馬 濤，張育民,郝林杰，宋 偉，文鵬飛

西安交通大學(xué)附屬紅會(huì)醫(yī)院髖關(guān)節(jié)外科(西安710054)

人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)一般包括全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)及半髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(即人工股骨頭置換術(shù))。早期的髖關(guān)節(jié)置換術(shù)由于磨損顆粒引起的異物反應(yīng)，嚴(yán)重影響了假體的遠(yuǎn)期效果。因此，為了延長(zhǎng)假體長(zhǎng)期生存率，如何降低甚至消除假體摩擦界面的磨損和磨損顆粒的產(chǎn)生以及由此而導(dǎo)致的一系列不良就成為了研究重點(diǎn)，新型材料的研制以及假體固定方式的不斷改進(jìn)都使得關(guān)節(jié)外科取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

1材 料理想的人工關(guān)節(jié)材料應(yīng)該具有很好的耐磨損、抗腐蝕性能，以及良好的生物相容性，具有較好的抗疲勞強(qiáng)度，對(duì)機(jī)體無(wú)任何毒副作用，其彈性模量接近于人體的骨質(zhì)。界面材料最好不產(chǎn)生磨碎微粒，或者產(chǎn)生后不會(huì)引起骨溶解等并發(fā)癥。現(xiàn)階段使用的人工髖關(guān)節(jié)材料主要有金屬材料、聚乙烯材料、陶瓷材料，還有一些臨床應(yīng)用較少或者正在試驗(yàn)階段的材料，比如碳纖維、玻璃纖維、PEEK(Polyetheretherketone)、PEI(Polyethylenimine)等。

