微创全髋关节置换前后相关细胞因子水平的变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0216

摘要/Abstract

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文题释义：

细胞因子：是由某些免疫细胞和某些非免疫细胞受到刺激后合成分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质。通过结合相应的受体来调节细胞生长、分化、调控免疫应答、炎性反应等生物效应。

微创全髋关节置换：是在传统全髋关节置换的基础上发展起来的一种新式的人工髋关节置换方式，较之于传统全髋关节置换，微创全髋关节置换具有手术切口小、失血较少、疼痛轻微、置换后脱位发生率低、康复期短及心理接受程度较高等优势。

摘要

背景：微创全髋关节置换较之于传统全髋关节置换，其具有置换切口小、失血量少、置换后疼痛轻脱位发生率低、置换后康复期短等优点，但是置换后应激及体内代谢相关的血清学指标的变化尚缺乏系统的报道。

目的：观察微创与常规全髋关节置换治疗前后相关细胞因子水平的变化及与临床疗效的关系。

方法：纳入178例于2015年1月至2017年1月在西南医科大学附属医院骨与关节外科行单侧全髋关节置换的患者，随机分为观察组(n=89)与对照组(n=89)。对照组接受传统标准后外侧入路行全髋关节置换；观察组接受前外侧入路微创全髋关节置换。收集记录2组患者关节置换情况相关指标；于置换前、置换后1，3，6及12个月进行髋关节Harris评分；置换前、置换后1，3 d采用ELISA法检测血清白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α以及降钙素原水平。

结果与结论：①所有患者顺利完成关节置换并获得随访, 随访时间为12个月；②两组患者的年龄、性别、体质量指数及关节置换部位无明显差异(P > 0.05)；③观察组手术时间、住院时间及关节置换切口长度均显著短于对照组，关节置换中失血量、输血量及置换后引流量均显著少于对照组(P < 0.05)；④两组患者置换后各时间点髋关节Harris评分较置换前均有所上升，且观察组置换后1及3个月的Harris评分显著高于对照组(P < 0.05)；⑤观察组置换后1及3 d的血清白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α以及降钙素原水平显著低于照组；⑥结果提示，微创全髋关节置换疗效优于常规全髋关节置换，且能显著降低相关细胞因子水平，更有利于患者下肢运动功能的快速恢复。

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
ORCID: 0000-0002-9321-8708(马晨曦)

关键词: 人工假体, 微创手术, 全髋关节置换, 髋关节病变, 血清学检测, Harris评分, 细胞因子

Abstract:

BACKGROUND: Compared with conventional total hip replacement, minimally invasive total hip replacement has some advantages, such as small incision, less blood loss, light pain, low incidence of dislocation, and short rehabilitation period. However, changes in post-displacement stress and in vivo metabolism-related serological indicators have not been systematically reported.

OBJECTIVE: To observe cytokines and curative effect before and after minimally invasive total hip replacement and conventional total hip replacement.

METHODS: We selected 178 patients who underwent unilateral total hip replacement in the Department of Bone and Joint Surgery, Affiliated Hospital of Southwest Medical University from January 2015 to January 2017. They were randomly divided into observation group (89 cases) and control group (89 cases). The control group was treated by total hip arthroplasty through the standard invasive posterolateral approach. The observation group was treated by total hip arthroplasty through the minimally invasive anterolateral approach. The related operation indexes were recorded in two groups. Harris score was analyzed preoperatively, 1, 3, 6 and 12 months after surgery. The serum levels of interleukin (IL)-1, IL-6, IL-10, tumor necrosis factor (TNF)-α and procalcitonin were measured by enzyme linked immunosorbent assay preoperatively, 1 and 3 days after surgery.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) All patients were followed up for 12 months. (2) Age, sex, body mass index and joint replacement site were not significantly different in both groups (P > 0.05). (3) The operation time, hospital stay and incision length in the observation group were shorter than those in the control group. The blood loss, blood transfusion, and postoperative drainage in the observation group were less than those in the control group (P < 0.05). (4) Harris Score increased at various time points after replacement in both groups. Harris score was significantly higher in the observation group than in the control group at 1 and 3 months after surgery (P < 0.05). (5) The serum levels of IL-1, IL-6, IL-10, TNF-α and procalcitonin in the observation group were significantly lower than in the control group 1 and 3 days after surgery. (6) These findings confirm that minimally invasive total hip arthroplasty has better curative effect than conventional total hip arthroplasty, and can reduce related cytokine levels, and is more conducive to the rapid recovery of lower extremity motor function.

