人工髋关节置换术后假体松动的研究进展

黄崇峻，龚崇凯，陈波波，曹年平，田野

(中国医科大学附属盛京医院脊柱关节外科，辽宁 沈阳 110000)

人工髋关节置换术的治疗效果经过30多年的临床实践，已经得到了充分的肯定。实施髋关节置换的主要目的是缓解关节疼痛并矫正关节畸形，使关节运动功能得到恢复及改善。近些年大量文献显示，髋关节置换术后部分患者由于各种原因的影响，可能会发生假体松动甚至断裂导致假体失效[1]，目前已成为关节外科的一大难题，现将髋关节置换术后假体松动的研究进展综述如下。

1 无菌性松动

人工髋关节置换术通常可以获得良好的长期存活率以及良好的恢复效果，然而无菌性松动仍然是一个令人担忧的问题[2]。关节置换术后假体周围骨质会因为各种因素发生不同程度的溶解，该现象导致的人工假体松动称为无菌性松动。对于无菌性松动的原因提出了各种理论，这些理论主要基于经验观察、实验和临床研究以及各种报道。无菌性松动有多因素的病因，不能用单一的理论来解释[3]。机械学理论和生物学理论都被提出参与假体无菌性松动的发生。

1.1 机械学理论 机械学理论包括假体微动、应力遮挡和高液压。前些年前将微动定义为关节假体与周围骨质之间发生的细微运动，在普通X线片上很难发现。现临床所指微动是骨组织与关节假体之间发生的相对活动[4]。假体与周围骨骼之间的微小运动对手术技术要求较高，如果出现假体对不准或者固定不牢靠，微动的风险就会增加[3]。微动增加使假体在术后最初的一段时间不能得到稳定的固定，随着时间的推移，最终假体会发生无菌性松动[4]。应力遮挡也是导致无菌性松动的一个重要力学因素。正常骨的应力是从近端到远端沿骨的长轴传导，植入假体后应力从假体通过剪应力传到骨的近端和远端[5]。假体与周围骨之间的微动导致骨小梁重建和成纤维细胞迁移到假体表面和骨之间的空隙中。重复的应力可诱导成纤维细胞增殖，并允许形成纤维界面膜。假体周围的骨重建也可能由于非生理性载荷条件而发生，这种现象称为应力遮挡，并导致非载荷区域的骨丢失[6]。异常应力引起骨组织自我调节甚至重新塑型，可能会造成骨近端骨质疏松、骨质丢失、假体松动等[5]。人工关节置换术会破坏原有的关节结构，产生一些与关节囊相通的腔隙，关节活动时关节液会进入这些腔隙。假体微动导致假体周围局部关节液压增高，磨损颗粒则会移入有效关节腔，骨细胞和巨噬细胞等与磨损微粒接触，会导致破骨细胞的激活，从而导致骨溶解[5，7]。vander Vis等[8]研究证实假体与骨接触面的液压增高，可以导致假体周围的骨细胞死亡和并发骨吸收。振荡的液体压力即使只存在很短的时间，也可以导致假体周围骨坏死和骨吸收。

1.2 生物学理论 有证据表明，关节假体的无菌性松动是由磨损颗粒引起的炎症、破骨细胞形成和假体周围随后的骨溶解引起的[9]。磨损颗粒诱导的炎症反应是无菌性松动最重要的生物学理论。人体被置入关节假体之后，假体与骨面间微动及关节活动摩擦会产生大量磨损颗粒，磨损颗粒释放到周围组织是假体周围骨溶解的主要原因。众所周知，巨噬细胞是介导对生物材料磨损颗粒的慢性炎症反应的关键细胞[10]。磨损颗粒刺激大量炎性细胞，其中巨噬细胞的反应是最为强烈的。磨损颗粒激活巨噬细胞，巨噬细胞激活破骨细胞或自身成为破骨细胞，从而启动骨吸收。破骨细胞是唯一具有骨吸收能力的多核细胞，由前体破骨细胞分化而来，属于单核巨噬细胞系[11]。巨噬细胞分泌趋化因子和促炎细胞因子，导致进一步的巨噬细胞募集，增加破骨细胞生成，最终导致种植体周围骨丢失。由此可见，巨噬细胞的丰富程度与骨吸收的程度密切相关[12]。巨噬细胞释放细胞因子、趋化因子和其他促炎物质使慢性炎症持续存在。趋化因子参与巨噬细胞和破骨细胞向假体周围部位的迁移、凋亡、血管生成、胶原生成和组织重塑，影响破骨细胞的分化和活性，导致骨溶解增强并抑制骨形成[10，13-14]。此外，除了巨噬细胞大量募集到损伤部位之外，还有少量淋巴细胞募集，这表明免疫系统也可能参与了这种炎症反应[13]。因此，骨溶解是人体对磨损颗粒做出一系列反应的结果。