2假體摩擦界面髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后摩擦界面產(chǎn)生磨損顆粒引起骨溶解、假體松動(dòng)等，最終導(dǎo)致假體失敗。為了降低關(guān)節(jié)負(fù)重界面的磨損顆粒的產(chǎn)生以及引發(fā)的不良生物型反應(yīng)，延長(zhǎng)假體生存期，出現(xiàn)了多種負(fù)重界面，最常用的為金屬-聚乙烯(Metal- polyethylene，M-P)界面，隨著材料科學(xué)及制造業(yè)的發(fā)展，金屬-金屬(Metal-metal，M-M)及陶瓷-陶瓷(Ceramic-ceramic,C-C)等組成的摩擦界面在臨床上也大量使用。金屬-聚乙烯假體已在臨床應(yīng)用多年，最突出的問(wèn)題仍為聚乙烯磨損產(chǎn)生的顆粒問(wèn)題，聚乙烯顆粒已被認(rèn)為是引起骨質(zhì)溶解導(dǎo)致無(wú)菌性松動(dòng)的主要原因之一，同時(shí)，也會(huì)因?yàn)榻饘偌袤w的磨損產(chǎn)生少量金屬離子。雖然近年來(lái)高交聯(lián)聚乙烯較多應(yīng)用于臨床，相對(duì)傳統(tǒng)的聚乙烯材料明顯降低了材料的磨損率，但是仍未能徹底解決磨損碎屑問(wèn)題[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2008年時(shí)，美國(guó)75%的髖關(guān)節(jié)置換使用的是交聯(lián)聚乙烯假體，是普通聚乙烯使用量的10倍多[3]。另外，交聯(lián)聚乙烯材料由于經(jīng)過(guò)射線照射，會(huì)產(chǎn)生氧自由基，雖然通過(guò)添加維生素E等措施進(jìn)行抗氧化處理，但是其抗疲勞性能仍需長(zhǎng)期的觀察和研究[4]。新一代金屬-金屬和陶瓷-陶瓷均屬于硬-硬(Hard-hard)的假體界面，有較多研究都表明具有較高的假體生存率，尤其是更適用于活動(dòng)量大或者年輕患者，其10年生存率達(dá)到90.8%～97.4%[5]。相對(duì)于金屬-聚乙烯假體，其界面更光滑，摩擦率更低，明顯降低磨損，骨溶解發(fā)生率更低。相比M-P假體，第二代M-M假體不論是線性磨損率還是容積磨損率，均大大降低。據(jù)報(bào)道，在最初的1～2年的磨合期，M-M假體線性磨損率為20～25 μm/年，隨后處于穩(wěn)定期，降低為2.5～10 μm /年，相對(duì)于傳統(tǒng)的M-P假體，降低了20～180倍[6-7]。通過(guò)體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，M-M假體容積磨損率為0.06～0.11 mm3/百萬(wàn)圈，而M-P假體中高交聯(lián)聚乙烯為3 mm3/百萬(wàn)周期[8]。另外，M-M假體具有自拋光功能(Self-polishing function)，能夠去除由其它微粒引起的表面刮痕，保持摩擦界面的光滑，降低摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)假體壽命[9]。M-M假體另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可以使用大球頭的關(guān)節(jié)假體。一方面，通過(guò)增加股骨頭直徑可以提高關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，降低脫位發(fā)生率，另一方面，相比于M-P假體并不會(huì)增加磨損率。相對(duì)于小球頭，M-M假體大球頭能夠縮短磨合期，并且降低這一期的容積磨損率[10]。在經(jīng)過(guò)磨合期進(jìn)入穩(wěn)定器之后，不論球頭大小，其磨損率均大致相似[11]。此外，M-M假體也具有降低假體周圍骨溶解發(fā)生率的潛力。在一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究中，對(duì)比39例M-M髖置換和39例M-P置換術(shù)后假體周圍骨溶解發(fā)生情況，在平均69個(gè)月的隨訪期內(nèi)，M-P假體有9例發(fā)生，而M-M假體無(wú)一例發(fā)生[12]。M-M假體同樣也存在缺點(diǎn)，主要是假體磨損碎屑導(dǎo)致的局部及全身反應(yīng)。局部反應(yīng)主要是假體周圍局部軟組織發(fā)生一些不良反應(yīng)，主要有無(wú)菌性淋巴細(xì)胞脈管炎損害(Aseptic lymphocyticvasculitis-associated lesions，ALVAL)、炎性假瘤以及局部骨溶解。全身反應(yīng)不要為金屬離子在人體內(nèi)升高以及潛在的生物毒性，雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明鈷、鉻等離子的致癌作用，但是仍然缺乏M-M假體釋放的金屬離子與人體腫瘤等疾病具有相關(guān)性的充分證據(jù)。早期的C-C假體由于設(shè)計(jì)及材料的原因，失敗率較高。現(xiàn)在使用的多為第三或第四代陶瓷假體，具有良好的中期效果[5]。C-C假體最大的優(yōu)勢(shì)在于磨損更低、磨損顆粒所導(dǎo)致的不良反應(yīng)更小以及磨損顆粒相關(guān)的骨溶解發(fā)生率更低。其容積磨損率為0.004～0.05 mm3/百萬(wàn)周期[13]，線性磨損率為0.025～0.05 μm /年，為M-M假體的1/100，是M-P假體的1/2000～1/10000[14]。C-C假體最大的問(wèn)題在于假體的碎裂以及術(shù)后關(guān)節(jié)異響?，F(xiàn)代的C-C假體碎裂概率較前已經(jīng)明顯下降，但仍未能完全避免，約為0.004%[15]。所謂關(guān)節(jié)異響指在髖關(guān)節(jié)活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的高音調(diào)可聽(tīng)見(jiàn)的聲音，其發(fā)生率報(bào)道不一，從0.5%～21%不等[16-18]。雖然異響與臨床效果并無(wú)明顯相關(guān)性，大多數(shù)關(guān)節(jié)異響的患者具有良好的功能及較高的滿意度，通過(guò)改進(jìn)關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)以及精確地假體植入可以進(jìn)一步降低其發(fā)生率，但其具體機(jī)制仍不清楚，但仍需深入研究[19]。另外，C-C關(guān)節(jié)假體易受摩擦碎屑的影響，關(guān)節(jié)表面極小的瑕疵也會(huì)迅速加速假體的磨損。C-C關(guān)節(jié)置換術(shù)對(duì)術(shù)者技術(shù)要求較高，假體位置安放精度要求也較高。近年來(lái)，陶瓷-金屬(Ceramic-metal，C-M)界面也開(kāi)始出現(xiàn)，也屬于硬-硬(hard-hard)的假體界面。通過(guò)髖關(guān)節(jié)模擬器及臨床研究證實(shí)C-M界面假體磨損產(chǎn)生的金屬離子較M-M界面假低，可以降低金屬離子引起的一系列并發(fā)癥。較C-C界面假體，C-M界面假體理論上可以使用更薄的金屬髖臼，從而使用更大直徑的球頭，可以進(jìn)一步降低股骨頭脫位以及球頭碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。但是，C-M界面假體在臨床使用時(shí)間短，數(shù)量少，缺乏全面及長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)去進(jìn)一步評(píng)估。另外，陶瓷-高交聯(lián)聚乙烯(Ceramic-highly crosslinked polyethylene ,C-Pxl)界面近年也較多應(yīng)用于臨床。Amanatullah等[20]對(duì)357例隨機(jī)采用C-C界面或者C- Pxl界面的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者進(jìn)行比較，雖然兩者臨床效果評(píng)分上并無(wú)明顯差別，但是C-C界面的磨損幾乎是C- Pxl界面磨損率的1/10，而C- Pxl界面假體其陶瓷的碎裂率及異響率明顯較低。