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Key words: Arthroplasty, Replacement, Hip, Surgical, Minimally Invasive, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

马晨曦，李忠. 微创全髋关节置换前后相关细胞因子水平的变化[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(15): 2297-2302.

Ma Chen-xi, Li Zhong. Changes of related cytokine levels before and after minimally invasive total hip replacement[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(15): 2297-2302.

图/表（结果） 2

2.1 参与者数量分析共有178例患者参与试验，全部进入结果分析，无脱落。试验流程图见图1。

2.2 患者基线资料 所有患者顺利完成手术并获得随访，随访时间为12个月。两组患者的年龄、性别、体质量指数及手术部位无明显差异(P > 0.05)，说明其具有基线可比性，见表1。

2.3 患者手术情况 两组患者手术时间、手术切口长度、置换中失血量、输血量、置换后引流量以及住院时间相比差异均有显著性意义(P < 0.05)，观察组手术时间、住院时间及手术切口长度均较对照组短，置换中失血量、输血量及置换后引流量均较对照组少，见表2。

2.4 患者Harris评分 两组患者置换前及置换后6及12个月Harris评分相比差异无显著性意义(P > 0.05)；2组患者置换后1及3个月Harris评分相比差异均有显著性意义(P < 0.05)，在置换后1及3个月观察组较对照组Harris评分高，且2组患者Harris评分随着时间推移而上升，见表3。

2.5 患者相关细胞因子水平的变化 两组患者置换前血清白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素10、肿瘤坏死因子α以及降钙素原水平相比差异无显著性意义(P > 0.05)。与对照组相比，观察组置换后1和3 d各因子水平显著降低(P < 0.05)，见表4-8。

2.6 不良事件发生情况 观察组肺部感染2例，经抗生素治疗后痊愈。1例患者于置换后12个月死亡，死亡原因为急性心肌梗死。对照组置换后下肢深静脉栓塞1例，抗血栓治疗后痊愈；肺部感染1例，抗生素治疗后痊愈。2例患者死亡，分别于置换后6和12个月，死亡原因为肺内感染(1例)和急性心肌梗死(1例)。两组无切口感染，深部感染发生。

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引言

近年来由于各种晚期髋关节疾病，行全髋关节置换的患者呈逐渐增多趋势^[1]。全髋关节置换是目前治疗发育性髋关节发育不良、股骨头缺血性坏死、终末期髋关节病变、髋关节骨性关节炎、股骨颈骨折股骨颈骨折置换后骨不连以及肿瘤及股骨头坏死等疾病的有效手段，极大地提高了关节疾病患者的生活质量^[2-4]。目前在临床工作中常规治疗晚期髋关节病变的方法多采用常规全髋关节置换，但有关研究表明接受此术式的部分患者由于感染、假体骨头脱位以及假体无菌性松动等原因髋关节功能并不能恢复到正常水平^[5]，且传统全髋关节置换软组织及肌肉损伤较重、失血较多、置换后脱位发生率高以及置换后康复期较长^[6]。在20世纪90年代，为了减少人工全髋关节置换的创伤，尽早地恢复关节功能，有学者提出了微创全髋关节置换的概念^[7]。相较于传统全髋关节置换，微创人工全髋关节置换对周围软组织的损伤小，置换中和置换后出血少，输血量小，置换后的脱位率也较低，且其使患者快速康复的特点，使患者的痛苦得到更好的缓解，经济负担得到了极大的减轻，上述诸多特点使微创全髋关节置换越来越被患者所接受^[8-9]。

当前研究通过专业医师记录2组研究对象手术情况相关指标来评价两种治疗方法的临床疗效，并选取与应激及体内代谢相关的血清学指标进行检测，旨在深入了解其变化规律。通过观察其水平的变化评价不同手术方式对机体功能代谢的影响，以期从更多侧面评价疗效并为晚期髋关节病变的治疗提供数据支持，进一步为微创全髋关节置换的这一治疗方式提供评价指标。

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材料方法

1.1 设计 随机对照观察实验。

1.2 时间及地点 于2015年1月至2017年1月在西南医科大学附属医院骨与关节外科完成。

1.3 对象 选取2015年1月至2017年1月于西南医科大学附属医院骨与关节外科行单侧全髋关节置换的178例髋关节疾患患者作为研究对象，诊断标准遵守卫生部发布《人工髋、膝关节置换术》(WS/T335-2011)标准^[10]。按照随机数字法将患者分为观察组(n=89)与对照组(n=89)。观察组男45例，女44例，年龄为(56.34±11.28)岁，体质量指数为(22.38±2.19) kg/m²，对照组男46例，女43例，年龄为(55.97±12.27)岁，体质量指数为(22.51±2.11) kg/m²。

