髋关节表面置换的历史发展及经验

【关键词】  髋关节 发展及经验

     长期的临床实践已证明，全髋关节置换术（THA）对于髋关节炎无疑是一种有效而且耐用的治疗方法，尤其是对于老年病人有非常良好的效果，假体10年生存率超过了90%〔1〕。然而对于较年轻患者来说，特别是小于55岁的男性患者，全髋置换术存在较明显的长期效果的不足——较高的早期翻修率，其10年假体生存率降至80％，术后16年为33％。对于这一问题，早在50年前就已提出的髋关节表面置换技术具有创伤小、术后活动度好、能保留较多股骨侧骨量等独特优势，再次被提倡来治疗某些年轻和运动活跃的髋关节疾病患者。

    1  历  史

    髋关节表面置换的概念已具有50多年的发展历史，经过不断完善，才最终获得了理念-设计-制造-固定方式-工具-技术等的一致意见，临床早、中期随访结果优异。目前的设计直接从SmithPetersen在1948年开始时介绍的铸造假体演化而来。

    第一个全髋关节表面置换由Charnley于20世纪50年代早期研制并植入，该假体采用聚四氟乙烯树脂-聚四氟乙烯树脂（TeflonTeflon）为关节界面。在1960年，Townley尝试采用金属-聚氨酯作为髋关节表面置换的关节界面。在1967年，Muller设计了一种金属-金属关节界面的表面置换假体。Gerard于1970年介绍了一种双极金属-金属半髋表面置换关节。该系统在Aufranc Vitallium杯（Howmedica Inc，Rutherford，NJ）中植入Luck杯而构成。

    采用聚乙烯髋臼和金属股骨头假体组合并作骨水泥固定的髋关节表面置换，于1971年首先由Paltrinied和Trentani在意大利完成、以及由Freeman随后于1974年在英国实施。同年（1974年）在德国，Wagner介绍了一种髋关节表面置换，骨水泥固定的金属股骨头-聚乙烯髋臼，其曾在欧洲被广泛应用。从1976年开始，Salzer在维也纳开始使用一种非骨水泥固定的氧化铝陶瓷-陶瓷表面置换。

    在1973年于美国，Eicher和Capello研发了一种骨水泥固定的髋关节表面置换系统，采用金属的股骨头和聚乙烯髋臼。在1982年，对该聚乙烯髋臼假体以附加金属背衬来加强固定。在1975年，Amstutz在洛衫矶的加州大学介绍了THARIES髋关节表面置换系统（THARIES，total hip articular replacement using internal eccentric shells，采用内置偏心圆杯设计的全髋关节表面置换）。该系统包含钴-铬合金的股骨假体和全聚乙烯的髋臼假体，均作骨水泥固定。在1982年，引入了骨水泥固定的等离子喷涂的金属背衬聚乙烯髋臼。在1983年，Amstutz植入了第1例非骨水泥固定的髋关节表面置换假体，其由钛-6铝-4钒（Ti-6Al-4V）的股骨假体、组配式的超高分子量聚乙烯髋臼内衬和纯钛网状多孔金属臼杯组成。在1988年，Amstutz设计了另一种多孔涂层的非骨水泥固定系统，其由钴-铬合金的股骨头、组配式内衬和钛-6铝-4钒（Ti-6Al-4V）的半球形髋臼假体组成。在1989年，Buechel和Pappas介绍了另一种非骨水泥固定的髋关节表面置换系统，其由组配式的髋臼假体和钛氮化物陶瓷涂层的钛合金股骨头组成。

    2  早期髓关节表面置换的失败原因

    第1代金属-聚乙烯的髋关节表面置换界面具有快速磨损、股骨假体和髋臼杯松动、股骨颈骨折发生率较高等缺陷，由于那时没有完全认识磨损颗粒诱发骨溶解的机理，所以当时将失败的原因归咎于其他因素，如股骨头的缺血性坏死、高摩擦性扭矩而导致髋臼、股骨头假体松动等。