考虑到无菌性松动是全髋关节置换术中最常见的翻修原因，专家们研究发现了一些防止无菌性松动的方法。经验丰富的手术团队术中可以避免过多的钻削和摩擦，获得良好的植入物稳定性、良好的骨覆盖和容纳性，从而降低无菌性松动的风险；术后使用如利塞膦酸、唑来膦酸等抗骨质疏松药物也可降低无菌性松动的风险[15]。也有研究表明，使用3D打印骨小梁结构股骨柄假体可以一定程度上降低应力遮挡效应，从而降低无菌性松动的风险[16]。此外，改进关节假体材料、改良加工工艺对减少磨损颗粒的产生也有很大的帮助。现有的材料中陶瓷材料-陶瓷材料组合是目前磨损率最低的组合，陶瓷的生物惰性使得其磨损颗粒引起假体周围组织的炎症反应概率最低[17]。

2 骨质疏松

骨质疏松是给人们带来困扰的一种主要骨骼疾病，骨质疏松的患者术后更容易出现假体周围骨溶解、假体移位[18]以及假体周围骨折，进而导致假体松动。骨质疏松主要分为两种：一种是受到药物影响而产生的骨质疏松，另一种则是年龄影响而产生的骨质疏松[1]。糖皮质激素主要作用于成骨细胞和骨细胞，损害成骨细胞的复制、分化和功能，诱导成熟成骨细胞和骨细胞的凋亡，从而导致骨形成受到抑制。糖皮质激素也有利于破骨细胞的形成，从而增加骨吸收[19]。由于患者长期服用激素类药物，极易发生股骨头缺血性坏死，需实行人工髋关节置换。当人工关节假体植入患者体内后，患者负重时股骨柄假体承受巨大的弯矩，主要由股骨柄根部内侧和尖端外侧来支撑。而激素可能导致股骨近端骨质疏松，使骨质条件相对较差，股骨矩不能起到良好的支撑作用，导致假体下沉，发生松动[20]。骨质疏松患者女性居多，女性在日常生活中锻炼程度不够，随着年龄的增长雌激素水平也不断降低，导致骨质丢失[21]、骨代谢失衡，发生骨质疏松。髋关节置换术中加强对骨健康关注的优势是显著的，包括减少假体周围骨丢失、延长假体寿命、减少假体周围骨折。对于骨质疏松导致的假体松动重在预防，因此应当术后合理制动，鼓励患者术后下床活动，适当服用双膦酸盐和特立帕肽[22]等抗骨质疏松药物也有不小的帮助。对于严重骨质疏松患者，则需要采用骨水泥固定型假体的置换来预防假体松动。