试验已获得医院伦理委员会的批准，且所有研究对象均签署知情同意书。

纳入标准：①X射线提示髋关节破坏；②患者存在髋部中重度的持续性疼痛；③经长期保守治疗未得到实质性改善；④髋关节均无明显僵硬、畸形；⑤初次行单侧全髋关节置换术；⑥研究对象体质量指数小于25 kg/m²。

排除标准：①有髋关节手术史的患者；②炎症性多关节炎的患者；③髋臼发育不良的患者；④髋关节病理状态需扩大暴露的患者；⑤双侧髋关节需要同时进行置换术的患者；⑥存在骨关节强直的患者；⑦病态肥胖症的患者。

1.4 材料 试验所使用人工全髋关节假体Zimmer公司全髋关节生物型假体，其具有手术操作简单，翻修手术难度低，保存骨量好以及生物稳定性强等优点，在临床已得到广泛使用；ELASA试剂盒(南京生物工程研究所)。

1.5 方法

1.5.1 置换前准备置换前所有患者进行完整的理化检查，如血常规、凝血功能、血沉及C-反应蛋白等，排除感染因素，并对手术进行风险评估。于置换前给予入组研究对象的患侧肢体足够质量的皮牵引，将上移的患肢尽量向下牵引，在牵引过程中注意避免神经损伤。通过影像学评估股骨头是否需要下移以及需要下移的距离，明确是否需要行转子下截骨及截骨长度。所有手术均由同一组医师完成。

1.5.2 置换过程

对照组：接受传统标准后外侧入路行全髋关节置换。所有患者经常规麻醉后(首选硬膜外麻醉)，标准侧卧位，常规消毒铺巾，切口从大转子与髂后上棘及大转子连线的外中1/3交点处之间沿着股骨外侧纵轴方向延伸，显露股骨大转子及其附着的组织，注意保护坐骨神经。离断近侧1/3股方肌及诸外旋肌肌腱，显露关节囊。沿主切口方向切开关节囊，常规进行股骨截骨，移除股骨头。然后按照标准步骤安装假体、复位髋关节。复位髋关节后活动各个方向检查其稳定性、活动性以及下肢长度。缝合关节囊，逐层缝合手术切口，放置负压引流管^[11]。

观察组：接受前外侧入路微创全髋关节置换。患者麻醉后健侧卧位，切口从大转子尖部后角沿着股骨轴线向近端沿股骨中心线顺纤维方向延伸6-8 cm，切开阔筋膜。显露臀中肌后缘处的滑囊组织，剥离臀中肌前方和臀小肌前侧，显露关节囊。电刀沿主切口方向切开关节囊，常规进行股骨截骨，移除股骨头。然后按照标准步骤处理股骨颈残端，安装假体、复位髋关节。将股骨头假体置入髋臼杯中，将股骨颈假体置入股骨柄中，移动下肢以便将股骨颈装入股骨头中^[12]。复位髋关节后活动各个方向检查其稳定性、活动性以及下肢长度。缝合关节囊，逐层缝合手术切口，放置负压引流管。

1.5.3 置换后康复训练两组研究对象均于置换后当天开始进行屈髋及直腿抬高训练，并在24 h内拔除负压引流管；置换后3 d在助行器辅助下部分负重行走；置换后3周辅助单拐行走；置换后3周内避免患髋做屈曲-内收-内旋的复合动作防止关节后脱位；置换后1个月左右开始无助行器辅助完全负重行走。

1.5.4 观察指标

一般资料的收集：分别收集2组研究对象的年龄、性别、体质量指数及手术部位等相关资料进行统计学分析，临床资料搜集由骨科医师完成。

置换情况的比较：搜集住院及置换情况相关指标，包括：手术时间、手术切口长度、置换中失血量、输血量、置换后引流量以及住院时间。

髋关节Harris评分的比较：置换后经门诊总共随访12个月，分别于置换前、置换后1，3，6及12个月进行Harris评分^[13]。Harris评分包括：①疼痛占44分；②关节功能占18分；③关节运动占5分；④行走能力占33分。

