+黃自強++++周勇剛++++季衛(wèi)平++朱穎++++陳建智+++++王飛
[摘要] 目的 對聚乙烯襯墊磨損后顆粒在髖和膝關節(jié)導致的骨溶解的差異進行對比研究。方法 對含有聚乙烯假體的翻修患者19例,骨溶解程度、范圍及假體松動程度進行分析,按部位分成兩組:全髖置換組、全膝置換組。兩組聚乙烯假體最長使用年限23年,最短5年。結果 通過對比分析,髖關節(jié)聚乙烯骨溶解程度、范圍遠大于膝關節(jié)。 結論 聚乙烯磨損顆粒致髖膝溶解程度與顆粒大小、磨損受力方式等因素相關。
[關鍵詞] 聚乙烯;人工關節(jié);磨損;骨溶解
[中圖分類號] R687.4[文獻標識碼] B[文章編號] 1673-9701(2014)16-0041-03
The clinical research on bone dissolve differences between hip and knee joint using polyethylene prosthesis
HUANG Ziqiang1 ZHOU Yonggang2 JI Weiping1 ZHU Ying3CHEN Jianzhi1WANG Fei4
1.Department of Orthopedics,the Peoples Hospital of Lishui City in Zhejiang Province,Lishui 323000,China; 2.Department of Orthopedics, the General Hospital of PLA, Beijing 100036,China;3.Department of Orthopedics,the Center Hospital of Lishui City in Zhejiang Province, Lishui 32300,China;4.Department of Orthopedics,the Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University,Huhhot 010059,China
[Abstract] Objective To comparatively study the differences of dissolution of bones polyethylene liner wear particle in hip and knee. Methods In 19 cases of patients containing polyethylene prosthesis, we analysed the degree of dissolution of bone, the scope and loose degree of false body;According to the parts of the body, These were divided into two groups: a total hip replacement group and a total knee replacement group. The longest service life of two groups of polyethylene prosthesis were 23 years, the shortest were 5 years. Results Through the comparative analysis, both the degree and scale of dissolution of hip polyethylene were far outweigh the knee joint. Conclusion The degree of dissolution of polyethylene wear granules to hip knee is bound up with particle size, wear stress modes and so forth.
[Key words] Polyethylene;Artificial joint;Wear;Dissolution of bone人工關節(jié)置換為晚期關節(jié)疾患帶來了福音[1],但隨著人工關節(jié)的廣泛開展,其關節(jié)松動翻修成為臨床關節(jié)置換的主要缺陷,給患者帶來了巨大的痛苦和經(jīng)濟負擔。人工關節(jié)磨損是造成關節(jié)面破壞的主要因素,也是導致人工關節(jié)使用時間的重要原因,其不僅導致假體本身的損傷,更重要是誘發(fā)周圍組織炎性變和骨溶解,最終導致手術失敗,而導致假體松動和損傷[2,3]。但其具體機制尚不清楚,因此本文通過對髖、膝關節(jié)骨溶解程度、范圍及假體松動程度進行比較,分析其關系,為臨床人工關節(jié)置換術提供參考,以降低關節(jié)松動和翻修的發(fā)生率。
1資料與方法
1.1 一般資料
