人工关节置换术后的过敏反应

人工关节置换术后的过敏反应中华外科杂志1998年第4期第36卷综述作者：卢宏章朱天岳单位：100034北京医科大学第一医院骨科日常生活中接触镍、钻、格、钛等金属引起过敏反应的现象较常见，人群中对镍的过敏现象最多（约为10%）,其次是钻（约6.9%）［1〜3】。从事某些职业的人群，如骨科医生、手术室工作人员因接触骨水泥而引起手部搔痒以及接触工业胶的工人发生过敏性皮炎的现象也较为常见⑷。近20余年来，人工关节置换术后出现的过敏反应现象也时有报道。一、各种材料引起人工关节置换术后过敏反应概述早在70年代初，人们在对金属-金属假体（Mckee-Farrar假体）引起过敏反应（sensitivityreaction）现象进行回顾性研究后，发现对镍、钻、格等金属的皮肤斑贴试验的阳性率为15%〜38%［5〜8】，明显高于人群中对这些金属的敏感率。在对金属-金属假体的前瞻性研究中，Deutman等［9】发现66例全髋关节置换术前对镍、钻、格等金属皮肤斑贴试验阴性者，术后有4例转为阳性。在对金属-聚乙烯人工假体的前瞻性研究中，Waterman等［10】发现85例中有14例术前皮肤斑贴试验阴性而术后转为阳性。所以，不论何种类型的人工关节，植入体内后其中的镍、钻、格等金属都可以引起过敏反应［1】。但是由于金属-聚乙烯假体的磨损率较金属-金属假体低，因此行此类人工关节置换术后由金属引起的过敏反应的发生率也相对较低⑺。目前，镍在人工关节中的含量已明显降低，由镍导致的过敏反应现象也逐步减少，而由钻所引起的过敏现象则显得较为突出［1，3】。临床上时有关于人工关节术后假体附近出现由镍、钻、格等金属引起的过敏性皮炎的报道［3,11】。由于金属钛多以氧化钛的形式存在，而氧化钛不与细胞或蛋白相结合，因此人群中对钛的过敏反应并不常见［1】。有学者报道在松动假体周围，发现大量的钛颗粒蓄积而没有其他金属粒子，而且患者对钛的皮肤斑贴试验阳性，在假体周围的界膜中还发现大量的T淋巴细胞，说明钛合金假体在体内也能引起过敏反应［12,13】。聚乙烯由碳、氢、氧等元素聚合而成，这些物质在体内不会引起过敏反应。但在聚乙烯的生产过程中，有一种催化剂为四氯化翎TiCl4），它可以引起过敏反应。因此聚乙烯也可能引起过敏反应［1】。对骨水泥植入体内后是否能引起过敏反应的认识较晚。有人曾对骨水泥人工关节患者外周血中的单核细胞与甲基丙烯酸甲酯（MMA）进行体外培养，结果显示骨水泥没有免疫活性，只产生非特异性的炎性反应［⑷。近年来，Wooley等［15〕发现聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与骨水泥人工关节术后患者外周血单核细胞培养的上清液中有IL-1P和IL-2,这些细胞因子的产生提示机体对PMMA的反应中存在着炎症反应（IL-邛介导）和免疫反应（IL-2介导）。曾有学者报道1例股骨干骨折内固定术后感染形成痿管的患者，植入庆大霉素链15个月后，痿管周围皮肤出现红肿、瘙痒和湿疹性皮炎，皮肤斑贴试验和治疗经过都表明此反应是由骨水泥中的MMA引起的过敏反应［16〕。Gil-Albarova等［m报道在26例无菌性松动的骨水泥人工关节患者中13例对PMMA的皮肤斑贴试验和白细胞移动抑制试验阳性，而且患者外周血中还发现T和B淋巴细胞（CD2和CD22）及IL-2受体阳性淋巴细胞（CD25）数目明显增高。这都说明人工关节置换术后骨水泥在深部组织中同样能引起过敏反应。二、 人工关节置换术后过敏反应的机理有学者用免疫组化的方法研究发现，在假体周围的侵袭性肉芽组织中含有大量的吞噬聚乙烯微粒的巨噬细胞和少量的T淋巴细胞。但T细胞不能被IL-2R的抗体所标记，即这些T淋巴细胞无活性，这说明异物颗粒虽然能够激活巨噬细胞，但这种反应不能激活T淋巴细胞介导的免疫反应［18〕。也就是说人工关节术后产生的免疫反应可能不是继发于炎性反应的一个生物学过程。人工关节植入体内后可以发生腐蚀或磨损，释放镍、钻、格、钛等金属离子，在假体周围组织、外周血、头发和尿液中都能够检测到这些离子［3,5〕。骨水泥在体内可以因机械性因素而碎裂，也能释放出各种成分。有研究表明，镍、钻、格等金属离子同其它半抗原一样，不能引起免疫反应，但它们能够与组织中的蛋白结合而具有免疫原性，使金属离子成为一个抗原决定簇。另一方面，蛋白与金属结合或发生反应以后，可以部分或者完全变性，所以金属磨损的产物也可以通过这些变性的蛋白与组织或细胞发生免疫反应［19〕。