3D-精准构建臼杯和生物型臼杯系统在全髋关节置换手术中的应用效果及对患者骨特异性磷酸酶、骨钙素、Ⅰ型前胶原氨基端前肽水平的影响

王 斌,王 波

(1.西电集团医院,陕西 西安 710077;2.西安医学院第三附属医院,陕西 西安 710068)

近年来,我国老年人口数量逐渐上升,随之增加骨质疏松症患者以及老年股骨颈骨折患者。65岁以上老人发生股骨颈骨折的概率约为12.6%,选择非手术治疗,其康复周期长,导致并发症增多,致使病死率增加[1]。全髋关节置换术(Total hip replacement,THR)是当前髋关节骨性关节炎与股骨颈骨折常用的治疗方式,能够减轻患者临床症状与疼痛感,恢复髋关节功能[2]。然而对于老年股骨颈骨折患者来说由于多合并骨质疏松,导致臼杯植入后难以获得理想的髋臼固定和覆盖效果,因此应用何种材料和方法制作臼杯成为临床研究的热点内容。临床研究[3]发现,生物型臼杯系统(Pinnacle臼杯)能够保留足够骨量实现良好覆盖基础上,可借助臼杯的紧密压配,治疗效果优于以往的增强型臼杯固定术、沟槽式臼杯置换术等。然而其假体的远期骨长入性和稳定性还有待考量。随着临床医学发展,国外许多学者推荐应用3D打印钛合金骨小梁金属臼杯(3D printed titanium alloy trabecular metal cup,3D-ATC)利用金属三维精准构建技术对老年全髋关节置换患者进行治疗,该技术能够在金属假体表面制造仿生多孔骨小梁结构,继而粗糙接触面,并保持优良孔隙率,但是缺乏对患者的动态随访,也缺少对患者术后骨代谢的相关指标评价[4]。因此,为了提升我院THR的治疗效果,本研究选取60例老年股骨颈骨折患者为研究对象,探讨3D-精准构建臼杯和Pinnacle臼杯在THR中的应用效果及对患者骨特异性磷酸酶(BGP)、骨钙素(BAP)、Ⅰ型前胶原氨基端前肽(PINP)水平的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 筛选2019年6月至2022年6月老年股骨颈骨折患者60例,均行全髋关节置换手术,随机分为观察组30例与对照组30例。观察组男19例,女11例,年龄60～81岁,平均(71.12±4.26)岁。致伤原因:意外跌倒16例、高空坠落10例、车祸2例、股骨头无菌性坏死2例。对照组男18例,女12例,年龄61～80岁,平均(69.57±4.67)岁。意外跌倒18例、高空坠落9例、车祸2例、股骨头无菌性坏死1例。两组患者年龄、疾病等资料对比无统计学差异(均P>0.05)。病例纳入标准:有明确髋部外伤史,且均为股骨颈骨新鲜骨折;符合髋关节置换术手术治疗指征;年龄>60岁;精神状态良好;入组前未有髋部手术史与固定治疗;对本研究知情并签署同意书,且经医院伦理委员会批准。排除标准:先天性髋部急慢性病导致的骨代谢异常;合并神经损伤或髋部炎症;粉碎性骨折;存在严重的心脑血管疾病者;凝血功能障碍者;髋关节解剖结构异常者;合并精神疾病者;合并恶性肿或其他需要长期使用抗生素、激素治疗的疾病者;合并其他严重器质性病变疾病者;合并麻醉禁忌证者;存在药物依赖史者。

