多孔涂层假体的标本制作及骨长入观察
作者：张亚东 齐进 杨庆铭
单位：张亚东(上海市长宁区中心医院骨科，上海 200335)；齐进(上海市伤骨科研究所，上海 200025)；杨庆铭(上海市伤骨科研究所，上海 200025)
关键词：多孔涂层假体；骨长入；界面
宁夏医学杂志000902 [摘要] 目的 掌握多孔涂层假体标本制作方法，开展对植入体内多孔涂层假体涂层界面内(porous-coated prosthesis interface)骨长入观察。方法 收集植入体内多孔涂层假体因其它原因而被翻修者10例。用纯丙酮液浸泡，间隔更换丙酮液，约2周使标本骨组织完全脱水干燥。以国产钻石刀粗切后低温塑料包埋，再用进口钻石切片机切片，甲苯胺蓝染色后光镜观察，表面喷金后电镜观察。结果 利用国产钻石切割刀先进行标本的粗制作，再用进口切片机切片克服了由于国内设备条件限制尚难以开展对植入体内多孔涂层假体表面骨长入研究的困境。对固定牢固的翻修假体观察到骨长入程度不尽相同，股骨柄侧多于髋臼侧，微孔涂层界面多于珍珠涂层界面。结论 运用标本制作方法能够满足对植入体内多孔涂层假体骨长入观察；骨长入证实及患者的良好临床效果说明在国人中应用多孔涂层假体通过骨长入从而固定假体的可靠性，为今后深入的研究建立了方法学。
, http://www.100md.com
[中图分类法] R681 [文献标识码] A
文章编号：1001-5949(2000)09-0516-02
Specimen production and observation of bone ingrowth into retrieved porous-coated prosthesis
ZHANG Ya-dong et al
(Dept.of Orthopaedices，Changning district Central Hosp.，Shanghai 200335，China)
[Abstract] Objectives exploring the methods of the specimen production of retrieved porous-coated prosthesis，beginning the observation of bone ingrowth into the porous-coated prosthesis interface.Methods Collecting 10 examples which were retrieved because of no prosthesis looseness.The prosthesis were immersed in the acetone for about two weeks，the acetone bath changed daily，untill dehydration was completed.the implants were resectioned into course specimens at first，then were embeded by methacrylate.Subsequently the coarse specimens were cut into thin slice with imported leize dimmond knife，the specimens were stained with tolnidine blue and were sprayed with gold respectively.which were observed with light microcopy and electron imaging.Results by mean of the described methods，We can produce the thin slice specimen to observe the bone ingrowth into the porous coating.according to our discovery，the bone ingrowth is more within the microporous coating interface than within the macro-porous coating interface.Conclusions The methods of specimen production that we utilize can satify for the observation of bone ingrowth.the confirm of bone ingrowth and the good clinical effect of patients explain the reliablity of applying porous-coated prostheses in china.the methods of specimen production was established for the research.
, 百拇医药
[Key words] Porous-coated prosthesis；Boneingrowth；Interface
由于人们对骨水泥固定假体后期较高松动率的担忧，近年来对多孔涂层假体(porous-coated prosthesis)的应用日益受到重视。部分患者良好的临床效果使人们看到了生物学机制固定假体的前景。目前国外不少研究机构陆续发表了有关翻修出的多孔涂层假体界面(interface)骨长入的研究报道[1]，探讨了促进骨长入的条件，为此不断地完善手术操作及假体设计。笔者收集了1998年5月-1999年4月翻修的多孔涂层假体10例，解决了标本制作难题，并对不同多孔涂层假体界面进行观察，现报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料：因不同原因失败行翻修术的植入体内多孔涂层假体10例，男6例，女4例，年龄38-65岁，平均55岁。假体置入时间为1-8年，平均5年。7例股骨侧，3例髋臼侧。国产珍珠面涂层股骨柄2例，国产微孔涂层面股骨柄3例，Biomet公司Ti-6Ai-4v浆涂(plasma-sprayed)涂层股骨柄2例，钛丝涂层髋臼3例。10例假体术中均见固定牢靠，需切骨取出，见有成熟骨紧密连接于涂层表面，所占比例各不相同。