3固定方式假體的機(jī)械性松動(dòng)仍是目前關(guān)節(jié)置換失敗的一個(gè)重要原因，固定方式尤為關(guān)鍵。現(xiàn)階段，假體的固定方式主要有兩種：骨水泥固定和非骨水泥固定。最早出現(xiàn)的是骨水泥固定，由于使用后出現(xiàn)假體的松動(dòng)、下沉等問(wèn)題，隨后又出現(xiàn)了非骨水泥固定方式，同時(shí)，骨水泥固定技術(shù)也在不斷的改進(jìn)與提高中，人工關(guān)節(jié)的固定方式依然朝著兩個(gè)方向發(fā)展。長(zhǎng)期的隨訪發(fā)現(xiàn)，骨水泥固定與非骨水泥固定的遠(yuǎn)期效果相似。目前初次髖關(guān)節(jié)置換術(shù)髖臼側(cè)固定傾向于非骨水泥固定方式，僅在翻修術(shù)中髖臼有明顯骨質(zhì)缺失時(shí)使用骨水泥固定。股骨柄的固定也以生物固定方式為首選，但對(duì)于一些高齡、骨質(zhì)疏松以及存在骨質(zhì)缺失的腫瘤患者等仍需使用骨水泥固定。對(duì)于全髖關(guān)節(jié)置換，混合型固定也較為常見(jiàn)，即股骨柄側(cè)使用骨水泥固定，而髖臼側(cè)使用生物固定方式。

3.1 骨水泥固定 骨水泥固定即通過(guò)在骨與假體間隙中填充骨水泥，通過(guò)容積填充以及骨水泥與骨床之間的微交鎖而達(dá)到機(jī)械穩(wěn)定的方式[21]。骨水泥技術(shù)經(jīng)歷了四代的發(fā)展，目前多使用的為第三代及第四代技術(shù)?，F(xiàn)代骨水泥技術(shù)包括真空攪拌、髓腔沖洗、髓腔栓、骨水泥槍、加壓固定、假體柄的中位化等[21]。隨著骨水泥固定技術(shù)的不斷提高，其假體遠(yuǎn)期生存率較前已有明顯提高，10年生存率可達(dá)到96%，18年生存率可達(dá)到81%[22]。相對(duì)于生物固定，骨水泥固定可以達(dá)到早期固定的效果，患者可以較早下床活動(dòng)，減少了術(shù)后長(zhǎng)時(shí)間臥床所帶來(lái)的并發(fā)癥。但是，骨水泥碎屑顆粒引起的周圍骨溶解現(xiàn)象仍然難以解決，另外，骨水泥也存在疲勞效應(yīng)，長(zhǎng)期使用后可能會(huì)出現(xiàn)較小的碎裂等現(xiàn)象，難以達(dá)到長(zhǎng)久牢靠的固定效果。通過(guò)進(jìn)一步降低骨水泥孔隙率，提高均勻度等增強(qiáng)骨水泥強(qiáng)度而加強(qiáng)骨水泥固定效果，但是程度有限。也可通過(guò)骨水泥中加入一些羥基磷灰石或者小骨粒等方式來(lái)加強(qiáng)骨水泥強(qiáng)度及固定效果，但臨床上尚未推廣使用。理論上，加強(qiáng)假體表面的粗糙程度可以增強(qiáng)其與骨水泥的結(jié)合強(qiáng)度，但是目前仍存在爭(zhēng)議。相信隨著骨水泥技術(shù)的不斷改進(jìn)以及新型骨水泥材料的出現(xiàn)，骨水泥固定關(guān)節(jié)置換術(shù)依然會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)期存在。