收集了2009年2月~2012年6月共19例假體松動翻修病例。病例來源于中國人民解放軍總醫(yī)院和浙江省麗水市人民醫(yī)院骨關節(jié)科。入圍病例均為無菌性松動,術前通過常規(guī)檢查:CT、X片、ESR、CRP,對有可疑感染的可輔助全身骨骼ECT掃描,排除感染可能。其中男13例,女6例,初次髖關節(jié)翻修 10例、膝關節(jié)翻修9例。兩組聚乙烯假體最長使用年限23年,最短使用年限5年。
1.2觀察方法
1.2.1骨溶解體積測定 術中清理周圍的疤痕、肉芽等增生的組織。將髖關節(jié)脫位后,保持股骨柄原來位置,用醫(yī)用橡皮泥填充骨溶解部位,并塑型成原有股骨近端固有形狀,取出髖臼,清理臼周及臼底病灶組織,清理完臼杯上的壞死組織后將髖臼復位,壓實橡皮泥,清理溢出的部分,保持至原位,再取出髖臼、股骨柄側橡皮泥,放入裝生理鹽水的量杯中,前后體積的之差即為缺損體積。聚乙烯墊的磨損體積是取出后用可塑性橡皮泥恢復原狀后再同前法測橡皮泥的體積[2]。
1.2.2炎性細胞計數(shù) 術中取髖關節(jié)的股骨側、膝關節(jié)的脛骨側與假體相鄰的界面膜組織,標本用福爾馬林液固定,石蠟包裹切片,根據(jù)Joseph的半定量標準[4],對取下的假體松動周圍的界膜組織進行電鏡觀察。對其炎性細胞行半定量分析。
1.3 統(tǒng)計學方法
統(tǒng)計學分析采用SAS 8.0 軟件。兩組間炎性細胞計數(shù)差異比較采用秩和檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義,兩組間骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限比較采用非參數(shù)檢驗中獨立樣本的Wilcoxon秩和檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
2結果
2.1 炎性細胞計數(shù)的分析
通過統(tǒng)計學分析,膝關節(jié)和髖關節(jié)組的界膜在光鏡下多核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞的炎性反應程度無顯著差異(P>0.05)。見表1。
表1 鏡下所見炎性細胞
注: 1+、2+、3+ 是根據(jù)Joseph的半定量標準而標
2.2聚乙烯墊磨損碎屑導致的骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限相關性分析
全部病例骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限如表2示,髖關節(jié)和膝關節(jié)翻修年和骨溶解體積兩個指標比較差異均有統(tǒng)計學意義,聚乙烯磨損體積組間比較差異無統(tǒng)計學意義。從髖、膝關節(jié)分開統(tǒng)計計算結果提示:聚乙烯墊磨損碎屑導致的骨溶解量(r=0.757)、聚乙烯磨損的體積和翻修年限(r=0.863),骨溶解量和翻修年限(r=0.610)均成正相關關系;同體積的聚乙烯磨損顆粒,在髖關節(jié)產(chǎn)生的骨溶解程度明顯大于膝關節(jié)。
endprint
表2 骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限(中位數(shù)(四分位間距))
3 討論
隨著人工關節(jié)快速的發(fā)展,近幾年因假體松動的髖膝關節(jié)翻修的病例逐年增多。假體松動一直是髖膝關節(jié)翻修的主要原因,而界面磨損產(chǎn)生的顆粒致骨溶解則是假體松動的最直接誘因。如何減少骨溶解發(fā)生率,延長假體使用壽命則是骨科醫(yī)生長期所關注的問題。有學者報道,其翻修的常見原因為聚乙烯襯墊磨損、松動、感染、粘連,對位對線不良,其中襯墊磨損占25%[5]。長期的臨床發(fā)現(xiàn),聚乙烯在髖膝關節(jié)中導致的骨溶解存在差別:即膝關節(jié)的聚乙烯磨損深度、體積與髖關節(jié)相比較后者多,但其導致骨溶解的破壞致假體松動的程度遠較髖關節(jié)輕微。
骨溶解病理過程是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的,關節(jié)置換術后假體周圍骨溶解與假體周圍膜形成有關,假體周圍膜其病理學特點為高度血管化的纖維介質組織,富含巨噬細胞、多核巨細胞和磨損顆粒[6]。本文研究結果顯示,膝關節(jié)和髖關節(jié)組的界膜在光鏡下多核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞的炎性反應程度無顯著差異,說明兩組炎癥反應沒有差異。全關節(jié)置換假體組件磨損產(chǎn)生的磨損顆粒均可導致組織細胞反應,繼而導致骨溶解,但聚乙烯磨損顆粒為最常見。當假體周圍組織中的磨損顆粒聚集量超過局部組織的清除能力時,可能產(chǎn)生骨溶解。