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1.2 典型病例
例1，女，54岁，1989年因囊内骨折行国产全髋置换术。术后8年因髋痛入院翻修，术中取出良好固定的股骨柄及已松动由骨水泥固定聚乙烯髋臼。股骨柄为钴铬钼合金，表面近端1/2为微孔颗粒熔结型涂层面。
例2，女，53岁，1995年因囊内骨折在外院行进口全髋置换术。1998年因髋痛入院翻修。术中见髋臼内衬移位，髋臼外上面金属磨损，股骨柄假体固定良好。更换磨损的zimmer钛丝杯，见臼杯外上钛丝有黑染骨组织紧密连接。
例3，男，65岁，1995年因囊内骨折在外院行人工双极国产钴铬合金珍珠面柄股骨头置换。1998年因髋痛入院翻修。术中见假体柄内翻位，取出固定良好的股骨柄见有成熟骨紧密连接。
例4，女，59岁，1997年因囊内骨折在外院行Biomet人工股骨假体置换。术后髋关节活动一直受限，1998年入院翻修。术中见假体柄过长，取出良好固定的假体柄。
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1.3 方法：10例假体自人体内取出后生理盐水漂洗净血迹，丙酮液中浸泡间隔更换丙酮液约2周。取出后将假体用草图记录下，标出表面骨：用图像分析系统计算骨占涂层面的百分比。国产钻石切割刀先横断切割股骨柄，厚约10mm，再切下四周涂层部；对髋臼则先垂直切割约10mm厚，再分段切出小块。切割好粗标本用低温塑料包埋后烘干。在leize切片机上切出100μm以下薄片[2]。甲苯胺蓝染色后组织学观察，部分标本进行了表面喷金后JEol电镜下观察。
2 结果
大体观 2 例国产珍珠面股骨柄表面骨占涂层面积百分比平均24.4%，3例国产微孔面股骨柄表面骨占涂层面积百分比平均约70%，2例Biomet股骨表面骨占百分比平均80.71%，3例髋臼钛丝涂层表面骨占百分比平均10.5%。表面骨分布假体柄以近端涂层为多，髋臼以外上象限为多。光镜下：有表面骨覆盖的涂层内并非全部都有骨直接长入，无骨长入的地方可看到为纤维组织分隔。骨长入多少顺序由高到低如下：Ti6Ai4V涂层→微孔面→珍珠面→钛丝。Ti6Ai4V涂层内见到磨屑及吞噬磨屑的多核巨细胞。电镜下，见到Ti6Ai4V及钛丝涂层内多量磨屑及脱颗粒，钴合金的微孔涂层有脱颗粒。
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3 讨论
在大量动物实验证实有骨长入金属微孔基础上，20世纪70年代人们开始将多孔涂层假体应用于人类，以期通过骨长入涂层内生物学固定达到稳定假体的目的。随后国外率先对翻修出的或经尸体获取的多孔涂层假体骨长入研究，取得了一定的经验。但由于国内关节置换起步较晚，植入体内的多孔涂层假体不易获得及制作假体标本的设备不足，极少见到该方面报道。我们利用上海玉石雕刻厂国产钻石刀进行粗制作后，再借助上海市伤骨科研究所进口切片机完成了标本制作。结合文献复习，现总结如下。
3.1 对植入体内多孔涂层内骨长入的观察，首先要完成标本的制作。尽管国内已可用自行研制[3]或进口的切片机对含坚硬组织如骨、假体等实验标本进行显微切片，但如何对翻修出的多孔涂层假体进行标本制作目前尚未见报道。线形切割由于需要导电无法对含有组织的金属切割。我们利用国产钻石刀切割成粗标本后再低温塑料包埋，显微切片后镜下观察满意。不同于国外骨水泥整体包埋后切割出预标本，再打磨成薄片[4]。
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3.2 10例假体翻修时见假体固定牢固，需要较高专业技术才能顺利取出。说明多孔涂层假体通过骨长入足以稳定假体。我们观察到每例假体骨长入都是有限的。假设有表面紧密骨连接的都有同等骨长入的话，最多的钛合金涂层内骨长入也只是80.74%，何况我们观察的结果该假设并不成立，即骨长入数量远小于此。动物实验证实满足骨长入需假体即刻达到稳定及假体与骨质的紧密接触。本文中柄假体以近端涂层、髋臼以外上象限骨长入居多，这可能即是柄假体以近端与周围骨接触紧密(<2mm)，髋臼以外上部接触紧密。尽管理论上骨长入能力在100%，但究竟骨长多少才能达到假体长期稳定还不明了。通过本文1例已术后8年而因其它原因手术的病例观察，假体稳定并不是骨长入越多假体就越稳定，其它因素有待研究。如磨屑产生的骨溶解现象。本文中在钛合金多孔涂层中骨长入尽管多于钴合金涂层，但由于它的不耐磨及脱颗粒引进的多核巨细胞聚集释放细胞因子溶解骨质，势必会产生假体松动。
3.3 假体材料性质及涂层界面设计也影响骨长入。本文中钛合金涂层内骨长入多于微孔钴合金涂层，有学者认为这是因钛的良好相容性使骨与假体间有直接的化学连接出现骨整合促进骨长入。加之钛良好的弹性模量，钛合金假体的应用日益普及。同是钴合金假体，由于微孔涂层孔径在350-550μm，孔隙率45%，珍珠面涂层孔径在1000μm，孔隙率在50%而出现骨长入差异。目前一般认为孔径在100-400μm才利于骨长入涂层锚合假体。
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作者简介：张亚东，男(1966年-)，安徽籍，学士学位，主治医师，从事骨与关节病治疗专业。
参考文献
[1] Callaghan.The Clinical Results and basic science of total hip arthro plasty with porous-coated prothesis[J].The Journal of Bone and Joint Surgery，1993，75-A 2：299-310.
