股骨头坏死和骨关节炎患者初次全髋关节置换后髋臼假体周围的骨密度差异

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.39.002

摘要/Abstract

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文题释义：

双能X射线吸收测定法：其测定过程是将从X射线球管释放的X射线通过kedge吸收过滤，分成高低2种X射线(40 keV和70-80 keV)，从而测定骨密度。双能X射线吸收计的照射源是X射线，是使用直接由X射线发生器或X射线射频滤波所产生的不同能量射束。

全髋关节：由人工髋臼和人工股骨头组成，过去二者均用金属材质，但实践证明并发症多。目前国内外均用超高分子聚乙烯制成的髋臼，低强度模量金属制成的人工股骨头。人工全髋关节的类型和设计较多，主要是股骨头的直径和与骨固定的髋臼面的设计。较厚的髋臼，直径相对小的人工股骨头组成的全髋，头臼磨擦力小，人工臼稳定，局部反应小。

摘要

背景：股骨头坏死患者初次全髋关节置换后失败率高于骨关节炎患者，特别是髋臼侧假体，假体周围骨密度是影响假体生存质量的重要因素。

目的：观察初次全髋关节置换后，股骨头坏死患者以及骨关节炎患者髋臼假体周围骨密度的差异以及存在差异的具体部位。

方法：共纳入股骨头坏死患者和骨关节炎患者各50例，利用双能X射线吸收检查，比较经相同的全髋关节置换后5年患者的髋臼假体周围骨密度。按照De Lee和Charnley描述的方法将髋臼部位影像分区，对比分析两组研究对象髋臼不同分区的骨密度。

结果与结论：①髋臼假体周围骨密度：股骨头坏死组在髋臼下部和上部的骨密度明显低于骨关节炎组 (P < 0.05)，而两组髋臼中部骨密度差异无显著性意义；②结果证实：股骨头坏死患者的髋臼假体髋臼下部以及上部区域骨密度显著低于骨关节炎患者。

ORCID: 0000-0002-7862-1304(陈金栋)|

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 髋, 全髋关节置换, 双能X射线吸收测定, 股骨头坏死, 骨关节炎, 骨密度, 髋臼, 假体周围, 感兴趣区域

Abstract:

BACKGROUND: Failure rate is higher in patients with osteonecrosis of femoral head than in osteoarthritis patients after primary total hip arthroplasty, especially acetabular prosthesis. Bone mineral density around the prosthesis is a key factor for quality of life of the prosthesis.
OBJECTIVE: To observe the difference in periprosthetic bone mineral density between patients with osteonecrosis of the femoral head and osteoarthritis patients and the exact location of differences after primary total hip arthroplasty.

METHODS: Fifty patients with osteonecrosis of femoral head and fifty osteoarthritis patients were enrolled in this study. Dual energy X-ray absorptiometry examination was used to compare bone mineral density 5 years after total hip arthroplasty. In accordance with De Lee’s and Charnley’s methods, images of acetabulum were divided. The bone mineral density of different areas of the acetabulum was compared between the two groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Periprosthetic bone mineral density: Bone mineral density in the lower part and upper part of the acetabulum was significantly lower in the osteonecrosis group than in the osteoarthritis group (P < 0.05). No significant difference in bone mineral density in the middle of the acetabulum was detected between the two groups. (2) Results confirmed that the bone mineral density in the lower and the upper parts of the acetabular component was significantly lower in patients with osteonecrosis of femoral head than in patients with osteoarthritis.

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Key words: Tissue Engineering, Bone Density, Femur Head Necrosis, Osteoarthritis

中图分类号:

R318

陈金栋，许新，孙东红，闵翠霞，陈扬，刘秀梅. 股骨头坏死和骨关节炎患者初次全髋关节置换后髋臼假体周围的骨密度差异[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(39): 5788-5793.

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图/表（结果） 2

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引言

人工髋关节假体的使用寿命和生存质量与假体-骨的结合程度密切相关^[1-2]，后者取决于关节负重、假体的种类、假体表面性状以及假体周围的骨量及骨密度等多个因素^[3-4]。各种原因引起的股骨头坏死是骨科领域的常见多发疾病，其发病年龄多为30-50岁，严重影响患者的劳动能力和生活质量，加重家庭经济负担^[5-7]。大部分股骨头坏死患者会发生股骨头塌陷以及髋关节炎，而全髋关节置换是保留晚期患者关节功能的首选治疗手段^[8]。因此，对股骨头坏死全髋关节置换的相关研究具有重要的临床意义。

通过文献回顾发现，上述课题在近年来逐渐成为研究热点。有一些研究者比较了生物型假体和非生物型假体置换在上述患者中的应用情况^[9]。有文献提示，骨坏死患者的全髋关节置换翻修率较高与骨水泥的使用相关，另外患者活动量较大以及体质量偏重也是导致关节置换失败的原因^[10]。有影像学研究发现骨坏死患者的股骨头区域、转子间以及干骺端的骨量和骨密度出现明显减少^[11]。在对全髋关节置换后股骨假体周围骨密度的研究中发现，假体周围骨密度与假体松动以及假体周围骨折发生具有密切关联^[12]。还有研究提示，在股骨头坏死患者中髋臼侧假体松动发生率要高于其他原发疾病患者^[13]。