髖、膝關節(jié)導致骨溶解的差異[7-13]:①聚乙烯界面磨損顆粒區(qū)別:髖:聚乙烯面球面全方位接觸磨損,顆粒細??;膝:背側內(nèi)外髁接觸面受力磨損,為其表面2 mm的易氧化層,為大的碎裂片,而非小顆粒。②磨損顆粒的大小差別:從微粒上看,髖的聚乙烯磨損顆粒較膝關節(jié)磨損小。骨溶解是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的——碎屑顆粒越小,發(fā)生骨溶解的幾率愈大,所以在本文結果中可見髖關節(jié)骨溶解的體積要緣大于膝關節(jié)。③顆粒進入假體-骨界面難易度:髖:由于股骨柄側假體-骨界面需承受剪切力影響,使?jié)撛谒蓜訋茁试黾樱w粒更易進入關節(jié)周圍腔隙,致骨溶解導致松動,腔隙增大導致顆粒與假體周圍組織細胞接觸面增加,溶解范圍增加。而膝關節(jié)置換而言,其所受剪應力、張應力較髖??;關節(jié)腔隙相對封閉:平臺側、股骨側經(jīng)截骨后,被骨水泥和假體阻隔變的相對密閉。④顆粒吞噬能力差異: 膝關節(jié)是人體最大的滑液關節(jié),對碎屑的吞噬消化能力較強。⑤髖膝兩關節(jié)的擦傷特點:關節(jié)運動學不同,髖關節(jié)是行球臼運動,為旋轉圓磨運動。膝關節(jié)做屈伸旋轉;髖關節(jié)為研磨磨損及黏著磨損;膝關節(jié)多向運動,即有選擇也有背曲運動。
通過本次研究的結果和臨床應用經(jīng)驗總結骨溶解的預防措施,主要有以下幾點:①減少磨損顆粒的產(chǎn)生,是防止骨溶解的關鍵。盡量減少使用傳統(tǒng)聚乙烯材料或者使用。傳統(tǒng)的聚乙烯在空氣中經(jīng)γ射線(25~40 KGY)照射,影響其機械特性。新型的是在惰性環(huán)境中,增加γ射線劑量-95~100 KGY,應用交聯(lián)反應增加其耐磨性。有學者采用電子束照射交鏈融化制成的高交鏈聚乙烯髖臼和通用超高分子聚乙烯髖臼,并于手術植入體內(nèi)后2年,發(fā)現(xiàn)高交鏈聚乙烯髖臼磨損線性深度是超高分子聚乙烯的62%,磨損體積僅為超高分子聚乙烯的31%。Martell等發(fā)現(xiàn)在人工全髖關節(jié)的高交鏈聚乙烯的磨損線性強度是8 μm/年,相比超高分子聚乙烯磨損線性強度135 μm/年降低明顯。②減少假體松動的發(fā)生率,而假體-骨界面之間的良好接觸以及這一界面屏障的完整性,依賴于假體設計及手術中的細致操作。③縮小界面孔隙:低粘度骨水泥與宿體盡可能緊密接觸壓配。④改進手術技術,避免力線異常,應力集中導致聚乙烯過度磨損及假體移位,碎屑顆粒進入界面。如果因經(jīng)濟原因無法避免選擇聚乙烯內(nèi)襯,盡可能選用高交鏈聚乙烯。
[參考文獻]
[1]Cook JL, Scott RD, Long WJ. Late hematogenous infections after total knee arthroplasty:experience with 3013 consecutive total knees[J]. J Knee Surg,2007,20(1):27-33.
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[3]Garcia-Cinbrelo E,Cruz-Pardos A,Madero R,et al. Totalhip arthroplasty with use of the cem entless Zweymuller A lloclassic system.A ten to thirteen-year follow-up study[J]. J Bone Joint Surg Am,2003,85(2):296-303.
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[10]Ibrahim MS, Raja S, Haddad FS. Acetabular impaction bone grafting in total hip replacement[J]. Bone Joint J, 2013,95-B(11 Suppl A):98-102.
[11]Reikers O,Gunderson RB. Acetabular component anteve rsion in primary and revision total hip arthroplasty:An observational study[J]. Open Orthop J,2013,7(3):600-604.
[12]Issa K, Naziri Q, Rasquinha V,et al. Outcomes of cementless primary THA for osteonecrosis in HIV-infected patients[J]. J Bone Joint Surg Am,2013,95(20):1845-1850.
