全髋关节置换所面临的挑战和对策
作者：周维江
单位：周维江(第二军医大学长征医院骨科，上海200003)
关键词：全髋关节置换；假体
第二军医大学学报000702 [中图分类号] R 687.4 [文献标识码] A
[文章编号] 0258-879X(2000)07-0603-02
自60年代Charnley低磨擦型假体问世以来，全髋关节置换术(total hip arthroplasty， THA)取得了很大的发展，主要得益于现代生物材料、生物力学和生物工程的进展。现在，全世界每年有数十万甚至上百万的患者接受这样的手术。无论是髋关节骨性关节炎、股骨头无菌性坏死,还是髋部的创伤、肿瘤，THA术在缓解关节疼痛、改善关节活动度、增进步行功能方面是其他手术难以替代的。THA和全膝关节置换术一样，也是许多人工关节置换术中最成熟的方法之一。我国开展THA虽然要比西方发达国家起步晚，但发展的速度非常快。
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1 人工关节负重面高耐磨材料的研究
目前THA并非尽善尽美，除了严格掌握适应证和有计划地培训关节外科医生之外，更应该清楚地认识到目前THA还存在着要迫切解决的问题。随着THA逐渐普及，假体松动作为它最重要的并发症愈加显露。当初认为松动主要是关节隐性低毒感染致使骨的溶解，从而使假体松动。后来发现是由骨水泥和高分子聚乙烯的磨损颗粒造成，甚至非骨水泥也不例外，它已成为影响假体长期稳定的罪魁。由巨噬细胞吞噬了磨损颗粒，释放一系列生物活性物质，使得骨质溶解。钛合金在假体应用得最广泛，因为它的生物相容性好，但最大缺点是不耐磨，而钴铬钼合金耐磨，但磨损颗粒所致的毒性远较钛合金要大。为预防这种所谓的“颗粒病”，减少假体磨损，在钴铬钼股骨头上加用金刚石涂层，同样与超高分子聚乙烯相配，其磨损大大减少。人们作了很多实验，如改变负重关节面材料，其中有些减少磨损的方法已经在临床上试用。
1.1 金属对金属 这方面的临床资料已经超过6万例。早在60年代和70年代，人们使用金属对金属假体，但失败率很高。这种第一代金属对金属假体的失败不是金属配合本身的问题，而是受当时条件限制，工程技术加工不良导致两者之间摩擦力大。1984年，Weber将28 mm 或32 mm 钴铬钼关节面金属再以超高分子聚乙烯作外衬，外包金属外壳，用螺丝钉固定在骨盆上，金属股骨头也是钴铬钼的。由于工艺改良今非昔比，这类THA取得了较好的结果。通过对死者的假体进行测量，磨损4.0～5.9 μm/年，而常用的金属对超高分子聚乙烯的磨损为1 mm /年左右。但是在临床广泛应用之前，假体设计的一些参数对磨损的影响有待进一步研究确定，如材料是锻造还是铸造、含碳量、表面粗糙度等，以便得到最好效果。
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1.2 陶瓷对陶瓷 上述金属对金属的确可以减少磨损，但人们注意到患者身体的血液或淋巴结中钴、镍、铬、钼金属离子浓度增高。虽然增加有限，但已证实，钴可以诱发心肌疾病，它们是否还会诱发肿瘤、过敏反应等尚不清楚，因而引起了人们的疑虑。考虑到这些毒性作用可能性时，自然想到陶瓷对陶瓷相配合的假体。临床上应用的陶瓷材料有两种：氧化铝和氧化锆。它们耐高温不降解，不溶于水，化学性质稳定，对人体无毒。在我国已经开始应用氧化铝陶瓷头对超高分子聚乙烯的THA假体，它的磨损是通常金属对聚乙烯假体的10%～50%。