生物学固定骨小梁金属杯在髋臼翻修中的应用

【摘要】  ［目的］针对初次固定臼杯松动，其所需髋臼翻修选用何种材料和固定方式为佳，尚无定论。本研究肯定了设计新颖的组配式骨小梁金属杯的早期效果。［方法］自2006年4月-2006年11月期间本院对16例髋臼假体翻修病人使用了骨小梁金属杯，共计16髋，女9人，男7人，平均69.2岁。每个病人术前及术后6个月、1、2年进行Harris髋关节(HHS)评分、UCLA（university of california Los angeles）评分及骨盆前后位片的拍摄。所有病人随访的临床及影像学资料完整。［结果］术后随访18～25个(平均24个月)，Harris评分由翻修前的21～54分(平均32.6分)增加到术后的56～90分(平均87.5分)，UCLA评分由翻修前的2～5分(平均3.8分)增加到术后的6～9分(平均8.2分)，无假体移位及下沉等不稳迹象，骨小梁金属杯周围骨质内向长入。［结论］初次用骨水泥固定人工髋臼杯失败的病例，若无骨缺损，翻修时使用骨小梁金属杯可以获得良好的早期效果。

【关键词】  髋关节置换； 假体； 松动； 翻修； 骨小梁金属

    Cementless acetabular revision arthroplasty using porous tantalum cup∥CHEN Gang,XU Weidong.Department of Orthopaedics,Affiliated Changhai Hospital of Second Millitary Medical University,Shanghai 200433,China

    Abstract：［Objective］The best treatment method for cemented acetabular component loosening during revision hip replacement has not been established.The purpose of this study is to determine the initial results obtained with a unique implant  the modular porous tantalum cup,designed as an alternative treatment for aseptic prosthesis loosening following total hip arthroplasty.［Method］From Apr. 2006 to Nov.2006,porous tantalum cups were implanted during sixteen revision total hip replacements in nine women and seven men who had an average age of 69.2 years at the time of the procedure.Harris score and UCLA activity score were measured before,at 1,2 years and after arthroplasty.Radiographic followup was performed simultaneously.All patients were followedup clinically and radiographically.［Result］The mean followup period was 24 month (range18-25months).The mean preoperative Harris hip score(HHS) was 21-54 (32.6) compared with the postoperative HHS of 56-90 (87.5).The mean preoperative UCLA score was 2-5(3.8) compared with the postoperative score of 6-9 (8.2).Radiographic evaluation of the revised components demonstrated no evidence of loosening or subsidence,and all showed radiographic evidence of bone ingrowth.［Conclusion］At the time of shortterm followup,the porous tantalum cup effectively provided structural stability for acetabular component failure of cemented primary fixation.The potential for longterm biologic fixation may provide durability for porous tantalum cup.Longterm followup and comparison with alternative revision techniques will be required to evaluate the true effectiveness of this treatment approach.

    Key words：total hip replacement;  prosthesis;  losening;  revision;  porous tantalum

     无菌性假体松动是全髋关节置换术后常见并发症［1］，可能由假体磨损或骨溶解所引起。假体松动发生后假体与骨组织界面之间出现纤维组织，力学载荷不能在假体植入物与骨之间直接传递，出现疼痛不适症状，最终造成手术失败。针对初次固定臼杯松动所需的髋臼翻修，选用何种材料和固定方式为佳，尚无定论。本研究肯定了设计新颖的骨小梁金属杯的翻修术后早期效果。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料

    2006年4月～2006年11月第二军医大学附属长海医院骨科使用组配式骨小梁金属杯(modular porous tantalum cup，TMcup)，对16例16髋均由徐卫东教授进行了髋臼翻修术，均获得了随访，平均随访时间为2年(范围为18～25个月)。随访的16人中，女9例，男7例，年龄54～81岁，平均69.2岁。初次人工髋关节置换时术前诊断股骨颈骨折2例，股骨头无菌性坏死6例，骨性关节炎8例。初次置换术的手术类型为骨水泥固定全髋置换12例，混合型4例。术前及术后6个月、1、2年进行HHS、UCLA评分。

    1.2  TM cup(图1)

    钽(Tantalum)，抗磨损并耐酸性腐蚀。将商业纯的钽通过化学蒸气沉积／渗透的方法结合到碳骨架上，可形成了独特的金属多孔结构［2］。ZIMMER公司出品的TMcup［3］底层为钛合金，通过骨小梁金属／钛合金结合技术，使得臼杯表面为多孔钽涂层。假体内部仍使用超高聚乙烯内衬。

    图1  TM cup［３］

    1.3  手术处理

    1.3.1  术前计划  阅读初次手术记录，了解手术可能遇到的困难和植入假体的类型和型号。拍摄骨盆正位和股骨正侧位X线片，通过临床检查和测量骨盆前后位X线片、股骨正侧位片，评估髋臼骨缺损和股骨假体情况。16名患者均有患髋疼痛、功能减退表现，12例在X线片上表现为假体四周出现>2 mm宽的连贯性X线放射透亮区，4例为不连贯X线透亮区。手术指征：均为髋臼无菌性松动，无股骨假体松动，均仅行髋臼置换。

