尹一然，張德祥，魯曉波

目前全球每年行關(guān)節(jié)置換數(shù)量已達(dá)到85萬(wàn)個(gè)，且隨著社會(huì)發(fā)展越來(lái)越受到重視。在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的短時(shí)間里骨水泥就可以提供足夠強(qiáng)的穩(wěn)定性，較生物固定具有明顯的優(yōu)越性。在應(yīng)用骨水泥的過(guò)程中有不少并發(fā)癥，一是在術(shù)中發(fā)生的骨水泥置入綜合征(bone cement implantation syndrome，BCIS)，它是骨水泥型人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中致死致殘的最重要原因;二是術(shù)后遠(yuǎn)期發(fā)生的并發(fā)癥，其中最主要的是無(wú)菌性松動(dòng)，它是導(dǎo)致假體失敗的重要原因。因此，如何防止假體松動(dòng)，增加骨水泥-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度成為目前人工關(guān)節(jié)外科的重要課題。本研究目的是創(chuàng)造相對(duì)干燥的骨髓腔環(huán)境，觀察其能否提高骨水泥-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度，延緩骨水泥-骨界面發(fā)生無(wú)菌性松動(dòng)的時(shí)間，為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

材料與方法

1 材料

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 購(gòu)活豬16頭，10月齡，體重在122kg左右。

1.2 材料與器械 骨水泥16包(強(qiáng)生公司，40g/包);骨水泥真空攪拌器、骨水泥槍、髓腔銼、自制髓腔栓、高壓脈沖沖洗器、擺鋸、負(fù)壓吸引器、直尺等;改良電熱烘干裝置(奉化市溪口駿馬電器廠定制);瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院CT教研室(16排);60～100倍可調(diào)高倍放大鏡(浙江三格田教學(xué)儀器有限公司);四川大學(xué)分析測(cè)試中心萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)。

2 方法及步驟

2.1 分組 將16頭活豬的32根股骨隨機(jī)分為6組，抗拉力實(shí)驗(yàn)組(A1)、對(duì)照組(A2)和抗壓力實(shí)驗(yàn)組(B1)、對(duì)照組(B2)，每組各6根;影像學(xué)實(shí)驗(yàn)組(C1)和對(duì)照組(C2)，每組各4根。豬麻醉后取俯臥位，四肢固定并備皮，取股外側(cè)切口，常規(guī)消毒鋪巾，切開(kāi)皮膚及軟組織，分離肌層達(dá)，將股骨全段解剖暴露。

2.2 在距股骨內(nèi)外髁6cm處用擺鋸作股骨截骨，截除近端，使其正好暴露骨小梁(髓內(nèi)松質(zhì)骨厚度為3～5mm)，保留遠(yuǎn)端。使用髓腔銼沿股骨縱軸方向開(kāi)通髓腔，直徑為1．2cm，深度為6cm。實(shí)驗(yàn)組豬股骨擴(kuò)髓后分別用3%過(guò)氧化氫、高壓脈沖、1‰腎上腺素紗布填塞髓腔，再用改良的熱烘干裝置(溫度控制在50℃)干燥髓腔;對(duì)照組僅用高壓脈沖沖洗髓腔。遠(yuǎn)端置入自制髓腔栓，栓子長(zhǎng)度為1cm，剩余5cm深度髓腔留用灌注骨水泥。灌注骨水泥:通過(guò)真空攪拌器攪拌骨水泥，在骨水泥糊狀期［1］時(shí)使用骨水泥槍進(jìn)行加壓灌注，抗壓力組外留直徑為1cm、高度為0．5cm，抗拉力組外留直徑為2cm、高度為0．5cm骨水泥柱以便進(jìn)行后期的力學(xué)實(shí)驗(yàn)。待骨水泥凝固后從膝關(guān)節(jié)處離斷股骨，在原來(lái)標(biāo)記的髓腔栓的近端位置截骨，截除股骨遠(yuǎn)端，暴露遠(yuǎn)端骨水泥柱。

3 觀察指標(biāo)

3.1 力學(xué)測(cè)試 將A1、A2和B1、B2組所得標(biāo)本在力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上分別進(jìn)行抗拉力和抗壓力測(cè)試，通過(guò)與之相連的計(jì)算機(jī)記錄實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。

