不同植入材料在人工全髋关节置换临床应用中的反应

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.51.023

摘要/Abstract

摘要：

背景：早期临床工作中应用非生物型材料(骨水泥)治疗髋关节，由于固定范围较大，时间较长，且骨水泥界面的老化、破裂而引起假体松动等并发症，效果欠佳，所以置换后髋关节活动度的恢复会受到一定的影响。
目的：探讨使用生物型与非生物型植入材料进行全髋关节置换的方法和进展，评价不同材料髋关节假体的特点及临床应用。
方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据及CNKI数据库，在标题和摘要中以“不同植入材料，全髋关节置换，内固定材料”或“Carpal bone，fracture ununited”为检索词，纳入与生物材料及组织工程人工髋关节相关的文章。
结果与结论：生物型内固定材料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性及生物相容性。目前髋关节置换临床应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合，但金属的弹性模量与人体骨骼相差甚远，导致应力遮挡效应，容易引起假体的疏松和不稳定。生物惰性陶瓷在活体内具有很高的稳定性和很好的机械强度；生物活性陶瓷具有骨传导特点及与活骨整合的性能。复合材料假体因其可调的弹性模量和足够的力学强度，接近人体骨骼的力学性能而逐渐被重视。但目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体材料。因此应从改进人工髋关节设计和制造工艺，提高材料的耐磨性与力学性能，增强假体与宿主骨的结合性，减少应力遮挡等方面来提高植入物与宿主的生物相容性，更好地延长假体使用寿命。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 生物材料综述, 髋关节置换, 植入材料, 生物活性陶瓷, 内固定材料

Abstract:

BACKGROUND: Early clinical application of non-biological materials (bone cement) for treatment of hip joint is ineffective, due to the large fixed range, long fixation time, as well as aging and rupture of bone cement interface causing complications such as prosthetic loosening. Thus, postoperative range of motion of the hip joint can be affected to some degree.
OBJECTIVE: To investigate the methods and progress of biological and non-biological materials for total hip replacement and to assess the features and clinical application of different hip prostheses.
METHODS: A computer-based search of PubMed and CNKI was performed by the first author to retrieve articles related to biological materials and tissue-engineered hip joint using the keywords of “carpal bone, fracture ununited” in the title and abstract. The keywords were limited to Chinese and English.
RESULTS AND CONCLUSION: Biological materials for internal fixation have good wear resistance, corrosion resistance and biocompatibility. Currently, the combination of metal joint head and polyethylene acetabulum with ultrahigh molecular weight is the most commonly used in hip replacement. However, the metal joint head exhibits an elastic modulus far from the human skeleton, resulting in stress shielding effects which are easy to cause prosthetic loosening and instability. Bio-inert ceramics has high in vivo stability and good mechanical strength; and bioactive ceramics has bone conduction characteristics and performance of the living bone integration. Composite prosthesis, because of adjustable elastic modulus and sufficient mechanical strength, shows the mechanical properties close to the human bone and has been gradually noticed. However, there is a lack of ideal prostheses with good biocompatibility and biomechanics. Therefore, hip design and manufacturing processes should be improved to elevate wear resistance and mechanical properties, to enhance the binding between prosthesis and the host bone, and to reduce stress shielding in order to improve the biocompatibility of the implant with the host, and extend the prosthetic life.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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Key words: biocompatible materials, hip joint, arthroplasty, replacement, hip, review