    然而对翻修取出的股骨头进行显微结构研究证实，股骨头表面置换后并不引起股骨头缺血性坏死。Howie等〔2〕对72例采用Wagner表面置换失败病例翻修取出的股骨头进行显微结构观察，结果认为，大多数病例的股骨头和颈的骨质存活。骨-假体界面松动是由磨损颗粒导致的骨溶解引起，而不是缺血性坏死所致。其他研究者也报道了相似的结果〔3〕。在采用骨水泥固定的股骨头与髋臼宿主骨相关的半髋表面置换，以治疗股骨头缺血性坏死的临床经验中，进一步证明了聚乙烯磨损颗粒在髋关节表面置换失败中的作用〔4、5〕。

    Mai等〔6〕发表了大直径关节面引起的摩擦性扭矩增加所产生的影响。同变量逐步判别分析表明，关节界面的大小是影响假体生存的唯一显著因素。Goldsmith等研究证明随着股骨头直径增大，金属对金属（MOM）全髋磨损呈降低趋势。因此新一代髋关节表面置换假体采用了大直径的MOM设计，有很好的抗磨损性能。

    回顾现有的临床和实验资料可知，第1代髋关节表面置换中出现非常高的失败率与置换术后股骨头的缺血性坏死、大直径股骨头高摩擦性扭矩无直接关系，主要原因假体材料不过关导致的较高磨损、磨损颗粒诱发骨溶解和当时倡导的手术技术所致。当时推荐股骨假体外翻植入以降低股骨头颈交界处的张力和剪切应力，但过度外翻放置股骨假体，则常造成术中的股骨颈切迹。为了减小摩擦性扭矩而采用小号的假体也容易导致股骨颈切迹。在以往手术中还常采用大转子截骨术来显露术野，如果截骨范围过大，也会危害股骨颈。

    3  髋关节表面置换的复兴

    金属-金属关节界面用于全髋关节置换的复兴始于1988年〔7〕。Weber与Sulzer Orthopedics合作（Winterthur，瑞士），联合研制了称之为Metasul的金属关节界面，其精确设计、由高碳钴-铬合金锻造，具有非常好的耐磨损性能〔8〕。这种关节界面的假体已在欧洲大量应用，并获得了较好的早期结果。这种耐用低磨损的关节界面可用于大直径的关节表面，使得Heinz Wagner〔9〕于1991年在德国推出了第2代髋关节表面置换系统，该系统不用骨水泥固定，髋臼假体由钛合金外壳和Metasul金属内衬组成。

    同年（1991年）在英国，McMinn〔10〕和Corin Medical（Cirencester，英国）合作，研制了一种基于铸造钴-铬合金的髋关节表面置换系统。最初为表面平滑、双侧压配设计，髋臼假体是Freeman带翼臼杯的改良。同年，McMinn介绍了一种双侧假体均作骨水泥固定的系统。起始的髋臼假体是去除原先的中央柱和外周的固定翼改良而成。随后，出现了2种不同的表面置换系统。由Corin Medical研制的Cermet-2000髋关节表面置换系统和Midland Medical Technologies研制的Birmingham髋关节表面置换系统（Midland Medical Technologies，伯明翰，英国；即现在的Smith&Nephew，孟斐斯，美国田纳西州）。而在1996年于美国，Amstutz推出了Conserve Plus混合固定髋关节表面置换系统（Wright Medical Technology，Arlington，美国田纳西州），其双侧假体均为铸造、热处理、溶液退火的钻-铬合金所制。

    4  现代的髋关节表面置换系统

    现在，大多数主要植入物制造厂商都推出了各自的金属-金属髋关节表面置换系统（表1）。所有这些系统都有一些相同的特点，包括：（1）关节界面由高碳钴-铬合金制造；（2）髋臼假体非骨水泥固定；（3）股骨侧假体骨水泥固定。然而，在这些系统之间也有些重要的不同特点，尤其在关节界面的冶金工艺和几何形态，以及在髋臼和股骨假体的固定等方面，存在一定的差别。表1  目前上市的髋关节表面系统

    髋关节表面系统关节界面引入年代工艺热处理髋假体型号递增注：HIP：热等压，SHT：溶液热处理；TiVPS：钛真空等离子喷涂4.1  关节界面

    对现今金属-金属髋关节表面系统的最大争议或许是关节界面的冶金工艺。虽然所有制造厂商都使用高碳钴-铬合金，但合金的处理工艺过程不同。合金可以锻造，也可铸造。如果为锻造，假体可能需要经历铸造后的热处理，如热等压或溶液热处理。髋关节模拟机的研究结果证实，在铸造和经热处理的合金之间，磨损性能没有明显差别。