[2] 徐荣辉.未脱钙骨酶组织化学研究新技术-纸温塑料包埋切片技术[J].解剖学通报，1983，6：174.
[3] 戴克戎，洪汉州，郑泽坤，等.多孔表面人工关节的实验研究[J].中华骨科杂志，1989，9：432.
[4] Bloebaum，Rhodes，Rubman，et al.Bilateral tibial components of different cement less designs and materials[J].Clinical Orthopaedics and Related Research，1997，268：179-187.
收稿：2000-05-10
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单位：张亚东(上海市长宁区中心医院骨科，上海 200335)；齐进(上海市伤骨科研究所，上海 200025)；杨庆铭(上海市伤骨科研究所，上海 200025)
关键词：多孔涂层假体；骨长入；界面
宁夏医学杂志000902 [摘要] 目的 掌握多孔涂层假体标本制作方法，开展对植入体内多孔涂层假体涂层界面内(porous-coated prosthesis interface)骨长入观察。方法 收集植入体内多孔涂层假体因其它原因而被翻修者10例。用纯丙酮液浸泡，间隔更换丙酮液，约2周使标本骨组织完全脱水干燥。以国产钻石刀粗切后低温塑料包埋，再用进口钻石切片机切片，甲苯胺蓝染色后光镜观察，表面喷金后电镜观察。结果 利用国产钻石切割刀先进行标本的粗制作，再用进口切片机切片克服了由于国内设备条件限制尚难以开展对植入体内多孔涂层假体表面骨长入研究的困境。对固定牢固的翻修假体观察到骨长入程度不尽相同，股骨柄侧多于髋臼侧，微孔涂层界面多于珍珠涂层界面。结论 运用标本制作方法能够满足对植入体内多孔涂层假体骨长入观察；骨长入证实及患者的良好临床效果说明在国人中应用多孔涂层假体通过骨长入从而固定假体的可靠性，为今后深入的研究建立了方法学。
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[中图分类法] R681 [文献标识码] A
文章编号：1001-5949(2000)09-0516-02
Specimen production and observation of bone ingrowth into retrieved porous-coated prosthesis
ZHANG Ya-dong et al
(Dept.of Orthopaedices，Changning district Central Hosp.，Shanghai 200335，China)
[Abstract] Objectives exploring the methods of the specimen production of retrieved porous-coated prosthesis，beginning the observation of bone ingrowth into the porous-coated prosthesis interface.Methods Collecting 10 examples which were retrieved because of no prosthesis looseness.The prosthesis were immersed in the acetone for about two weeks，the acetone bath changed daily，untill dehydration was completed.the implants were resectioned into course specimens at first，then were embeded by methacrylate.Subsequently the coarse specimens were cut into thin slice with imported leize dimmond knife，the specimens were stained with tolnidine blue and were sprayed with gold respectively.which were observed with light microcopy and electron imaging.Results by mean of the described methods，We can produce the thin slice specimen to observe the bone ingrowth into the porous coating.according to our discovery，the bone ingrowth is more within the microporous coating interface than within the macro-porous coating interface.Conclusions The methods of specimen production that we utilize can satify for the observation of bone ingrowth.the confirm of bone ingrowth and the good clinical effect of patients explain the reliablity of applying porous-coated prostheses in china.the methods of specimen production was established for the research.