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 1

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引言

全髋关节置换主要为解除髋关节疼痛，其次为改进髋关节功能。国际常用的骨水泥固定的人工全髋关节有Charnley、Müller、Aufranc-Turner Calandruccio等类型。这些关节假体柄部上宽下窄，可将与骨水泥交界面的剪力变为压力；柄横断面常呈长方形，四角为钝角以免切割骨水泥；有些柄有纵沟以防柄部旋转；大部假体有颈托平台，有不同长度及直径的颈部；头的直径有22，28，32 mm 3种；髋臼杯为超高分子聚乙烯材料，呈半圆形；凸面有不同的沟槽以利骨水泥固定；杯周边镶有金属定位环。骨水泥固定人工髋关节置换已取得明显成绩，但仍然存在较高的松动率^[1] ，尤其对年轻及活动多的患者更为突出。人们为解决这方面的问题而设计了多孔表面的人工关节，以骨长入多孔表面生物学固定的方法代替骨水泥固定^[2] 。目前无骨水泥人工髋关节的柄横径及前后径均较粗，有或无颈托。多孔表面均设计在假体柄的上1/3段，以利骨内生长。柄远端为光面，嵌于股骨干中可起到初期固定作用。骨内生长区主要位于多孔表面与光面交界处，在塑料髋臼杯背面均有金属加强杯。金属杯的背面为多孔表面，用螺丝固定于髋臼骨上。也有的髋金属杯背面为宽大螺纹，可旋入髋臼内。国外常用的无骨水泥多孔表面人工髋关节有AML(anatomic medullary locking)、PCA(porous coated anatomic)、H-GP(Harris-Galante Prosthesis)、Osteonics、APR(anatomic porous replacement)等，常用的类型有珍珠面人工全髋关节巨孔型及多孔表面关节等。
20世纪80年代，人工关节研究人员研发了现代非骨水泥型全髋关节，并期望它能解决骨水泥所引起的所有问题，为了提高非骨水泥型髋臼假体的长期临床效果，1983年以后引入了生物固定的概念，即通过骨小梁长入多孔金属表面来获得髋臼假体的固定^[3]。因此总结出生物学固定的几点要求：①手术时尽可能少地切除骨质，最少限度地干扰骨结构的应力传导作用。②植入假体最大限度地与骨组织密切接触，以减少空隙。动物试验证明，空隙超过1.0-2.0 mm骨组织即不能长入多孔表面。③假体植入后须达至三维固定，将假体与骨组织间的相对运动减少到最低限度。初期固定后3周内，相对运动不超过30 μm，以免长入孔内的骨小梁发生折断。④必须避免物理或化学方面的损伤，如防止暴力撞击人工股骨柄。⑤术后二三个月开始有限制的负重，以刺激负重面的骨内生长。但过度负重则会妨碍骨组织长入假体表面孔隙内，最后交界面形成纤维膜。目前大多数医生使用可行螺钉固定的半球形髋臼假体，如Harris-Galante 假体，其5年随访疗效甚佳。有研究报告了一组使用Harris-Galante 假体的患者，121髋经57个月随诊，松动率为0^[4] 。
与此同时，医生对通过螺钉固定的假体也存有担心，主要在3个方面：首先是固定用的松质骨螺钉有损伤周围神经、血管的危险，当螺钉拧向髋臼的后上或后下象限时可避免这种危险，虽然有人认为拧向髋臼后下象限的螺钉有损伤臀下动脉、阴部内血管神经束的危险，但是螺钉长度小于25 mm时一般认为仍是比较安全的^[5-6] ；其次是医生担忧螺钉和螺钉孔可成为磨屑转移的通路，进而出现骨-假体界面的骨溶解；最后一个担心是有文献报道在使用通过螺钉固定的号对号假体时，早期和中期随访时发现髋臼假体周围透亮线发生的概率较高^[7] 。总而言之，推荐使用1 mm或2 mm压配技术，确保髋臼假体与髋臼周围骨质充分接触，并尽可能减少髋臼顶的间隙^[8] 。同时提醒大家的是以上很多结果都来自尸体研究，不同设计的假体结果也不尽相同。在实际操作时医生应准确了解髋臼锉和髋臼假体的直径对应关系，以便正确地进行安放髋臼假体。
文章评价不同材料髋关节假体的特点及临床应用，同时比较不同植入材料在治疗全髋关节置换中临床应用的安全性和远期疗效。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程
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