[13]Kamath AF, Prieto H, Lewallen DG. Alternative bearings in total hip arthroplasty in the young patient[J]. Orthop Clin North Am,2013,44(4):451-462.
(收稿日期:2013-11-28)
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表2 骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限(中位數(shù)(四分位間距))
3 討論
隨著人工關節(jié)快速的發(fā)展,近幾年因假體松動的髖膝關節(jié)翻修的病例逐年增多。假體松動一直是髖膝關節(jié)翻修的主要原因,而界面磨損產(chǎn)生的顆粒致骨溶解則是假體松動的最直接誘因。如何減少骨溶解發(fā)生率,延長假體使用壽命則是骨科醫(yī)生長期所關注的問題。有學者報道,其翻修的常見原因為聚乙烯襯墊磨損、松動、感染、粘連,對位對線不良,其中襯墊磨損占25%[5]。長期的臨床發(fā)現(xiàn),聚乙烯在髖膝關節(jié)中導致的骨溶解存在差別:即膝關節(jié)的聚乙烯磨損深度、體積與髖關節(jié)相比較后者多,但其導致骨溶解的破壞致假體松動的程度遠較髖關節(jié)輕微。
骨溶解病理過程是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的,關節(jié)置換術后假體周圍骨溶解與假體周圍膜形成有關,假體周圍膜其病理學特點為高度血管化的纖維介質組織,富含巨噬細胞、多核巨細胞和磨損顆粒[6]。本文研究結果顯示,膝關節(jié)和髖關節(jié)組的界膜在光鏡下多核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞的炎性反應程度無顯著差異,說明兩組炎癥反應沒有差異。全關節(jié)置換假體組件磨損產(chǎn)生的磨損顆粒均可導致組織細胞反應,繼而導致骨溶解,但聚乙烯磨損顆粒為最常見。當假體周圍組織中的磨損顆粒聚集量超過局部組織的清除能力時,可能產(chǎn)生骨溶解。
髖、膝關節(jié)導致骨溶解的差異[7-13]:①聚乙烯界面磨損顆粒區(qū)別:髖:聚乙烯面球面全方位接觸磨損,顆粒細小;膝:背側內(nèi)外髁接觸面受力磨損,為其表面2 mm的易氧化層,為大的碎裂片,而非小顆粒。②磨損顆粒的大小差別:從微粒上看,髖的聚乙烯磨損顆粒較膝關節(jié)磨損小。骨溶解是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的——碎屑顆粒越小,發(fā)生骨溶解的幾率愈大,所以在本文結果中可見髖關節(jié)骨溶解的體積要緣大于膝關節(jié)。③顆粒進入假體-骨界面難易度:髖:由于股骨柄側假體-骨界面需承受剪切力影響,使?jié)撛谒蓜訋茁试黾樱w粒更易進入關節(jié)周圍腔隙,致骨溶解導致松動,腔隙增大導致顆粒與假體周圍組織細胞接觸面增加,溶解范圍增加。而膝關節(jié)置換而言,其所受剪應力、張應力較髖小;關節(jié)腔隙相對封閉:平臺側、股骨側經(jīng)截骨后,被骨水泥和假體阻隔變的相對密閉。④顆粒吞噬能力差異: 膝關節(jié)是人體最大的滑液關節(jié),對碎屑的吞噬消化能力較強。⑤髖膝兩關節(jié)的擦傷特點:關節(jié)運動學不同,髖關節(jié)是行球臼運動,為旋轉圓磨運動。膝關節(jié)做屈伸旋轉;髖關節(jié)為研磨磨損及黏著磨損;膝關節(jié)多向運動,即有選擇也有背曲運動。