因此，有必要开展对骨坏死患者全髋关节置换后髋臼假体周围骨密度的研究，而相关研究尚未见报道。试验将应用双能X射线吸收测定分析骨坏死患者全髋关节置换后髋臼假体周围的骨密度，并选用骨关节炎患者作为匹配分析对照，排除其他因素干扰。在试验中，试验试图明确上述两组患者髋臼假体周围骨密度是否存在差异，以及差异程度和骨密度差异的具体部位。

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材料方法

1.1 设计 病例调查分析。

1.2 时间及地点 于2010年至2015年于河北医科大学附属华北石油管理局总医院完成。

1.3 对象 从河北医科大学附属华北石油管理局总医院患者随访库中，确定符合纳入/排除标准的136例患者，均已按照年龄、体质量、性别进行匹配，其中股骨头坏死患者和骨关节炎患者各68例，均为术后约5年的患者。

根据入院记录、住院病例以及出院记录和随访资料，收集整理研究对象的基本信息，包括年龄，身体质量指数，性别以及手术部分等相关信息。试验经河北医科大学附属华北石油管理局总医院伦理委员会审批，所有研究对象均签署书面知情同意书。

纳入标准：①初次行单侧全髋关节置换者；②原发病为骨坏死或骨关节炎患者。

排除标准：①原发病为类风湿性关节炎，髋关节损伤或者骨折；②围手术期以及术后长期应用雌激素、钙剂、维生素D、降钙素或任何其他防治骨质疏松的药物；③合并其他关节或者骨骼肌肉系统疾病，如先天畸形、严重骨缺损等；④有严重影响手术治疗的其他基础疾病，有严重感染性疾病等；⑤对试验涉及药物或者移植物有过敏史者；⑥不能配合完成随访工作或随访资料不完整者。

1.4 材料 试验所用假体包括生物型髋臼假体和股骨柄假体的股骨柄均具有羟基磷灰石涂层，聚乙烯衬垫对金属头，臼杯直径为32 mm。

1.5 方法

1.5.1 置换方法所有手术均采用标准后侧关节置换入路。患者侧卧位，切口起自髂后上棘下方约5 cm，沿臀大肌方向至股骨大转子后缘，继转向股骨干方向，向下延伸约5 cm。切开阔筋膜，分离臀大肌，沿臀大肌肌纤维方向切开臀大肌后并拉开，显露梨状肌窝和外旋肌群，切断外旋肌群，可保留部分股方肌，分离后切开关节囊后即可进行髋臼及股骨端的处理，常规方法进行关节置换。所有手术由单一术者完成。髋臼假体外翻角为(40±10)°，前倾角为(15±10)°，符合Lewinnek等所述标准^[14-15]。

1.5.2 DXA检查方法在随访期间，所有患者均接受髋关节双能X射线吸收(dual energy X-ray absorptiometry，DXA)检查，利用髋关节金属消除模型分析双能X射线吸收检查图像，由于伦理考虑，并没有对对侧进行双能X射线吸收检查，且无法获得术前骨密度的基线数据。根据双能X射线吸收检查设备说明，患者处于仰卧位，髋关节轻度内旋，下肢固定，髋臼部位的扫描图像按照DeLee和Charnley等^[16-17]描述分为感兴趣区(region of interests，ROI)1-3共3个区域，如图1所示。上述检查由影像科医师完成，检查者对患者的病情不知晓。

1.6 主要观察指标 术后各组研究对象髋臼假体周围骨密度及各分区骨密度。

1.7 统计学分析 采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料以x(_)±s表示，若数值符合正态分布，组间数据的比较采用t 检验；数值不符合正态分布，采用Mann-Whitney U检验检测。计数资料以百分率表示，组间比较及两两比较采用卡方检验。P < 0.05为差异具有显著性意义。

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讨论

试验通过匹配设计研究发现骨坏死和骨关节炎患者在初次接受全髋关节置换后，两组患者髋臼假体周围骨密度存在差异，其中在髋臼上部和髋臼底部骨密度差异较为显著，骨坏死患者髋臼假体周围密度低于骨关节炎患者。

试验最重要的结果揭示了骨坏死患者全髋关节置换后髋臼上部和下部的骨密度低于骨关节炎全髋关节置换后同区域的骨密度。骨关节炎患者术后髋臼假体骨密度异常与原发疾病相关性显著。文献报道提示，影响关节置换后假体周围骨密度的因素很多，其中包括年龄、性别、体质量指数、手术方式、假体类型以及原发疾病^[18-21]。既往文献报道多集中于研究术后骨密度与不同的假体类型和涂层相关性，研究提示精确的压配固定技术和合理的假体配体设计对于提高假体周围骨密度，防治假体松动和假体周围骨折极为重要^[22]。也有一些研究发现高龄女性患者易出现假体周围骨密度降低^[18]。试验重点研究原发疾病对移植物周围骨密度的影响。研究采用匹配设计，研究对象采用同一手术方式以及移植物，在一定程度上排除了年龄、性别以及移植物类型和性质的影响。试验发现按照DeLee和Charnley的标准，将髋臼假体分为3个区域，3个区域股骨头坏死组患者骨密度均小于骨关节炎患者的骨密度，因此可以证实骨坏死患者初次全髋关节置换后髋臼假体周围骨密度存在异常，低于骨关节炎患者。试验采用匹配设计，在国内相关研究尚属于首例。