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[Key words] Porous-coated prosthesis；Boneingrowth；Interface
由于人们对骨水泥固定假体后期较高松动率的担忧，近年来对多孔涂层假体(porous-coated prosthesis)的应用日益受到重视。部分患者良好的临床效果使人们看到了生物学机制固定假体的前景。目前国外不少研究机构陆续发表了有关翻修出的多孔涂层假体界面(interface)骨长入的研究报道[1]，探讨了促进骨长入的条件，为此不断地完善手术操作及假体设计。笔者收集了1998年5月-1999年4月翻修的多孔涂层假体10例，解决了标本制作难题，并对不同多孔涂层假体界面进行观察，现报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料：因不同原因失败行翻修术的植入体内多孔涂层假体10例，男6例，女4例，年龄38-65岁，平均55岁。假体置入时间为1-8年，平均5年。7例股骨侧，3例髋臼侧。国产珍珠面涂层股骨柄2例，国产微孔涂层面股骨柄3例，Biomet公司Ti-6Ai-4v浆涂(plasma-sprayed)涂层股骨柄2例，钛丝涂层髋臼3例。10例假体术中均见固定牢靠，需切骨取出，见有成熟骨紧密连接于涂层表面，所占比例各不相同。
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1.2 典型病例
例1，女，54岁，1989年因囊内骨折行国产全髋置换术。术后8年因髋痛入院翻修，术中取出良好固定的股骨柄及已松动由骨水泥固定聚乙烯髋臼。股骨柄为钴铬钼合金，表面近端1/2为微孔颗粒熔结型涂层面。
例2，女，53岁，1995年因囊内骨折在外院行进口全髋置换术。1998年因髋痛入院翻修。术中见髋臼内衬移位，髋臼外上面金属磨损，股骨柄假体固定良好。更换磨损的zimmer钛丝杯，见臼杯外上钛丝有黑染骨组织紧密连接。
例3，男，65岁，1995年因囊内骨折在外院行人工双极国产钴铬合金珍珠面柄股骨头置换。1998年因髋痛入院翻修。术中见假体柄内翻位，取出固定良好的股骨柄见有成熟骨紧密连接。
例4，女，59岁，1997年因囊内骨折在外院行Biomet人工股骨假体置换。术后髋关节活动一直受限，1998年入院翻修。术中见假体柄过长，取出良好固定的假体柄。
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1.3 方法：10例假体自人体内取出后生理盐水漂洗净血迹，丙酮液中浸泡间隔更换丙酮液约2周。取出后将假体用草图记录下，标出表面骨：用图像分析系统计算骨占涂层面的百分比。国产钻石切割刀先横断切割股骨柄，厚约10mm，再切下四周涂层部；对髋臼则先垂直切割约10mm厚，再分段切出小块。切割好粗标本用低温塑料包埋后烘干。在leize切片机上切出100μm以下薄片[2]。甲苯胺蓝染色后组织学观察，部分标本进行了表面喷金后JEol电镜下观察。
2 结果
大体观 2 例国产珍珠面股骨柄表面骨占涂层面积百分比平均24.4%，3例国产微孔面股骨柄表面骨占涂层面积百分比平均约70%，2例Biomet股骨表面骨占百分比平均80.71%，3例髋臼钛丝涂层表面骨占百分比平均10.5%。表面骨分布假体柄以近端涂层为多，髋臼以外上象限为多。光镜下：有表面骨覆盖的涂层内并非全部都有骨直接长入，无骨长入的地方可看到为纤维组织分隔。骨长入多少顺序由高到低如下：Ti6Ai4V涂层→微孔面→珍珠面→钛丝。Ti6Ai4V涂层内见到磨屑及吞噬磨屑的多核巨细胞。电镜下，见到Ti6Ai4V及钛丝涂层内多量磨屑及脱颗粒，钴合金的微孔涂层有脱颗粒。