其优点还在于加工时可抛光得非常光滑；其次，它非常坚硬，碎屑进入关节不会损伤它的光滑面；由于非常好的亲水性，植入体内始终润滑。其缺点是价格为金属头的2倍；对股骨颈的大小设计上有严格的限制，否则容易造成颈上陶瓷头的碎裂。陶瓷对陶瓷的优点与金属对金属相同，即明显降低假体磨损，从而减少骨溶解和假体松动。由于它的惰性，没有金属全身中毒的可能。但是，陶瓷匹配仍有些不确定因素可造成磨损增加，但这种增加仍比金属对高分子聚乙烯磨损低得多。其原因不外乎是生产加工不良，或手术操作不当，如臼杯放置过于外展。对超重体质量患者主张以聚乙烯配合陶瓷头。陶瓷臼杯的设计时常将陶瓷为内衬，外壳为金属，以螺丝钉加固。目前认为压配式安装为好，不主张螺旋式设计，后者松动率高。
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1.3 交联式高分子聚乙烯( crosslinking ultra highmolecular mass polyethylene)髋臼假体 交联的方法是将高分子聚乙烯通过γ射线真空照射。但照射后会产生自由基，日后长久氧化，会影响其耐磨能力。所以，宜再将其加热至155℃达24 h，自由基随之消除。除放射法外，交联也可用化学方法。这种交联聚乙烯髋臼与金属的磨擦经临床和体外实验证实，具有良好的抗磨擦能力，与对照组比较，仅为它的15%左右。但是由于金属股骨头可能被脱落金属微粒磨损和聚乙烯经长时间体内氧化降解，因此实验中将交联髋臼氧化处理后再作实验，磨损结果仍然是常规假体磨损的15%。如再将股骨头做成粗面，磨损仅是对照组的20%，稍有增加。
2 股骨假体柄固定方式的研究
固定方式主要有骨水泥和非骨水泥两种，哪一种比较好，各家说法不一，但是经过同样病种、同样年龄组患者的对比观察，第三代骨水泥技术的固定与第二代非骨水泥比较，无论在大腿疼痛发生率和假体松动翻修方面，前者比后者强得多。与第三代非骨水泥假体的比较，因为时间短暂，尚不能下结论。最近骨水泥股骨柄固定问题的争论焦点在于假体的设计，特别是表面光滑度上：是光面好还是粗面好。众所周知，著名Charnley假体柄是光面的，取得了非常骄人的随访效果，翻修率很低。发展到70年代，假体改成了粗糙面，可是有些作者指出，粗糙面可造成股骨的溶解和假体松动。采用光面无领假体，当骨水泥固定后，它与假体界面的结合强度低，在受力以后，就会出现下沉，大约0.5 mm/1年。因为表面光，很少产生骨水泥的磨损，防止了骨溶解的发,而且柄的轻微下沉正好与骨水泥的粘弹蠕变和应力释放相适应。光柄在骨水泥内下沉，将缓解骨水泥与骨界面的应力传导，因而不容易造成该界面机械性失败——松动。而粗糙面却相反，假体与骨水泥结合强度好，表面粗糙容易造成其界面骨水泥磨损，导致溶骨。可是也有不同意见，认为骨水泥固定的粗面假体也能取得很好的效果，而光面下沉假体造成骨水泥张力、应力增大，持续下沉并非好事。也有作者认为，骨水泥假体的失败原因应该具体问题具体分析，这些因素包括：骨水泥技术、骨水泥质量、随访时间、松动诊断标准、患者体质量、性别、活动能力、假体柄的偏心距、颈长、假体抗扭转能力、表面处理等。有报道，对瑞典138 000例应用骨水泥柄的患者随访18年，其翻修率7.2%，这组粗糙柄翻修率稍稍高于光柄，但这种差别是非常小的。
THA所面临的挑战还很多，例如并发症的预防和治疗等，这里仅就人工关节负重面和假体柄固定问题作些讨论，以引起临床骨科医师的思考。
作者简介：周维江(1940-)，男(汉族)，教授，主任医师，博士生导师。
[收稿日期] 2000-02-22