3.2 影像學(xué)測(cè)試 將C1、C2組所得標(biāo)本行CT橫截面掃描，間隔2mm，觀察CT片橫截面，結(jié)合緊密者多為骨水泥-骨小梁中無(wú)暗黑的低密度帶者，反之，出現(xiàn)暗黑的低密度帶者為結(jié)合欠或不緊密。用Barrack標(biāo)準(zhǔn)［2］評(píng)定骨水泥對(duì)股骨假體柄的把持力。3.3 大體標(biāo)本觀察 將進(jìn)行影像學(xué)測(cè)試后的C1、C2標(biāo)本沿縱軸剖開(kāi)，用放大鏡觀察骨水泥及髓腔表面情況。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

力學(xué)實(shí)驗(yàn)組統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法采用兩組樣本(A1與A2、B1與B2)配對(duì)t檢驗(yàn);影像學(xué)實(shí)驗(yàn)組(C1與C2)采用χ2檢驗(yàn)。P≤0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 力學(xué)測(cè)試

1.1 在抗拉力實(shí)驗(yàn)中，隨著載荷的增大，當(dāng)骨水泥被拉出或骨水泥-骨界面發(fā)生松動(dòng)時(shí)各組載荷分別是:A1組(2．17±0．10)KN，A2組(1．81±0．08)KN(表1)。根據(jù)配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照α=0．05的檢驗(yàn)水準(zhǔn)，兩組比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6．595，P=0．001)(表2)。

1.2 在抗壓力實(shí)驗(yàn)中，隨著載荷的增大，當(dāng)骨水泥被壓縮或骨水泥-骨界面發(fā)生松動(dòng)時(shí)各組載荷分別是:B1組(3．25±0．08)KN，B2組(2．85±0．12)KN(表3)。根據(jù)配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，同理，B1與B2具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=5．381，P=0．003)(表4)。

1.3 抗拉力、抗壓力配對(duì)t檢驗(yàn)兩兩配對(duì)見(jiàn)表5。即在干燥髓腔環(huán)境的情況下，骨水泥-骨界面抗拉力和抗壓力的強(qiáng)度明顯大于非干燥情況下，說(shuō)明干燥的髓腔環(huán)境能夠增強(qiáng)骨水泥-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度。

表1 A1、A2兩組標(biāo)本能承受的最大拉力值(KN)

表2 抗拉力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的配對(duì)t檢驗(yàn)表

表3 B1、B2兩組標(biāo)本能承受的最大壓力值(KN)

表4 抗拉力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的配對(duì)t檢驗(yàn)表

表5 抗拉力、抗壓力配對(duì)t檢驗(yàn)兩兩配對(duì)表

2 影像學(xué)測(cè)試

髓腔相對(duì)干燥組的CT斷層片上可見(jiàn)骨水泥截面與骨小梁之間大多數(shù)都嵌合緊密。骨水泥在骨髓腔內(nèi)充填均勻，骨水泥向骨小梁間彌散好，但是隨著截面往近端靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量低密度帶，可能與髓腔內(nèi)骨水泥從遠(yuǎn)端至近端受到的壓力梯度逐漸減小有關(guān)。對(duì)照組的CT斷層片上可見(jiàn)骨水泥截面與骨小梁之間結(jié)合稍差。低密度帶較多，其低密度帶明顯較實(shí)驗(yàn)組的寬。實(shí)驗(yàn)組結(jié)合緊密者為83個(gè)，非結(jié)合者為13個(gè)，其結(jié)合率為86．46%。對(duì)照組結(jié)合緊密者為64個(gè)，非結(jié)合者為32個(gè)，結(jié)合率為66．67%(表6)。根據(jù)χ2檢驗(yàn)計(jì)算公式求得χ2=10．478，P＜0．01，二者具有顯著差異性。

表6 實(shí)驗(yàn)組C1與對(duì)照組C2結(jié)合數(shù)/結(jié)合率

3 大體標(biāo)本觀察

實(shí)驗(yàn)組骨水泥柱表面干凈，有大量細(xì)小突起，骨小梁表面清潔，有大量與骨水泥結(jié)合的骨小梁孔。對(duì)照組骨水泥表面呈暗紅色，細(xì)小突起少，骨小梁孔較少且表面被一層膜所覆蓋。