3 感 染

假体周围关节感染是关节置换术最具挑战性的并发症之一，发生率为1%～2%[23]，其诊断基于临床表现、外周血和关节液的实验室结果、微生物培养、假体周围组织的组织学评价、术中发现等因素[24]。感染可以导致骨缺损和组织坏死，导致骨量丢失增加，进而导致假体松动。细菌生长环境、人体防御力和感染源是感染的必备条件。人工髋关节置换术为开放性伤口，髋关节假体放置于人体内为细菌的侵袭和生长提供了良好的环境，这种创伤性手术导致人体防御力下降及感染率增加。手术时间越长，切口内部组织暴露时间也就越长，大大增加了被细菌感染的概率[25]。此外，吸烟、饮酒、糖尿病、长期应用激素、免疫功能受损等也会增加感染的概率[26]。假体周围关节感染重在预防，围术期应用抗生素是减少假体周围感染的重要预防措施[27]，另外使用富含抗生素的骨水泥也可以降低感染风险。感染导致的假体松动目前国际上首选的治疗方法是两阶段治疗方案，第一阶段是在采集微生物和病理样本后进行彻底的冲洗清创，移除人工假体以及插入抗菌骨水泥；第二阶段则是消除感染后植入新的假体[26，28-29]。但是两阶段的治疗方案延长了治疗时间，增加了患者的经济负担，而且目前使用两阶段治疗方案的髋关节翻修术失败率为10%左右[30]。现国外有一些报道称一期翻修也是可靠的治疗选择，感染控制率较高[31]。对于髋关节置换术后早期急性感染或晚期急性血源性感染，出现症状和体征不满3周、假体稳定且局部软组织条件好的患者也可以行保留假体的清创术治疗[32]。

4 假体周围骨折

假体周围骨折被定义为发生在骨科植入物周围或关节假体周围的骨折。假体周围骨折是人工髋关节置换术后一种严重的并发症，发生率为0.3%～5.4%[33]。人工髋关节置换术后假体周围骨折可能会影响骨盆、髋臼、股骨等[34]，其中假体周围股骨骨折则占了很大比例。假体周围发生骨折可能会损害植入物的稳定性，从而导致假体松动[35]。假体松动则需要行髋关节翻修术，为患者带来极大的困扰。了解假体周围骨折的危险因素对于指导患者以及研究预防和治疗的方法是很重要的。假体周围骨折的危险因素大概分为患者相关和手术相关两类。患者相关：由于高龄和女性患者骨质质量降低，常被认为是假体周围骨折的危险因素；手术相关：非骨水泥型全髋关节置换术的长期稳定性依赖于植入物与骨之间的固定过程，但最初的稳定性依赖于植入物于骨之间的摩擦力，此期间最可能发生假体周围骨折，不良的手术技术如假体错位和过度切除也会增加骨折的风险[34]。

5 其 他

早期假体松动(术后1～5年)主要是手术技术的原因。随着非骨水泥型假体的普及，术者为了达到良好的压配效果，磨掉部分髋臼骨，髋关节旋转中心会发生不可避免的内移和上移[36]，而非骨水泥型压合式髋臼假体的力学稳定性取决于外科医生的手术技巧[37]。准确的髋臼位置和髋关节旋转中心的重建对于髋臼假体的压配至关重要[38]。通常臼杯植入时前倾(15±10)°，外展(40±10)°，假体植入角度不当易引发股骨大粗隆与髋臼外上缘撞击而导致假体松动、脱位；合理的假体压配有利于假体的即时稳定，同时能避免术后假体撞击和磨损，降低术后假体松动的概率[39]。不当的髋臼定位、术者的技术不纯熟可能会导致严重的后果，包括脱位、撞击和加速衬垫的磨损乃至假体松动等，因此提高手术技术对于预防早期假体松动具有重要意义。目前国外有部分机构使用机器人辅助指导股骨柄和髋臼假体的放置，延长全髋关节的耐用性，降低术后并发症的发生[40]，但是因其成本较高，实用性还有待商榷。

患者在进行人工髋关节置换术后，由于无菌性松动、骨质疏松、感染、假体周围骨折等多种原因会发生假体松动，而无菌性松动是导致人工髋关节置换术后翻修的最主要原因。骨质疏松和感染所导致的假体松动重点在于预防，而增加假体稳定性、提高手术技术、改进关节假体材料以及术后应用药物可以大大降低无菌性松动、假体周围骨折的风险。目前来看陶瓷-陶瓷假体引发的炎症反应最轻，发生无菌性松动的概率最小，因此在未来陶瓷-陶瓷假体的应用会越来越广泛。随着医疗水平的不断进步以及患者对生活质量要求的不断提高，可想而知人工髋关节置换术会得到更多的应用，所以对人工髋关节置换术后假体松动原因展开深层次的研究十分必要，也对提高患者满意度以及降低人工髋关节翻修术难度有很大帮助。