[修回日期] 2000-06-12, 百拇医药
单位：周维江(第二军医大学长征医院骨科，上海200003)
关键词：全髋关节置换；假体
第二军医大学学报000702 [中图分类号] R 687.4 [文献标识码] A
[文章编号] 0258-879X(2000)07-0603-02
自60年代Charnley低磨擦型假体问世以来，全髋关节置换术(total hip arthroplasty， THA)取得了很大的发展，主要得益于现代生物材料、生物力学和生物工程的进展。现在，全世界每年有数十万甚至上百万的患者接受这样的手术。无论是髋关节骨性关节炎、股骨头无菌性坏死,还是髋部的创伤、肿瘤，THA术在缓解关节疼痛、改善关节活动度、增进步行功能方面是其他手术难以替代的。THA和全膝关节置换术一样，也是许多人工关节置换术中最成熟的方法之一。我国开展THA虽然要比西方发达国家起步晚，但发展的速度非常快。
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1 人工关节负重面高耐磨材料的研究
目前THA并非尽善尽美，除了严格掌握适应证和有计划地培训关节外科医生之外，更应该清楚地认识到目前THA还存在着要迫切解决的问题。随着THA逐渐普及，假体松动作为它最重要的并发症愈加显露。当初认为松动主要是关节隐性低毒感染致使骨的溶解，从而使假体松动。后来发现是由骨水泥和高分子聚乙烯的磨损颗粒造成，甚至非骨水泥也不例外，它已成为影响假体长期稳定的罪魁。由巨噬细胞吞噬了磨损颗粒，释放一系列生物活性物质，使得骨质溶解。钛合金在假体应用得最广泛，因为它的生物相容性好，但最大缺点是不耐磨，而钴铬钼合金耐磨，但磨损颗粒所致的毒性远较钛合金要大。为预防这种所谓的“颗粒病”，减少假体磨损，在钴铬钼股骨头上加用金刚石涂层，同样与超高分子聚乙烯相配，其磨损大大减少。人们作了很多实验，如改变负重关节面材料，其中有些减少磨损的方法已经在临床上试用。
1.1 金属对金属 这方面的临床资料已经超过6万例。早在60年代和70年代，人们使用金属对金属假体，但失败率很高。这种第一代金属对金属假体的失败不是金属配合本身的问题，而是受当时条件限制，工程技术加工不良导致两者之间摩擦力大。1984年，Weber将28 mm 或32 mm 钴铬钼关节面金属再以超高分子聚乙烯作外衬，外包金属外壳，用螺丝钉固定在骨盆上，金属股骨头也是钴铬钼的。由于工艺改良今非昔比，这类THA取得了较好的结果。通过对死者的假体进行测量，磨损4.0～5.9 μm/年，而常用的金属对超高分子聚乙烯的磨损为1 mm /年左右。但是在临床广泛应用之前，假体设计的一些参数对磨损的影响有待进一步研究确定，如材料是锻造还是铸造、含碳量、表面粗糙度等，以便得到最好效果。
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1.2 陶瓷对陶瓷 上述金属对金属的确可以减少磨损，但人们注意到患者身体的血液或淋巴结中钴、镍、铬、钼金属离子浓度增高。虽然增加有限，但已证实，钴可以诱发心肌疾病，它们是否还会诱发肿瘤、过敏反应等尚不清楚，因而引起了人们的疑虑。考虑到这些毒性作用可能性时，自然想到陶瓷对陶瓷相配合的假体。临床上应用的陶瓷材料有两种：氧化铝和氧化锆。它们耐高温不降解，不溶于水，化学性质稳定，对人体无毒。在我国已经开始应用氧化铝陶瓷头对超高分子聚乙烯的THA假体，它的磨损是通常金属对聚乙烯假体的10%～50%。