    1.3.2  术中情况  （1）假体和骨水泥取出：手术医师为同一人。患者侧卧位，所有手术均采用髋关节后外侧切口，显露并脱出关节，取出髋臼假体后用骨凿清除残留骨水泥，刮匙刮除臼窝内的瘢痕、肉芽组织和纤维界膜。避免进一步破坏骨质，所用TMcup直径52～64 mm不等，并配合2～3枚螺钉做附加固定；（2）常规做关节内组织液细菌学检查和药敏试验，术后病理诊断均为无菌性松动。

    1.3.3  术后处理  所有患者术后均给予抗生素预防感染，同时皮下注射低分子肝素防止深静脉血栓形成。3～4周内不能负重，随后用双拐辅助行走。术后1周拍摄髋关节正侧位X线片。按DeLee and Charnley法［4］记录正位片上透亮带和髋臼假体周围骨质溶解的分布，按Engh骨长入分级标准记录［5］正位片上髋臼假体周围骨质生长情况，对髋臼假体的稳定性、骨长入及假体有无松动进行评估。

    1.4  随访

    16例患者均得到随访，平均随访时间24个月(18～25个月)。术后6个月、1年及以后每年1次来院检查并拍摄X线片，不能来院复查的患者将当地复查的X线片寄来，通过信访或电话了解患者的情况。

    1.5  统计方法

    所有数据，经正定性检验、方差齐性分析后，满足成组T检验条件，采用成组T检验法比较患者术前及术后的比对均有差异。

    2  结  果

    2.1  临床评价

    根据HHS的方法对翻修前后髋关节疼痛和功能情况分别进行了评定。Harris评分由翻修前的21～54分(平均32.6分)增加到术后的56～90分(平均87.5分)（P<0.05)，HHS总分为100分，90～100分为优，80～89分为良，70～79为可，70分以下为差，本组术后优良率为90％。UCLA评分由翻修前的2～5分(平均3.8分)增加到术后的6～9分(平均8.2分)（P<0.05)。临床评分结果见表1。 表1  术前后HHS、UCLA评分情况

    2.2  所有随访病例的末次骨盆前后片显示髋臼假体位置无移动。X线评价：（1）骨性固定：假体无下沉，假体周围没有或只有轻微的透亮带，多孔涂层与骨组织之间有新骨形成；（2）纤维性固定：假体无进展性移位，假体周围有1 mm左右不透X线的致密带包绕髋臼皮质无局部增生现象；（3）假体松动：假体明显移位，呈进行性下沉和内翻，伴广泛硬化带和X线透亮带。本组均为骨性固定。1例典型病例翻修术前后的X线片及生活照见图2～4。

    本组患者无术后并发症发生，截至最后一次随访有14例行走时无疼痛，2例轻度疼痛；2例轻度跛行，无1例出现症状性深静脉血栓或神经损伤。无1例需要再度翻修。

    3  讨  论

    3.1  假体松动的诊断

    假体松动是人工关节置换术后最常见的并发症之一，也是限制人工关节使用寿命的主要因素。临床症状可有疼痛、跛行、髋关节功能下降等，也有部分患者表现不典型。连续追踪X线片对评估假体松动和骨溶解了解十分有用。下列X线片征象提示松动或感染［6］：（1）骨水泥与骨界面之间透亮带达2 mm或其以上者；（2）骨水泥与骨界面之间出现透亮带或进行性增宽；（3）假体移位；（4）金属假体与骨水泥之间出现透亮带或进行性增宽者；（5）骨水泥断裂；（6）骨膜增生；（7）应力(负重)位X线片或透视下，见假体移位；（8）骨质破坏。其他还有关节造影、X线立体照相测定技术(roentgen stereophotogt ammetry，RSA)、双能X线吸收仪(Dual X ray absorptionetry)等多种放射学标准，但方法繁琐、费用较大、不易推广。作者认为，临床症状结合X线片征象中任意一条，即可做出诊断。术中用手牵拉髋臼假体验证上述方法的正确性，发现确诊率为100％。图2  术前骨盆前后位片

      3.2  髋臼翻修手术

    患者一旦确诊，且有明确手术意向，则可行翻修手术。本组病例患者髋臼环均完整，无骨缺损、严重骨溶解情况，故无需填充骨块植骨。目前，供翻修患者选用的髋臼假体，有骨水泥固定和生物学固定2大类。如果患者的年龄较大、有明显骨质疏松或估计其骨组织生理修复能力差，倾向于采用骨水泥固定假体，但骨水泥固定假体的长期疗效不理想，故相当多学者主张采用生物学固定假体。采用生物学固定假体有以下原则［7］：（1）能够获得生物学固定要求的假体表面必须与自身残留植入床能密切接触，即骨长入是靠自身骨组织，异体骨则仅为对假体表面的容纳，是起一个依托或支撑的作用，不可能发生骨长入假体多孔表面；（2）至少有70％的髋臼自身残留面积能与假体表面接触；（3）必须获得初始即刻稳定。本组患者无骨质疏松表现，骨植入床完整，很适合选用TM cup。