    尽管这些冶金工艺上的差别可能有意义，但对关节界面几何学形态的控制则更为重要，其决定大直径金属-金属关节界面的性能。特别是，半径间隙、球形度和表面粗糙度参数，所有这些因素均与制造过程的质量相关，可大大影响关节界面初始的走合磨损和此后的稳态磨损〔11〕。

    4.2  髋臼假体的固定

    现今各种表面置换系统中髋臼假体的主要不同在于其骨长入的表面。目前使用的是钛真空等离子喷涂和钴-铬合金珠烧结。这两种表面在常规全髋关节置换中均显示满意的结果。然而，有担忧在钴-铬合金珠烧结过程中极高的温度可能会改变单块的髋臼假体的冶金学特性，而因此可能对这种关节界面产生有害影响。

    4.3  股骨假体的固定

    股骨侧假体固定的主要问题是骨水泥壳层的最佳厚度和骨水泥的加压程度。骨水泥壳层的厚度由假体和相应磨锉的直径差别所决定。将股骨假体植入完全到位需用力较大，可能导致股骨颈骨折。这些股骨假体附带有短柄，其作用仅在于对线，或对线和传递负荷。当该短柄作骨水泥固定、或骨长入、或摩擦压配时，其可传递负荷。对于柄传递负荷是否有利，仍存在争论。

    5  存在的问题

    首先是定位问题，即髋关节表面置换术究竟属于一种确定性的治疗还是像膝单髁置换那样仅是为了赢得时间的姑息性手术。因为一个治疗的定位不同，对它的要求也会不同。从目前的情况来看，由于缺乏长期随访资料，表面置换更倾向于是后者。因此，它并非要取代常规THA，而是为年轻患者赢得推迟行常规THA的时间。当然，也不排除随着长期随访结果的获得，表面置换确实能部分地替代常规THA。

    其次，金属-金属的关节配伍仍有有关问题没有澄清。主要问题包括磨损碎屑的引起局部反应、金属离子吸收入血的潜在生物学效应等。MOM表面置换会导致血液或尿液中金属离子浓度升高，这是学术界目前普遍关心的问题。Clarke等〔12〕测量了22例行MOM髋表面置换的患者。根据其测量结果，采用金属-金属为关节面的表面置换假体的患者血液中钴和铬的浓度明显增高，其术后血液中金属离子浓度，不仅高于正常人，与同为MOM表面的THA术后患者相比也有明显升高。有人通过动物模型证明Co、Cr、Ni离子浓度过高与恶性肿瘤相关〔13〕，但目前还未见表面置换假体引起人体肿瘤的报道。

    再次，髋表面置换需要谨慎地选择合适的患者。对于髋关节表面置换应严格掌握适应证〔14〕，尤其对于具有骨质疏松、股骨颈曾有创伤手术史及股骨头颈内囊性变较大的患者更应谨慎。一般来说，年龄较轻以及对关节活动度有要求的患者是首选。此外，Daniel等〔15〕对1组瑞典登记的同年龄段、相同疾病诊断的全髋患者的比较还显示，青年人群中髋关节表面置换术的翻修率明显低于全髋置换术。然而不可否认的是，活动量的增加必然影响假体的使用寿命。这与青年患者需要改善髋关节活动功能的迫切愿望是一个矛盾。

    6  小  结

    以前几代髋关节表面置换系统失败的基本原因在于：使用材料不当、假体设计缺陷、配套器械不完备，而非髋关节表面置换技术本身存在问题。现今的髋关节表面置换临床应用的早中期结果十分令人鼓舞。在20世纪七、八十年代所常见的并发症，如假体早期松动、股骨颈骨折，现已罕见。尽管作者认为对当前早中期的优异临床结果仍应谨慎以观其长期结果，然而目前的金属-金属表面置换较全髋关节置换，具有最大程度地保存骨量、更好地恢复髋关节功能以及更适合于某些年轻病人等特点已广泛被认可。新一代的髋关节表面置换是当今关节外科的最主要进展。

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作者单位：第二军医大学附属长海医院骨科，上海 200433