通過本次研究的結果和臨床應用經(jīng)驗總結骨溶解的預防措施,主要有以下幾點:①減少磨損顆粒的產(chǎn)生,是防止骨溶解的關鍵。盡量減少使用傳統(tǒng)聚乙烯材料或者使用。傳統(tǒng)的聚乙烯在空氣中經(jīng)γ射線(25~40 KGY)照射,影響其機械特性。新型的是在惰性環(huán)境中,增加γ射線劑量-95~100 KGY,應用交聯(lián)反應增加其耐磨性。有學者采用電子束照射交鏈融化制成的高交鏈聚乙烯髖臼和通用超高分子聚乙烯髖臼,并于手術植入體內(nèi)后2年,發(fā)現(xiàn)高交鏈聚乙烯髖臼磨損線性深度是超高分子聚乙烯的62%,磨損體積僅為超高分子聚乙烯的31%。Martell等發(fā)現(xiàn)在人工全髖關節(jié)的高交鏈聚乙烯的磨損線性強度是8 μm/年,相比超高分子聚乙烯磨損線性強度135 μm/年降低明顯。②減少假體松動的發(fā)生率,而假體-骨界面之間的良好接觸以及這一界面屏障的完整性,依賴于假體設計及手術中的細致操作。③縮小界面孔隙:低粘度骨水泥與宿體盡可能緊密接觸壓配。④改進手術技術,避免力線異常,應力集中導致聚乙烯過度磨損及假體移位,碎屑顆粒進入界面。如果因經(jīng)濟原因無法避免選擇聚乙烯內(nèi)襯,盡可能選用高交鏈聚乙烯。
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[3]Garcia-Cinbrelo E,Cruz-Pardos A,Madero R,et al. Totalhip arthroplasty with use of the cem entless Zweymuller A lloclassic system.A ten to thirteen-year follow-up study[J]. J Bone Joint Surg Am,2003,85(2):296-303.
[4]Mirra JM,Amstutz HC,Matos M,et al. The pathology of the joint tissue and its clinical relevance in prosthesis failure[J]. Clin Orthop Relat Res,1976,(117):221-240.
[5]馬建兵. 聚乙烯微粒細胞因子與人工髖關節(jié)松動的相關性研究[J]. 中國矯形外科雜志,2009,23(5):657-659.
[6]毛賓堯. 人工髖關節(jié)技術進展[J]. 中國矯形外科雜志,2011,26(4):334-336.
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[8]Malekmotiei L, Farahmand F, Shodja HM, et al. An analytical approach to study the intraoperative fractures of femoral shaft during total hip arthroplasty[J]. J Biomech Eng,2013,135(4):041004.
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[10]Ibrahim MS, Raja S, Haddad FS. Acetabular impaction bone grafting in total hip replacement[J]. Bone Joint J, 2013,95-B(11 Suppl A):98-102.
[11]Reikers O,Gunderson RB. Acetabular component anteve rsion in primary and revision total hip arthroplasty:An observational study[J]. Open Orthop J,2013,7(3):600-604.
[12]Issa K, Naziri Q, Rasquinha V,et al. Outcomes of cementless primary THA for osteonecrosis in HIV-infected patients[J]. J Bone Joint Surg Am,2013,95(20):1845-1850.
[13]Kamath AF, Prieto H, Lewallen DG. Alternative bearings in total hip arthroplasty in the young patient[J]. Orthop Clin North Am,2013,44(4):451-462.