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3 讨论
在大量动物实验证实有骨长入金属微孔基础上，20世纪70年代人们开始将多孔涂层假体应用于人类，以期通过骨长入涂层内生物学固定达到稳定假体的目的。随后国外率先对翻修出的或经尸体获取的多孔涂层假体骨长入研究，取得了一定的经验。但由于国内关节置换起步较晚，植入体内的多孔涂层假体不易获得及制作假体标本的设备不足，极少见到该方面报道。我们利用上海玉石雕刻厂国产钻石刀进行粗制作后，再借助上海市伤骨科研究所进口切片机完成了标本制作。结合文献复习，现总结如下。
3.1 对植入体内多孔涂层内骨长入的观察，首先要完成标本的制作。尽管国内已可用自行研制[3]或进口的切片机对含坚硬组织如骨、假体等实验标本进行显微切片，但如何对翻修出的多孔涂层假体进行标本制作目前尚未见报道。线形切割由于需要导电无法对含有组织的金属切割。我们利用国产钻石刀切割成粗标本后再低温塑料包埋，显微切片后镜下观察满意。不同于国外骨水泥整体包埋后切割出预标本，再打磨成薄片[4]。
, 百拇医药
3.2 10例假体翻修时见假体固定牢固，需要较高专业技术才能顺利取出。说明多孔涂层假体通过骨长入足以稳定假体。我们观察到每例假体骨长入都是有限的。假设有表面紧密骨连接的都有同等骨长入的话，最多的钛合金涂层内骨长入也只是80.74%，何况我们观察的结果该假设并不成立，即骨长入数量远小于此。动物实验证实满足骨长入需假体即刻达到稳定及假体与骨质的紧密接触。本文中柄假体以近端涂层、髋臼以外上象限骨长入居多，这可能即是柄假体以近端与周围骨接触紧密(<2mm)，髋臼以外上部接触紧密。尽管理论上骨长入能力在100%，但究竟骨长多少才能达到假体长期稳定还不明了。通过本文1例已术后8年而因其它原因手术的病例观察，假体稳定并不是骨长入越多假体就越稳定，其它因素有待研究。如磨屑产生的骨溶解现象。本文中在钛合金多孔涂层中骨长入尽管多于钴合金涂层，但由于它的不耐磨及脱颗粒引进的多核巨细胞聚集释放细胞因子溶解骨质，势必会产生假体松动。
3.3 假体材料性质及涂层界面设计也影响骨长入。本文中钛合金涂层内骨长入多于微孔钴合金涂层，有学者认为这是因钛的良好相容性使骨与假体间有直接的化学连接出现骨整合促进骨长入。加之钛良好的弹性模量，钛合金假体的应用日益普及。同是钴合金假体，由于微孔涂层孔径在350-550μm，孔隙率45%，珍珠面涂层孔径在1000μm，孔隙率在50%而出现骨长入差异。目前一般认为孔径在100-400μm才利于骨长入涂层锚合假体。
, 百拇医药
作者简介：张亚东，男(1966年-)，安徽籍，学士学位，主治医师，从事骨与关节病治疗专业。
参考文献
[1] Callaghan.The Clinical Results and basic science of total hip arthro plasty with porous-coated prothesis[J].The Journal of Bone and Joint Surgery，1993，75-A 2：299-310.
[2] 徐荣辉.未脱钙骨酶组织化学研究新技术-纸温塑料包埋切片技术[J].解剖学通报，1983，6：174.
[3] 戴克戎，洪汉州，郑泽坤，等.多孔表面人工关节的实验研究[J].中华骨科杂志，1989，9：432.
[4] Bloebaum，Rhodes，Rubman，et al.Bilateral tibial components of different cement less designs and materials[J].Clinical Orthopaedics and Related Research，1997，268：179-187.
收稿：2000-05-10
, http://www.100md.com