3.2 非骨水泥固定 非骨水泥固定即生物固定方式，主要是通過(guò)緊密壓配原則(Press-fit)而達(dá)到固定，為了達(dá)到骨與假體界面的牢固結(jié)合，盡量改善骨-假體界面生物學(xué)及力學(xué)狀態(tài)，通過(guò)等離子噴涂、高溫?zé)Y(jié)等技術(shù)對(duì)假體進(jìn)行表面處理，主要有兩種方式：改變假體表面形態(tài)和其表面生物學(xué)改進(jìn)。假體表面形態(tài)的改變主要是增大表面積，從而增強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度。主要有巨孔型及微孔型。巨孔型假體其孔隙大小一般為0.5～2 mm，通過(guò)表面粗糙化，使得骨組織交錯(cuò)生長(zhǎng)來(lái)達(dá)到生物固定，屬于早期的人工關(guān)節(jié)假體表面類型，比如珊瑚面和珍珠面髖關(guān)節(jié)假體。微孔型孔隙為微米級(jí)別，孔徑多為100～700μm，不同類型其孔隙容積率各不相同，比如金剛砂磨面和多孔面，具有較好的骨長(zhǎng)入。對(duì)假體表面生物學(xué)特性的改變主要是通過(guò)一些具有特殊生物學(xué)活性的材料進(jìn)行表面噴涂而達(dá)到的，最常見(jiàn)的為羥基磷灰石(HA)噴涂假體，與骨組織構(gòu)成具有誘導(dǎo)骨長(zhǎng)入。近年來(lái)，隨著復(fù)合材料逐漸使用，在微孔涂層基礎(chǔ)上出現(xiàn)了復(fù)合涂層，進(jìn)一步增強(qiáng)涂層強(qiáng)度或者增加涂層表面積，近年來(lái)發(fā)展迅速，比如陶瓷-HA、鈦-HA復(fù)合涂層等。有學(xué)者[23]將BMP-2(Bone morphogenetic protein-2)復(fù)合至假體涂層表面，表明其能夠明顯促進(jìn)干細(xì)胞的增殖、分化為成骨細(xì)胞，促進(jìn)新生骨形成，但是目前仍未應(yīng)用于臨床。非骨水泥固定初期多采用螺釘或緊壓配合等方法, 并通過(guò)骨長(zhǎng)入使骨與假體表面形成緊密地生物固定。相比于骨水泥固定，具有手術(shù)時(shí)間短、創(chuàng)傷小、風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)小等優(yōu)點(diǎn), 避免了骨水泥的不良反應(yīng)以及術(shù)后假體翻修所帶來(lái)的取出麻煩、骨質(zhì)破壞過(guò)多等問(wèn)題。非骨水泥固定也存在不足，其遠(yuǎn)期失敗的主要原因是應(yīng)力遮擋等引起的假體周圍骨溶解、術(shù)后大腿痛，另外，由于非骨水泥固定是通過(guò)緊密壓配原則固定，容易出現(xiàn)假體周圍骨折而導(dǎo)致失敗。

4髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)最早出現(xiàn)于19世紀(jì)30年代，跨越了了幾十年的技術(shù)發(fā)展。髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)在設(shè)計(jì)上不同于傳統(tǒng)的全髖置換，其保留了股骨頸，沒(méi)有承重的股骨柄，并且使用較大的球頭，頭頸比例和生理接近。早期的髖表面置換由金屬股骨頭及聚乙烯髖臼構(gòu)成，由于材料技術(shù)等限制，去掉了較多的髖臼側(cè)骨質(zhì)，嚴(yán)重的聚乙烯磨損碎屑，導(dǎo)致了嚴(yán)重的髖臼及股骨側(cè)骨吸收。早期的髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)失敗的的主要原因是較高的無(wú)菌性松動(dòng)、磨損及骨溶解發(fā)生率[24-26]。隨著全髖技術(shù)的發(fā)展，其適應(yīng)癥也越來(lái)越廣，患者的年齡不再是手術(shù)的禁忌癥，而活動(dòng)量較大的年輕患者THA術(shù)后有較高的失敗率并且難以滿足患者功能要求。隨著新的摩擦負(fù)重界面、更好的固定方式以及手術(shù)技術(shù)的提高，髖關(guān)節(jié)表面置換又重新進(jìn)入了人們的視線?，F(xiàn)階段髖關(guān)節(jié)表面置換主要使用大球頭的MOM界面假體，大多采用髖臼側(cè)生物固定及股骨側(cè)水泥固定的混合固定模式，髖臼假體一般不超過(guò)5mm，保留了較多骨質(zhì)，沒(méi)有聚乙烯磨損的產(chǎn)生。有學(xué)者就表示髖關(guān)節(jié)表面置換對(duì)于活動(dòng)量大的年輕患者更適用[27]。相對(duì)于全髖置換，髖表面置換具有更大的活動(dòng)度而脫位率較低，更多股骨近端骨保留，更多的本體感受，更接近于人體解剖，更少的應(yīng)力遮擋，翻修后更類似于初次全髖置換[28-30]。有學(xué)者研究對(duì)于55歲以下骨性關(guān)節(jié)炎患者行髖關(guān)節(jié)表面置換更優(yōu)于全髖置換，其假體生存率更高且活動(dòng)量較大，幾乎均正常參加重體力勞動(dòng)及體育活動(dòng)[31]。2007年，澳大利亞關(guān)節(jié)登記系統(tǒng)報(bào)告稱髖關(guān)節(jié)表面置換累積翻修率為3.8%，而對(duì)小于55歲患者，5年的累積翻修率為2.8%，相比較而言，THA的累積翻修率為2.8%，而對(duì)于小于55歲患者生物固定的THA翻修率為3.1%[32]，更支持年輕患者行髖表面置換。Baker等[33]比較108名性別、年齡、BMI以及術(shù)前活動(dòng)度均匹配的年輕患者分別行Birmingham髖表面置換(BHR)與混合固定的全髖關(guān)節(jié)置換(THR)的中期效果，THR組平均隨訪10年，其翻修率為16.7%，BHR平均隨訪9年翻修率為9.3%，且BHR組OHS、UCLA及EuroQol視覺(jué)模擬評(píng)分優(yōu)于THR組，提示髖關(guān)節(jié)表面置換中期效果優(yōu)于全髖關(guān)節(jié)置換。但是也有學(xué)者持不同意見(jiàn)，Bengs等[34]對(duì)年輕患者行生物固定的全髖置換與髖表面置換效果行Meta分析，全髖置換組納入6408髖，平均隨訪8.4年，股骨側(cè)假體翻修率1.3%，而髖表面置換組納入3269髖，平均隨訪3.9年，股骨側(cè)翻修率為2.6%，提示髖關(guān)節(jié)表面置換翻修率更高。也有學(xué)者通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的全髖置換活動(dòng)度優(yōu)于髖關(guān)節(jié)表面置換，前者股骨頸與髖臼杯撞擊頻率明顯更低，而假體頸與髖臼杯的撞擊可能是其松動(dòng)的一個(gè)重要原因。另外，Hing等[35]報(bào)道髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)后股骨頸變細(xì)，但未能明確其在臨床上的意義。Ritter等[36]研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有超過(guò)10年的股骨側(cè)假體失敗病例其股骨頸都會(huì)出現(xiàn)變細(xì)。由于缺乏長(zhǎng)期的隨訪數(shù)據(jù)結(jié)論，對(duì)于年輕患者選擇髖關(guān)節(jié)表面置換術(shù)或者全髖關(guān)節(jié)置術(shù)換仍將存在較大爭(zhēng)議。

5髖關(guān)節(jié)置換并發(fā)癥雖然人工關(guān)節(jié)置換術(shù)成功率越來(lái)越高，但是仍有許多問(wèn)題存在，比如因?yàn)楣琴|(zhì)溶解和應(yīng)力接檔導(dǎo)致的無(wú)菌性松動(dòng)，尤其是對(duì)于活動(dòng)量較多的年輕患者更為明顯。全髖關(guān)節(jié)置換后，除了假體松動(dòng)、關(guān)節(jié)脫位、股骨骨折、以及大手術(shù)后均可發(fā)生的全身性并發(fā)癥外，主要還有深靜脈血栓及肺栓塞、感染及異位骨化等并發(fā)癥[37]。雖然初次關(guān)節(jié)置換失敗率在不斷降低，但隨著關(guān)節(jié)置換總體數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，關(guān)節(jié)翻修術(shù)的絕對(duì)數(shù)量也在增加。與初次置換相比較，關(guān)節(jié)翻修術(shù)手術(shù)難度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，出血量大，感染風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)術(shù)者手術(shù)技術(shù)要求更高，而翻修術(shù)的效果都比初次置換術(shù)差。因此，髖關(guān)節(jié)置換的發(fā)展道路任重而道遠(yuǎn)。