討 論

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)假體固定分為骨水泥固定和生物學(xué)固定兩大類(lèi)，骨水泥固定具有術(shù)后早期固定牢靠等特點(diǎn)，目前在臨床上大量應(yīng)用。在關(guān)節(jié)假體髓內(nèi)固定中骨水泥主要通過(guò)機(jī)械交鎖作用提供良好的假體穩(wěn)定性［3］。臨床回顧性分析表明，造成骨水泥固定假體后期發(fā)生無(wú)菌性松動(dòng)的主要原因是骨水泥-骨界面嵌合強(qiáng)度不夠［4］。而骨水泥-骨界面接合失敗主要是骨水泥-骨界面微動(dòng)增加使骨水泥-骨界面分離，導(dǎo)致骨水泥碎裂產(chǎn)生磨屑，并進(jìn)入骨水泥-骨界面的緣故［5］。如何在早期就增加骨水泥-骨界面的穩(wěn)定性，研究人員主要嘗試通過(guò)改進(jìn)骨水泥的治療;骨水泥攪拌技術(shù)革新;創(chuàng)造良好的髓腔環(huán)境等提升效果。宋烜赫等［6］通過(guò)使用高壓脈沖沖洗骨髓腔，結(jié)果表明高壓脈沖沖洗加刷洗可顯著增強(qiáng)骨水泥-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度。說(shuō)明骨髓腔比骨水泥更能影響骨水泥-骨界面的嵌合能力。

本研究在抗拉力及抗壓力實(shí)驗(yàn)中，隨著載荷的增大，當(dāng)骨水泥被拉出或骨水泥-骨界面發(fā)生松動(dòng)時(shí)各組載荷分別是:A1組(2．17±0．10)KN，A2組(1．81±0．08)KN，B1組(3．22±0．08)KN，B2組(2．85±0．12)KN，根據(jù)配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照α=0．05的檢驗(yàn)水準(zhǔn)，抗拉力組與抗壓力組皆具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0．05)。即在相對(duì)干燥髓腔環(huán)境的情況下形成的骨水泥-骨界面抗拉力和抗壓力的強(qiáng)度明顯大于非干燥情況下，說(shuō)明干燥的髓腔環(huán)境能夠增強(qiáng)骨水泥-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度。由于骨髓腔經(jīng)干燥后骨髓腔中滲血明顯減少，在骨髓腔骨小梁表面形成的莢膜減少，骨小梁與骨水泥結(jié)合數(shù)量和面積增加，造成了本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組在力學(xué)測(cè)試上的顯著差異。同時(shí)，骨水泥-骨界面結(jié)合強(qiáng)度的增強(qiáng)，一個(gè)穩(wěn)定封閉的界面便在此形成，從而可以阻止某些物質(zhì)如引起炎性反應(yīng)、骨溶解和骨松動(dòng)的磨損顆粒、炎性細(xì)胞和細(xì)胞因子進(jìn)入骨-骨水泥界面，炎性反應(yīng)、免疫反應(yīng)和溶骨反應(yīng)均得到有效的抑制，從而減少了關(guān)節(jié)置換術(shù)后松動(dòng)的發(fā)生率。另外，髓腔相對(duì)干燥組的CT橫掃片上可見(jiàn)骨水泥截面與骨小梁之間大多數(shù)都嵌合緊密。骨水泥在骨髓腔內(nèi)充填均勻，骨水泥向骨小梁間填充侵潤(rùn)良好;對(duì)照組的CT橫截面上可見(jiàn)骨水泥與骨小梁之間結(jié)合稍差。低密度帶較多，其低密度帶明顯較實(shí)驗(yàn)組的寬。二者具有顯著差異性，即干燥的髓腔環(huán)境可以增加骨水泥-骨界面的微鎖程度，增強(qiáng)骨水泥-骨界面的穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

［1］楊述華，邱貴興．關(guān)節(jié)置換外科學(xué)［M］．北京:清華大學(xué)出社，2005:50．

［2］Barrack RL，Mulroy RD Jr，Harris WH．Improved cementing techniques and femoral component loosening in young patients with hip arthroplasty:a 12-year radiographic review［J］．JBone Joint Surg(Br)，1992，74(3):385-389．

［3］Charnley J．Anchorage of the femoral head prostbesis to the shaft of the femur［J］．J Bone Joint Surg(Br)，1960，42(1):28-30．

［4］王毅，同峰，末殿臣，等．骨水泥振動(dòng)器的研制及其對(duì)骨水泥骨界面影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］．中華外科雜志，2008，46(6):431-433．

［5］Schrnalzried TP，Maloney WJ，Jasty M，et al．Autopsy studies of the bonecement interface in well-fixed cemented total hip arthroplasties［J］．J Arthroplasty，1993，8(2):179-188．

［6］宋烜赫，張波，步萬(wàn)庶，等．骨髓腔沖刷對(duì)骨水泥-骨界面結(jié)合強(qiáng)度的影響［J］．哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37(3):242-246．