1.2 研究方法 所有患者均采取人工全髋关节置换治疗,均为腰硬联合麻醉,采取髋关节外侧入路,患者保持健侧卧位,作一弧形切口,使其位于髋关节后侧,起始位置为髂后上棘的下方约5 cm,终点位置为股骨干的下方约3 cm,切口长度约10～15 cm,将皮下组织以及皮肤逐层切开,对臀大肌、臀中肌行钝性分离处理,暴露外旋肌群并切开,显露后侧关节囊,将其切开后截除股骨颈,将股骨头取出。扩髓、安装假体试模,调试至满意为止,取出试模,安装股骨头假体,采用2枚髋臼螺钉来加强假体固定,摩擦面选择陶瓷-高交联聚乙烯。其中陶瓷股骨头则应用第4代氧化锆氧化铝陶瓷。随后进行复位髋关节后置管引流,常规放置引流管后,缝合切口。对照组:利用传统胶片模板法在患者的正位骨盆X线片上采取相关术前设计,预测臼杯假体的大小。安装假体的假体为Pinnacle臼杯[强生(上海)医疗器材有限公司;批准号国械注进2017346095950;型号Pinnacle Multihole髋臼杯;钛合金材质;性能结构:钛合金烧结涂层],应用比髋臼锉大1 mm压配技术并固定。观察组:通过实体打印的髋臼模型上,观察患者髋臼形态,并与健侧进行对比,判断真臼位置。随后观察患者的骨折程度和骨赘增生程度,评估髋臼后壁可削磨的范围。测量髋臼后壁厚度、股骨偏心距、臼窝前后径等数值,从而确定髋臼旋转中心,也就是假体的安放中心。术前行螺旋CT扫描后均进行模型运算,获得3D模型,以STL格式保存,按照一定的参数输出至3D快速成型机来制出模型。材料为:3D打印金属骨小梁金属臼杯(北京爱康宜诚医疗器材有限公司;批准号:国械注准20153461311;型号:金属髋臼外杯(金属骨小梁Ⅰ型);材质:钛合金;性能结构:3D打印钛合金骨小梁涂层),采用与髋臼锉同号压配技术并固定。

1.3 观察指标 ①疼痛程度:应用视觉模拟量表(VAS)评分,评价患者手术后3 d、术后1、3个月的运动VAS评分和静息VAS评分,观察患者疼痛程度,总分为0～10分,分数越低代表疼痛程度越低[5]。②BGP、BAP、PINP水平检测:分别在患者术后3 d、术后1、3个月抽取患者空腹静脉血5 ml,离心后取上层血清液,应用双抗体夹心法检测BGP、BAP、PINP表达水平。③Barthel指数与髋关节功能:分别在患者手术后3 d、术后1、3个月,应用前Barthel指数评定量表(Barthel指数)、髋关节功能(Harris)评分评价患者的运动功能变化;其中Harris髋关节评分,主要包含下肢畸形、功能、活动度和疼痛4个项目,共计100分,分数越高代表髋关节功能越好[6];Barthel指数主要用于评价患者的日常生活能力,其中包括10项内容,分数越高代表生活能力越好[7]。④并发症及慢性疼痛:对所有患者进行1年复查随访,观察并记录两组患者伤口脂肪液化、假体周围感染、假体松动等并发症发生率;并记录两组患者慢性疼痛发生率,慢性疼痛判定标准:术后疼痛的性质与术前不同,排除其他原因,存在髋关节相邻部位或手术部位新出现疼痛现象;术后疼痛间断或持续发作3个月以上;满足上述两项标准可以判定为慢性疼痛[8]。

2 结 果

2.1 两组患者疼痛程度对比 术后3 d两组患者运动VAS评分、静息VAS评分对比无统计学差异(均P>0.05)。术后1、3个月两组运动VAS评分、静息VAS评分均降低,术后3个月低于术后1个月和术后3 d,且观察组低于对照组(均P<0.05)。见表1。

表1 两组患者疼痛程度对比(分)

2.2 两组患者BGP、BAP、PINP水平对比 术后3 d两组患者BGP、BAP、PINP水平对比无统计学差异(均P>0.05)。术后1、3个月两组患者BGP、BAP、PINP水平明显升高,术后3个月明显高于术后1个月和术后3 d,且观察组高于对照组(均P<0.05)。见表2。

表2 两组患者BGP、BAP、PINP水平对比(ng/ml)

2.3 两组患者Barthel指数与髋关节功能对比 术后3 d两组患者Barthel指数与Harris评分对比无统计学差异(均P>0.05)。术后1、3个月两组Barthel指数、Harris评分均升高,术后3个月高于术后1个月和术后3 d,且观察组高于对照组(均P<0.05)。见表3。

表3 两组患者Barthel指数与髋关节功能对比(分)

2.4 两组患者术后近远期并发症及慢性疼痛发生情况对比 观察组1例患者术后3 d出现伤口脂肪液化,1例术后5个月出现假体周围感染,并发症发生率为6.67%;对照组2例患者分别在术后3个月和10个月出现假体周围感染,1例患者术后12个月出现假体松动,并发症发生率为10.00%,两组对比无统计学差异(P>0.05)。观察组慢性疼痛发生率6.67%,明显低于对照组26.67%(P>0.05)。见表4。

表4 两组患者术后近远期并发症及慢性疼痛发生情况对比[例(%)]