其优点还在于加工时可抛光得非常光滑；其次，它非常坚硬，碎屑进入关节不会损伤它的光滑面；由于非常好的亲水性，植入体内始终润滑。其缺点是价格为金属头的2倍；对股骨颈的大小设计上有严格的限制，否则容易造成颈上陶瓷头的碎裂。陶瓷对陶瓷的优点与金属对金属相同，即明显降低假体磨损，从而减少骨溶解和假体松动。由于它的惰性，没有金属全身中毒的可能。但是，陶瓷匹配仍有些不确定因素可造成磨损增加，但这种增加仍比金属对高分子聚乙烯磨损低得多。其原因不外乎是生产加工不良，或手术操作不当，如臼杯放置过于外展。对超重体质量患者主张以聚乙烯配合陶瓷头。陶瓷臼杯的设计时常将陶瓷为内衬，外壳为金属，以螺丝钉加固。目前认为压配式安装为好，不主张螺旋式设计，后者松动率高。
, http://www.100md.com
1.3 交联式高分子聚乙烯( crosslinking ultra highmolecular mass polyethylene)髋臼假体 交联的方法是将高分子聚乙烯通过γ射线真空照射。但照射后会产生自由基，日后长久氧化，会影响其耐磨能力。所以，宜再将其加热至155℃达24 h，自由基随之消除。除放射法外，交联也可用化学方法。这种交联聚乙烯髋臼与金属的磨擦经临床和体外实验证实，具有良好的抗磨擦能力，与对照组比较，仅为它的15%左右。但是由于金属股骨头可能被脱落金属微粒磨损和聚乙烯经长时间体内氧化降解，因此实验中将交联髋臼氧化处理后再作实验，磨损结果仍然是常规假体磨损的15%。如再将股骨头做成粗面，磨损仅是对照组的20%，稍有增加。
2 股骨假体柄固定方式的研究
固定方式主要有骨水泥和非骨水泥两种，哪一种比较好，各家说法不一，但是经过同样病种、同样年龄组患者的对比观察，第三代骨水泥技术的固定与第二代非骨水泥比较，无论在大腿疼痛发生率和假体松动翻修方面，前者比后者强得多。与第三代非骨水泥假体的比较，因为时间短暂，尚不能下结论。最近骨水泥股骨柄固定问题的争论焦点在于假体的设计，特别是表面光滑度上：是光面好还是粗面好。众所周知，著名Charnley假体柄是光面的，取得了非常骄人的随访效果，翻修率很低。发展到70年代，假体改成了粗糙面，可是有些作者指出，粗糙面可造成股骨的溶解和假体松动。采用光面无领假体，当骨水泥固定后，它与假体界面的结合强度低，在受力以后，就会出现下沉，大约0.5 mm/1年。因为表面光，很少产生骨水泥的磨损，防止了骨溶解的发,而且柄的轻微下沉正好与骨水泥的粘弹蠕变和应力释放相适应。光柄在骨水泥内下沉，将缓解骨水泥与骨界面的应力传导，因而不容易造成该界面机械性失败——松动。而粗糙面却相反，假体与骨水泥结合强度好，表面粗糙容易造成其界面骨水泥磨损，导致溶骨。可是也有不同意见，认为骨水泥固定的粗面假体也能取得很好的效果，而光面下沉假体造成骨水泥张力、应力增大，持续下沉并非好事。也有作者认为，骨水泥假体的失败原因应该具体问题具体分析，这些因素包括：骨水泥技术、骨水泥质量、随访时间、松动诊断标准、患者体质量、性别、活动能力、假体柄的偏心距、颈长、假体抗扭转能力、表面处理等。有报道，对瑞典138 000例应用骨水泥柄的患者随访18年，其翻修率7.2%，这组粗糙柄翻修率稍稍高于光柄，但这种差别是非常小的。
THA所面临的挑战还很多，例如并发症的预防和治疗等，这里仅就人工关节负重面和假体柄固定问题作些讨论，以引起临床骨科医师的思考。
作者简介：周维江(1940-)，男(汉族)，教授，主任医师，博士生导师。
[收稿日期] 2000-02-22
[修回日期] 2000-06-12, 百拇医药