结合病理学以及骨坏死相关基础研究结果，试验推测上述结果出现有以下几点原因：①临床基础研究结果提示，Tingart等^[23]阐明了骨坏死患者骨量和骨结构因为骨小梁性质的变化而改变，患侧大小转子以及临近股管区域的骨密度也较健侧明显降低。另外，骨坏死患者股骨头以及股骨颈区域的骨形成和重塑相关基因明显上调，而对应关节面所在的髋臼部位由于临近股骨头区域，因此骨代谢会受到局部细胞因子以及microRNA的调节，成骨/破骨活动活跃，随之出现的骨密度的重新分布是骨代谢改变的结果^[24-25]。由于解剖位置更靠近股骨部分，髋臼下部骨密度的降低可能较多的归因于上述机制。②骨坏死患者致病因素包括创伤性以及非创伤性，创伤性骨坏死患者会出现较长期的活动障碍，非创伤性骨坏死本身存在不同程度的骨代谢异常，因此术前可能存在骨密度异常，将在后期前瞻性研究中加以证实。③骨坏死患者髋部血供可能劣于骨关节炎患者，导致术后局部假体骨长入能力较弱^[26]。④从生物力学角度考虑，髋部上部存在较为明显的应力遮挡，因此该部位骨密度降低较为显著。综上所述，骨坏死患者术后假体周围骨密度降低是多因素造成的结果。

临床研究提示骨坏死患者接受全髋关节置换后，假体生存质量以及使用寿命短于其他原因接受全髋关节置换的患者。假体使用寿命较短多由于术后出现并发症，如假体周围感染、假体周围骨折以及无菌性松动等^[27]。其中较低的假体周围骨密度是假体周围骨折与无菌性松动的独立危险因素，严重影响假体生存质量。结合上述结果和研究结论，试验推测骨坏死患者关节假体寿命较短可能归因于较低的髋臼周围骨密度，此次研究，由于随访时间较短以及研究病例数限制，随访期间未发现研究对象发生假体相关并发症，在进一步的研究中，试验将设计回顾性病例研究方案，完善相关研究。

试验采用双能X射线吸收测定可较为准确的反应骨密度以及髋关节周围的骨重塑情况，被认为是评估骨密度和骨性结构较为准确的手段^[28-29]。目前很多研究都采用该技术研究全髋关节置换置换后假体周围骨密度以及骨长入的情况。双能X射线吸收与传统X射线检查相比，具有更高的灵敏度。假体周围骨密度的改变在双能X射线吸收检查中更易显现。Sabo等发现双能X射线吸收很适合用于分析髋臼假体周围的矿化情况的改变^[30-32]。在DeLee和Charnley等影像学研究提示髋部骨坏死导致的骨性结构改变和骨密度的变化可以通过双能X射线吸收检查量化衡量^[33-34]。试验结果根据双能X射线吸收检测分析，结果具有较高信度和准确度。

试验选用骨关节炎患者作为对照，主要为便于匹配分析，排除其他影响因素干扰。骨关节炎是非创伤性髋部疾病行全髋关节置换的指征，该类患者占关节置换患者比例较高，且发病人群基线特点与骨坏死患者较为相近，因此作为匹配对照研究对象。为减少偏倚，试验排除了有骨质疏松病史的患者以及正常对照人群，增加结果的信度。

试验存在一定的缺陷。首先，试验由于是病例对照研究，试验数量较少。根据严格的配对标准，试验共组成了50对，相比于随机对照试验，所得结论循证等级较低。但是作为相关研究的首次报道，为进一步研究作基础，为样本量的计算提供依据。在进一步研究中将开展随机临床对照试验。其次，试验未采集研究对象的基线骨密度值，尤其是术前骨密度。目前很多关于骨密度的研究均按照时间点，描述骨融合情况在随访期间的变化，考虑到试验以横断面研究为主，因而时间序列变化并非试验重点。最后，双能X射线吸收结果受到很多和因素影响，比如图像的分析，机器的灵敏度，不同疾病对骨密度的影响。双能X射线吸收检测对细节的处理要求较高。试验严格按照有关方案，执行双能X射线吸收检查和解读双能X射线吸收检测结果^[35]。

综上所述，试验结果提示股骨头坏死患者的髋臼假体周围骨密度低于骨关节炎患者的假体周围骨密度，其中髋臼下部以及上部区域明显低于骨关节炎患者。手术者需要谨慎处理髋臼侧，严格按照规范以及患者个体情况采取合适的方式固定假体。

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