(收稿日期:2013-11-28)
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表2 骨溶解量、聚乙烯磨損的體積及翻修年限(中位數(shù)(四分位間距))
3 討論
隨著人工關節(jié)快速的發(fā)展,近幾年因假體松動的髖膝關節(jié)翻修的病例逐年增多。假體松動一直是髖膝關節(jié)翻修的主要原因,而界面磨損產(chǎn)生的顆粒致骨溶解則是假體松動的最直接誘因。如何減少骨溶解發(fā)生率,延長假體使用壽命則是骨科醫(yī)生長期所關注的問題。有學者報道,其翻修的常見原因為聚乙烯襯墊磨損、松動、感染、粘連,對位對線不良,其中襯墊磨損占25%[5]。長期的臨床發(fā)現(xiàn),聚乙烯在髖膝關節(jié)中導致的骨溶解存在差別:即膝關節(jié)的聚乙烯磨損深度、體積與髖關節(jié)相比較后者多,但其導致骨溶解的破壞致假體松動的程度遠較髖關節(jié)輕微。
骨溶解病理過程是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的,關節(jié)置換術后假體周圍骨溶解與假體周圍膜形成有關,假體周圍膜其病理學特點為高度血管化的纖維介質組織,富含巨噬細胞、多核巨細胞和磨損顆粒[6]。本文研究結果顯示,膝關節(jié)和髖關節(jié)組的界膜在光鏡下多核細胞、淋巴細胞、中性粒細胞的炎性反應程度無顯著差異,說明兩組炎癥反應沒有差異。全關節(jié)置換假體組件磨損產(chǎn)生的磨損顆粒均可導致組織細胞反應,繼而導致骨溶解,但聚乙烯磨損顆粒為最常見。當假體周圍組織中的磨損顆粒聚集量超過局部組織的清除能力時,可能產(chǎn)生骨溶解。
髖、膝關節(jié)導致骨溶解的差異[7-13]:①聚乙烯界面磨損顆粒區(qū)別:髖:聚乙烯面球面全方位接觸磨損,顆粒細?。幌ィ罕硞葍?nèi)外髁接觸面受力磨損,為其表面2 mm的易氧化層,為大的碎裂片,而非小顆粒。②磨損顆粒的大小差別:從微粒上看,髖的聚乙烯磨損顆粒較膝關節(jié)磨損小。骨溶解是由假體磨損所致的微米、亞微米的磨損顆粒啟動的——碎屑顆粒越小,發(fā)生骨溶解的幾率愈大,所以在本文結果中可見髖關節(jié)骨溶解的體積要緣大于膝關節(jié)。③顆粒進入假體-骨界面難易度:髖:由于股骨柄側假體-骨界面需承受剪切力影響,使?jié)撛谒蓜訋茁试黾?,顆粒更易進入關節(jié)周圍腔隙,致骨溶解導致松動,腔隙增大導致顆粒與假體周圍組織細胞接觸面增加,溶解范圍增加。而膝關節(jié)置換而言,其所受剪應力、張應力較髖小;關節(jié)腔隙相對封閉:平臺側、股骨側經(jīng)截骨后,被骨水泥和假體阻隔變的相對密閉。④顆粒吞噬能力差異: 膝關節(jié)是人體最大的滑液關節(jié),對碎屑的吞噬消化能力較強。⑤髖膝兩關節(jié)的擦傷特點:關節(jié)運動學不同,髖關節(jié)是行球臼運動,為旋轉圓磨運動。膝關節(jié)做屈伸旋轉;髖關節(jié)為研磨磨損及黏著磨損;膝關節(jié)多向運動,即有選擇也有背曲運動。
通過本次研究的結果和臨床應用經(jīng)驗總結骨溶解的預防措施,主要有以下幾點:①減少磨損顆粒的產(chǎn)生,是防止骨溶解的關鍵。盡量減少使用傳統(tǒng)聚乙烯材料或者使用。傳統(tǒng)的聚乙烯在空氣中經(jīng)γ射線(25~40 KGY)照射,影響其機械特性。新型的是在惰性環(huán)境中,增加γ射線劑量-95~100 KGY,應用交聯(lián)反應增加其耐磨性。有學者采用電子束照射交鏈融化制成的高交鏈聚乙烯髖臼和通用超高分子聚乙烯髖臼,并于手術植入體內(nèi)后2年,發(fā)現(xiàn)高交鏈聚乙烯髖臼磨損線性深度是超高分子聚乙烯的62%,磨損體積僅為超高分子聚乙烯的31%。Martell等發(fā)現(xiàn)在人工全髖關節(jié)的高交鏈聚乙烯的磨損線性強度是8 μm/年,相比超高分子聚乙烯磨損線性強度135 μm/年降低明顯。②減少假體松動的發(fā)生率,而假體-骨界面之間的良好接觸以及這一界面屏障的完整性,依賴于假體設計及手術中的細致操作。③縮小界面孔隙:低粘度骨水泥與宿體盡可能緊密接觸壓配。④改進手術技術,避免力線異常,應力集中導致聚乙烯過度磨損及假體移位,碎屑顆粒進入界面。如果因經(jīng)濟原因無法避免選擇聚乙烯內(nèi)襯,盡可能選用高交鏈聚乙烯。
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(收稿日期:2013-11-28)
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