    3.3  TM cup应用

    在上世纪80年代，为了改善全髋关节假体的“耐用性”，研制出了有多孔表面结构的髋关节假体。设计初衷是多孔表层可使假体和宿主骨形成生物学结合，即骨小梁可长入假体表层，大大减轻机械应力影响，从而延长假体使用寿命。临床研究［8］证实了多孔面骨长入固定的长期效果稳定。生物学固定型假体的表面处理方法较多，如钴铬钼合金金属微珠的烧结、不锈钢金属细丝的编织、金属钛的喷涂等。其缺陷是：表面形成的空隙率不高，通常仅为测定材料整体体积的30％～50％。而多孔钽金属的孔隙大小在410～716 pm之间，孔隙率能达到75%～80％，更有利于骨长入。尽管化学蒸气沉积／渗透而成的钽层厚度仅有10～100 μm，  但因为其高度致密、颗粒大小仅1～5 μm、纯度则超过99.5％，从而使材料获得足够的机械强度。Bobyn［9］等的动物实验证明：将多孔钽植入狗体内4周时，其孔隙中骨的长入率便高达40%～50％，推算出假体与骨连结的抗剪切强度达到18.5 MPa，而同样植入时间同样试验条件下的钴铬珠烧结材料的抗剪切强度仅为9.3 MPa。在多孔钽具有足够的机械强度的同时，材料的弹性模量仅约3 GPa，介与皮质骨与松质骨的弹性模量之间。这减轻了应力阻挡作用，有利于骨骼重塑形。最后多孔钽与骨的摩擦系数亦比用其他方式所做表面处理材料的摩擦系数要高40％～80％，加上其良好的弹性和延展性，更有利于提高植入物的初期稳定性。一体化骨小梁金属杯于1994年问世。Unger等［10］将其应用于髋臼翻修。在他们的60例病例、平均42个月的随访中，患者的髋关节Harris评分有了明显的提高。术后X线片上也显示了骨长入骨小梁金属杯。仅有1例发生髋臼松动而需要再翻修。其后又出现了TM cup，并于2006年进入中国市场。

    总之，采用生物学固定假体施行髋臼翻修术要求假体表面能与自身植入床达到最大接触面积，机械稳定性要好。TM cup由于其自身优势—高摩擦系数、低弹性模量、高孔隙率，能很好的满足这一要求。通过TM cup在髋臼假体无菌性松动(无骨缺损)翻修中的使用，作者认为其早期效果值得肯定。但由于临床积累病例尚少、随访时间尚短、骨小梁金属理论上的种种优势仍需要更充分临床验证来证明。

【参考文献】
  ［1］ 王晓庆．人工关节假体周围骨溶解发病机理的研究［J］．中国矫形外科杂志，2002，4：383-384.

［2］ 应 明．多孔钽及在人工关节中的应用．生物骨科材料与临床研究［J］.2006，2：1-3．

［3］ Brett Levine,Craig J.Della Valle,et al.Applications of Porous Tantahm in Total Rip Arthroplasty［J］.J Am Acad Orthop Surg,2006,5:646-655.

［4］ 徐卫东，吴岳嵩.人工髋关节术后松动的放射线观察与研究的现状［J］.中华骨科杂志,1999,5:310-312.

［5］ Engh CA,Massin P,Suthers KE.Roentgenographic assessment of the biologic fixation of poroussurfaced femoral conlponents［Ｊ］.Clin Orthop Relat Res，1990,8:107-128.

［6］ 吕厚山．现代人工关节外科学［M］．人民卫生出版社，第一版，2006，673．

［7］ 杨庆铭．髋臼假体翻修重建术［J］．上海医学，2004，2：69-71．

［8］ Sakalkale DP,Eng K,Hozack WJ,et al.Minimum 10year results of a tapered cementless hip replacement［J］.Clin Orthop Relat Res,1999,5:138-144.

［9］ Bobyn JD,Staekpool GJ,Racking SA,et al.Characteristics of bone ingrowth and interface mechanics of a new porous tantahm biomaterial［J］.J Bone Joint Surg(Br),1999,5:907-914.

［10］Unger AS,Lewis RJ,Gruen T,et al.Evaluation of a porous tantalum uncemented acetabular cup in revision total hip arthroplasty:clinical and radiological results of 60 hips［J］.J Arthroplasty,2005,8:1002-1009.

作者单位：(第二军医大学附属长海医院骨科，上海 200433)