3 讨 论

老年股骨颈骨折患者常因身体机能减退,骨质条件不佳而使治疗方法受限,若骨质条件尚好,则可采用THR治疗,可降低骨折不愈合、延迟愈合、甚至股骨头缺血性坏死等风险,且患者术后便可下床活动,利于髋关节功能快速恢复,避免因长期卧床而引发压疮、坠积性肺炎、尿路感染等不良事件,对患者生活质量的提高有促进作用[9-11]。生物型髋臼假体初始稳定性与骨床宽臼杯完整性相关,尤其是髋臼壁对于假体的夹持,长期的稳定性取决于臼杯-骨组织是纤维组织填充还是骨长入。3D-ATC臼杯主要是应用3D打印技术熔化Ti-6Al-4V粉末,并利用逐层堆积的打印方式,逐渐形成多孔的骨小梁表面结构,应用计算机对多孔骨小梁表面结构的孔隙率和孔径大小进行控制,更利于氧气、营养物质交换,进而提升患者远期假体稳定性[12-14]。因此,本研究对Pinnacle臼杯与3D-ATC臼杯对THR的治疗效果进行对比,希望能够为临床提供参考意见。

本研究发现术后1、3个月两组运动VAS评分、静息VAS评分均降低,术后3个月低于术后1个月和术后3 d,且观察组更低。由此证明,对老年股骨颈骨折患者THR治疗中应用3D-ATC臼杯作为置换假体能够减轻患者术后远期疼痛程度。这主要是因为,虽然Pinnacle臼杯与3D-ATC臼杯均具有较好的骨长入能力和稳定性,但3D-ATC臼杯可以依照不同解剖结构设计最优的打钉位置,预防重要组织损伤,而且ATC假体的力学性能较好,其表现结构和正常松质骨类似,能够在人体内形成均匀的传导力,能够有效避免疲劳和应力遮挡,骨整合能力较高,减轻患者术后远期疼痛程度。陈宏亮等[15]研究发现,在髋关节翻修术中应用3D打印个性化生物型臼杯能够提升手术治疗效果,降低术后疼痛程度,与本研究结果相符;PINP来源于Ⅰ型前胶原的分解产物,可估计细胞合成胶原能力和成熟骨细胞活力,多用于监测骨形成速率。研究[16]发现,老年患者若出现骨性创伤,会对其骨代谢情况产生影响,其中BAP和BGP均是由成熟骨细胞释放的物质,参与骨代谢平衡调节,不仅能够反映骨功能和骨质情况,同时还能够反映骨细胞的活跃程度。Miyaoka 等[17]研究发现,BAP和BGP的水平越高骨更新率越快,更有利于患者术后恢复。本研究发现,术后1、3个月两组患者BGP、BAP、PINP水平明显升高,术后3个月明显高于术后1个月和术后3 d,且观察组高于对照组。提示全髋关节置换术患者采取3D-ATC臼杯比常规Pinnacle臼杯更能够提高骨代谢相关因子表达水平。这主要因为,3D-ATC臼杯可通过逐层堆积的打印方式,更多的形成多孔的骨小梁表面结构,并通过3D计算机打印技术来控制多孔骨小梁表面结构的孔隙率和孔径大小,形成孔与孔之间的100%互通,更有利于氧气、营养物质的交换,促进更多骨细胞和新生血管向空隙深部长入,进而提升患者骨代谢水平[18-19];术后1个月和3个月两组患者Barthel指数、Harris评分明显升高,术后3个月明显高于术后1个月和术后3 d,且观察组高于对照组。由此证明,全髋关节置换术患者采取3D-ATC臼杯比常规Pinnacle臼杯更能够提高患者髋关节功能,与马宁等[20]研究相符。这是因为,3D-ATC臼杯面较为粗糙,摩擦系数大,能够提升假体初始稳定性,因此3D-ATC臼杯患者早期负重行走之后不适感较轻,进而提升患者髋关节功能。另外,3D-ATC臼杯相容性较好,也有助于间充质干细胞分化成血管组织,进一步提升患者远期髋关节功能;两组患者并发症发生率对比无统计学差异,观察组慢性疼痛发生率明显低于对照组。这主要因为3D-ATC臼杯及3D重建技术所制定的假体更适应解剖新模式,提升手术精准程度,进而提升手术治疗的安全性,减少术后并发症与慢性疼痛情况。

综上所述,对老年股骨颈骨折采取全髋关节置换术患者采取3D-精准构建臼杯比常规Pinnacle臼杯更能够降低患者术后疼痛程度,提高骨代谢相关因子表达水平,促进髋关节功能水平恢复,减少慢性疼痛发生率,安全性较高,值得临床应用推广。