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        相對干燥骨髓腔對骨水泥-骨界面結(jié)合強度影響的研究

        2014-12-20 05:42:32尹一然張德祥魯曉波
        創(chuàng)傷外科雜志 2014年5期
        關(guān)鍵詞:抗拉力小梁骨髓

        尹一然,張德祥,魯曉波

        目前全球每年行關(guān)節(jié)置換數(shù)量已達到85萬個,且隨著社會發(fā)展越來越受到重視。在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的短時間里骨水泥就可以提供足夠強的穩(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)后遠期發(fā)生的并發(fā)癥,其中最主要的是無菌性松動,它是導(dǎo)致假體失敗的重要原因。因此,如何防止假體松動,增加骨水泥-骨界面的結(jié)合強度成為目前人工關(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)合強度,延緩骨水泥-骨界面發(fā)生無菌性松動的時間,為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

        材料與方法

        1 材料

        1.1 試驗動物 購活豬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(浙江三格田教學儀器有限公司);四川大學分析測試中心萬能力學實驗機。

        2 方法及步驟

        2.1 分組 將16頭活豬的32根股骨隨機分為6組,抗拉力實驗組(A1)、對照組(A2)和抗壓力實驗組(B1)、對照組(B2),每組各6根;影像學實驗組(C1)和對照組(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,切開皮膚及軟組織,分離肌層達,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),保留遠端。使用髓腔銼沿股骨縱軸方向開通髓腔,直徑為1.2cm,深度為6cm。實驗組豬股骨擴髓后分別用3%過氧化氫、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;對照組僅用高壓脈沖沖洗髓腔。遠端置入自制髓腔栓,栓子長度為1cm,剩余5cm深度髓腔留用灌注骨水泥。灌注骨水泥:通過真空攪拌器攪拌骨水泥,在骨水泥糊狀期[1]時使用骨水泥槍進行加壓灌注,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骨水泥柱以便進行后期的力學實驗。待骨水泥凝固后從膝關(guān)節(jié)處離斷股骨,在原來標記的髓腔栓的近端位置截骨,截除股骨遠端,暴露遠端骨水泥柱。

        3 觀察指標

        3.1 力學測試 將A1、A2和B1、B2組所得標本在力學試驗機上分別進行抗拉力和抗壓力測試,通過與之相連的計算機記錄實驗所得數(shù)據(jù)。

        3.2 影像學測試 將C1、C2組所得標本行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標準[2]評定骨水泥對股骨假體柄的把持力。3.3 大體標本觀察 將進行影像學測試后的C1、C2標本沿縱軸剖開,用放大鏡觀察骨水泥及髓腔表面情況。

        4 統(tǒng)計學分析

        力學實驗組統(tǒng)計學處理方法采用兩組樣本(A1與A2、B1與B2)配對t檢驗;影像學實驗組(C1與C2)采用χ2檢驗。P≤0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

        結(jié) 果

        1 力學測試

        1.1 在抗拉力實驗中,隨著載荷的增大,當骨水泥被拉出或骨水泥-骨界面發(fā)生松動時各組載荷分別是:A1組(2.17±0.10)KN,A2組(1.81±0.08)KN(表1)。根據(jù)配對t檢驗統(tǒng)計結(jié)果,按照α=0.05的檢驗水準,兩組比較差異具有統(tǒng)計學意義(t=6.595,P=0.001)(表2)。

        1.2 在抗壓力實驗中,隨著載荷的增大,當骨水泥被壓縮或骨水泥-骨界面發(fā)生松動時各組載荷分別是:B1組(3.25±0.08)KN,B2組(2.85±0.12)KN(表3)。根據(jù)配對t檢驗統(tǒng)計結(jié)果,同理,B1與B2具有統(tǒng)計學意義(t=5.381,P=0.003)(表4)。

        1.3 抗拉力、抗壓力配對t檢驗兩兩配對見表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度明顯大于非干燥情況下,說明干燥的髓腔環(huán)境能夠增強骨水泥-骨界面的結(jié)合強度。

        表1 A1、A2兩組標本能承受的最大拉力值(KN)

        表2 抗拉力實驗數(shù)據(jù)的配對t檢驗表

        表3 B1、B2兩組標本能承受的最大壓力值(KN)

        表4 抗拉力實驗數(shù)據(jù)的配對t檢驗表

        表5 抗拉力、抗壓力配對t檢驗兩兩配對表

        2 影像學測試

        髓腔相對干燥組的CT斷層片上可見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會出現(xiàn)少量低密度帶,可能與髓腔內(nèi)骨水泥從遠端至近端受到的壓力梯度逐漸減小有關(guān)。對照組的CT斷層片上可見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驗組的寬。實驗組結(jié)合緊密者為83個,非結(jié)合者為13個,其結(jié)合率為86.46%。對照組結(jié)合緊密者為64個,非結(jié)合者為32個,結(jié)合率為66.67%(表6)。根據(jù)χ2檢驗計算公式求得χ2=10.478,P<0.01,二者具有顯著差異性。

        表6 實驗組C1與對照組C2結(jié)合數(shù)/結(jié)合率

        3 大體標本觀察

        實驗組骨水泥柱表面干凈,有大量細小突起,骨小梁表面清潔,有大量與骨水泥結(jié)合的骨小梁孔。對照組骨水泥表面呈暗紅色,細小突起少,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固定兩大類,骨水泥固定具有術(shù)后早期固定牢靠等特點,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機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)生無菌性松動的主要原因是骨水泥-骨界面嵌合強度不夠[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改進骨水泥的治療;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骨水泥-骨界面的結(jié)合強度。說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驗中,隨著載荷的增大,當骨水泥被拉出或骨水泥-骨界面發(fā)生松動時各組載荷分別是: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t檢驗統(tǒng)計結(jié)果,按照α=0.05的檢驗水準,抗拉力組與抗壓力組皆具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。即在相對干燥髓腔環(huán)境的情況下形成的骨水泥-骨界面抗拉力和抗壓力的強度明顯大于非干燥情況下,說明干燥的髓腔環(huán)境能夠增強骨水泥-骨界面的結(jié)合強度。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,造成了本實驗實驗組與對照組在力學測試上的顯著差異。同時,骨水泥-骨界面結(jié)合強度的增強,一個穩(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)、骨溶解和骨松動的磨損顆粒、炎性細胞和細胞因子進入骨-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)后松動的發(fā)生率。另外,髓腔相對干燥組的CT橫掃片上可見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良好;對照組的CT橫截面上可見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驗組的寬。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,增強骨水泥-骨界面的穩(wěn)定性及強度。

        [1]楊述華,邱貴興.關(guān)節(jié)置換外科學[M].北京:清華大學出社,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.骨水泥振動器的研制及其對骨水泥骨界面影響的實驗研究[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,步萬庶,等.骨髓腔沖刷對骨水泥-骨界面結(jié)合強度的影響[J].哈爾濱醫(yī)科大學學報,2003,37(3):242-246.

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