细胞因子的测定：所有患者均于置换前、置换后1，3 d清晨空腹抽血5 mL，转速3 500 r/min离心5 min，保留上清液置于-80 ℃超低温冰箱备检，所有标本采集完毕后一同进行各项检测。采用双抗体夹心(ABC-ELISA)法检测白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素10、肿瘤坏死因子α以及降钙素原水平。

1.6 主要观察指标 ①患者一般资料；②置换一般情况；③髋关节Harris评分；④血清相关因子的水平。

1.7 统计学分析 采用统计学软件SPSS 17.0进行数据分析，计数资料以n表示，采用Pearsonχ²检验，计量资料数据以x(_)±s表示，两数据间比较采用t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

微创全髋关节置换是近十年在传统全髋关节置换的基础上发展起来的一种新式的人工髋关节置换，较之于传统全髋关节置换，其具有置换切口小、失血较少、减轻置换后疼痛、降低置换后脱位发生率、缩短置换后康复期、心理接受程度较高等优势^[14-16]。但同时有学者提出由于微创手术的切口较小，置换中难以辨认神经，由此增加了损伤神经的可能性^[17]。全髋关节置换中所用的假体材料可分为生物性假体及骨水泥型假体^[18]。目前的研究支持在置换中用到的骨水泥颗粒具有诱导白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α以及降钙素原表达的作用^[19]。置换后促炎因子和抗炎因子互相协同作用，共同参与到机体的代谢过程中。白细胞介素1是一种由激素样肽类物质组成的单核因子，能诱导与肿瘤坏死因子α相似的生理以及代谢改变，并且能够与肿瘤坏死因子α相互协同作用，共同促进炎症发生发展的作用^[20-22]。白细胞介素6是一种重要的促炎症性细胞因子，主要由免疫细胞、血管内皮细胞及成纤维细胞分泌^[23]。白细胞介素10是一种可以抑制T细胞激活、诱导T细胞免疫耐受并且抑制NK细胞的活性的抗炎因子^[24]。降钙素原在病变时可以由多种器官产生的无激素活性的降钙素前肽物质^[25-27]。有研究表明置换后血清降钙素原水平的检测对髋关节置换后感染的发生及髋关节功能的恢复有一定的预测价值^[28]。肿瘤坏死因子α是一种可以诱导白细胞介素6产生的促炎因子^[29-30]。目前有研究证明肿瘤坏死因子α在创伤或手术时升高的水平与组织损伤程度密切相关^[31-32]。

在当前研究中，课题组选取的生物型假体具有置换操作简单，翻修手术难度低，保存骨量好以及生物稳定性强等优点。通过专业医师记录两组研究对象手术情况相关指标来评价两种治疗方法的临床疗效，并选取与应激及体内代谢相关的血清学指标白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α、降钙素原进行检测，目前，在全髋关节置换领域国内外还尚无上述指标联合检测的研究报道。结果发现观察组手术时间、住院时间及手术切口长度、置换中失血量、输血量及置换后引流量均少于对照组。且观察组患者置换后1及3个月的Harris评分显著高于对照组，说明微创置换组的疗效较常规组更为优秀，能在更短时间内达到更好的恢复效果。观察组患者置换后1及 3 d的血清白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α、降钙素原水平均低于对照组。置换后由于应激及体内代谢的原因上述因子都有所升高，但微创组炎症因子、抗炎因子以及与感染相关的指标水平都较常规手术的对照组低。说明微创手术对患者机体的刺激更小，恢复也更快，与疗效研究所得的结果相互印证。

研究的不足之处在于在疗效评价上当前研究仅选取了置换后1，3，6及12个月作为随访时点，其远期临床疗效有待进一步的随访观察，结论具有一定的局限性。且由于术后血清学指标测量仅选择了3个时间点进行测量，因此无法具体分析接受不同术式后髋关节功能恢复的动态趋势，缺乏长期随访数据的支持，样本量也较小。课题组在今后的研究中将开展多时间点、大样本的远期随访研究，以期进一步明确微创全髋关节置换后相关细胞因子水平的变化。

综上所述，研究通过评定微创与常规全髋关节置换治疗前后的疗效以及测定血清白细胞介素1，6，10、肿瘤坏死因子α、降钙素原水平，结果发现微创全髋关节置换可以显著改善患者髋关节功能恢复，降低置换后炎性反应，进一步为微创全髋关节置换的临床推广提供评价指标并且指导治疗。

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