科医生是一个挑战。股骨柄假体断裂的翻修手术往往比较困难，术中处理稍有不慎，可能严重损害患者的关节功能和生活质量。骨科医生通常首先要考虑假体断裂和假体周围骨折的位置，分析假体的稳定性，同时还要考虑宿主骨质情况。此外，还应考虑患者的年龄、一般状况、功能需求以及经济状况。因此，根据合理的治疗原则为患者提供个性化的治疗，是获得理想预后的关键［26］。

4.1 钻孔法提取远端断柄 该技术最初由WROBLEWSKI等［28］在1979年提出，去除断裂股骨柄的近端部分后，在远端部分上钻一个孔，以螺纹连接到一击锤型的提取设备上，然后从水泥鞘中提取远端断柄。HARRIS等［29］改良了提取设备和远端断柄的连接方式，使用一种楔形装置代替了螺纹连接，通过这个技术可以避免一些并发症，如股骨穿孔和骨折。目前，由于假体材料技术的发展，钻孔法提取远端断柄已越来越困难，逐渐不再适用。

4.2 骨皮质开窗技术 该技术最初由MORELAND等［30］在1981年提出，首先在股骨皮质上创建一个狭窄、纵向的前皮质槽，然后使用硬质合金冲头在断裂的股骨柄上制造一个凹点，并将其驱动到可以取出的近端位置。AKRAWI等［31］又提出了一种更为简单的开窗技术，使用一种窄小的截骨刀，沿股骨近端长轴在后方皮质开一个1 cm × 2 cm的小矩形窗，在移除皮质窗后使用钨钻头在远端断柄上钻孔并形成一个凹点，使用Charnley针顶住远端断柄，逆行锤击直到成功将其拔出，最后用钢缆固定复位的皮质窗。与传统骨皮质开窗技术相较，这一技术扩大了开窗的范围，具有保留骨水泥鞘、使用碳化钨钻头和Charnley针取远端断柄更简便且效率高、避免了必须使用长翻修股骨柄假体绕过皮质窗等几个优点，因此可以选择标准股骨柄。

4.3 延长转子截骨术（extended trochanteric osteotomy，ETO） 当骨皮质开窗取柄失败时，可以选择转而行ETO。YOUNGER等［32］在1995年推广了ETO技术，并主张在翻修手术中使用ETO。WRONKA等［33］详细描述了ETO技术，ETO的截取长度应该由待修复的假体、溶骨性病变的存在和大小、股骨峡部的位置和质量以及骨水泥的存在来决定；患者处于侧卧位时，暴露髋关节，沿大转子后缘和股外侧肌后筋膜向远端延伸后入路，将切口延伸至术前计划的截骨水平；沿着股骨后外侧暴露的边缘进行截骨，截骨延伸到预定的截骨水平；用摆锯将远端横切至股骨柄假体水平位置，然后从远侧至近侧切除前外侧皮质，最后将断柄取出。该技术具有暴露范围广、髋臼暴露充分、矫正股骨近端内翻畸形、股骨柄假体及骨水泥取出安全、防止股骨管穿透、避免了术中骨折等医源性损伤的优点［34］。

4.4 不去除固定良好的断柄翻修方法 对于固定良好而近端松动造成的股骨柄断裂，2013年CITAK等［35］使用了一种插入式假体，在翻修手术中首先取出松动的近端断柄，将该假体由钴铬钼合金制成的套筒部分与原假体固定良好的远端假体连接，骨水泥增强，允许患者术后负重，6年随访患者平均HHS为 69.9 分。术后并发症发生率为47.8%，机械故障率21.7%［36］。为了降低并发症，GRAULICH等［37］提出了一种新的方法，设计了一种新型的钛合金管，首先通过进行股骨远端环状截骨术，截取的长度与钛合金管的长度相一致，并将其固定在断裂的股骨柄上，以保留远端固定良好的部件，再将它和新的近端部件相连接。股骨柄断裂患者手术翻修后的主要问题是骨量的减少，通过该方法可避免ETO术中出现的骨丢失。此外，还可以避免因骨丢失导致肌肉功能丧失等软组织并发症。但每一个独特的断裂股骨柄均需定制一个单独的连接装置，故这项技术很难成为一个通用的解决方案。

5 小结

随着现代制造技术和冶金技术的改进，股骨柄假体断裂的发生率逐渐降低，已成为人工髋关节手术的罕见并发症，临床上认为股骨柄假体的断裂可能与患者体重大和高水平的活动、近端骨支撑或固定不佳、假体放置位置不佳、应力遮挡存在、股骨柄自身存在设计不佳或加工工艺缺陷等相关。同时，根据断裂位置的不同、是否伴有股骨假体周围骨折、股骨骨质的状况，股骨柄假体的断裂可分为FSO、FS1、FS2、FS3。当发生股骨柄断裂时，由于现代股骨柄假体材料的发展，钻孔技术进入远端提取断柄不太可能成功。皮质窗技术是一种安全可靠的取出断柄的技术，最适合用于取出抛光锥形柄，特别是在不计划进行股骨重建时，使用环钻可以有效地移除较长、未胶结的股骨柄。同时，当面对一些固定良好而近端松动造成的断裂股骨柄，也可以考虑行保留断柄的方法。最后，当其他技术失败时，ETO可能是必要的。