临床上，大多数人工关节术后的过敏反应都表现为皮肤斑贴试验阳性和白细胞移动抑制试验阳性，而且在外周血和假体周围界膜中活化的T淋巴细胞的数量增多，特别是IL-2受体的表达，说明这种免疫反应主要是W型变态反应［13,17〕。近来，Yang等［19〕用ELISA方法在人工关节置换术后患者的外周血中还检测到针对镍、钻、格或金属蛋白复合物的特异性抗体，其中IgE抗体的表达具有较高的特异性。说明人工关节除了能引起由T细胞介导的W型迟发性过敏反应外，还可能引起体液免疫反应。三、 过敏反应与人工关节松动的关系人工关节的无菌性松动一直是困扰临床医生的一个重要问题，机体对人工关节中某种材料过敏是否会因排斥反应而造成假体松动早就引起了人们的关注。Elves等［8〕报道在23例松动的Mckee-Farrar假体中，15例对镍、钻、格等金属过敏反应阳性，而未松动的27例中，只有4例阳性，两组间差异有显著性意义。他们认为金属过敏与假体松动有明显的相关性，但不能确定过敏反应是引起松动的原因，还是继发于人工关节松动的后果。Evans等6报道在14例松动的Mckee-Farrar假体中9例对金属的皮肤斑贴试验阳性，而24例未松动假体中无1例阳性。通过组织学研究，他们首先明确指出对金属的过敏反应可以使假体周围组织中小血管闭塞，引起骨或软组织坏死，最终导致假体松动。Jones等⑶也认为对钻的毒性反应和过敏反应是造成人工关节松动的主要原因，其中过敏反应起更大的作用。Lolar等［⑶的研究表明对金属钛过敏也可能是导致松动的原因之一，并认为如果在松动假体表面界膜中发现激活的T淋巴细胞，那么进行同种关节再置换将很快发生松动。对骨水泥的研究也有类似的结果。Haddad等S’20：报道15例在2年内发生无菌性松动的患者对骨水泥中的加速剂N，N-二甲基对甲苯胺（N,N-DMT）的皮肤斑贴试验反应阳性，而无松动的对照组均为阴性。在这7例中，有3例再次行骨水泥人工关节置换术后又很快出现松动，而1例进行非骨水泥人工关节翻修术后2年，假体稳定，功能良好。由此他认为对N,N-DMT过敏可能是引起某些骨水泥人工关节早期无菌性松动的主要因素，而不是继发的次要的因素。但这一观点并没有得到普遍的认同。有学者通过前瞻性研究发现，人工假体植入前后，患者对金属的过敏反应差异无显著意义，甚至与人群中过敏反应的发生率相当，他们认为过敏反应可能是继发于假体松动】9,21：。Brown等】22：报道在20例无菌性松动的Mckee-Farrar假体中没有1例对镍、钻、格皮肤斑贴试验阳性，对17例假体周围组织进行病理检查也没有发现迟发性过敏反应的征象。他们否认过敏反应是引起假体松动的原因。虽然人工关节置换术后皮肤斑贴试验的阳性率较高，但出现过敏性皮炎或因过敏引起的假体松动者较少，也就是说对假体中的某种成分过敏并不预示着假体将发生松动而丧失功能口，2：。目前对于过敏反应在人工关节松动中究竟起多大的作用尚无定论。有人认为，过敏反应引起假体松动有一定的生物学基础，但只适用于少数患者［6,23：。因此，在进行人工关节置换前，应详细地询问病史，或者进行皮肤斑贴试验，如果患者对某种材料有过敏史，应选择含该材料少或不含该材料的假体，以减少可能由过敏反应引起的松动［6,15：。四、人工关节置换术后过敏反应的表现及检查人工关节置换术后产生的过敏反应主要表现：（1）皮肤合并症：湿疹样皮炎、荨麻疹、脉管炎、多形性红斑等。（2）假体松动：其中过敏性皮炎一般出现在术后37个月（1个月〜15年），皮炎大多出现在假体的皮肤表面附近。人工关节引起过敏性皮炎的诊断标准有：（1）植入假体后出现局限性皮炎；（2）除外了其它可能的病因如深部感染等；（3）皮炎是慢性的；（4）取出假体后2个月，皮炎即治愈；（5）假体可以释放出金属等半抗原或其它致敏原。此外，还有较次要的标准如皮质醇治疗无效等。为明确是否为W型过敏反应，还有三条诊断标准：（1）皮肤斑贴试验阳性率很高；（2）皮肤斑贴试验或皮内反应活检的组织学特征与免疫反应机理相符；（3）过敏原与假体成分一致，且能释放该物质E：。关于过敏反应引起人工关节无菌性松动的诊断标准，尚未见文献明确报道。一般认为，必须对人工关节中某种材料的皮肤斑贴试验、白细胞移动抑制试验(LIT)有很高的阳性率，最确切的是松动假体周围的肉芽组织中有大量激活的T淋巴细胞而且界膜的病理改变符合W型过敏反应的病理特点，同时还必须除外其它可能引起的假体松动因素［4,5,13：。皮肤斑贴试验、白细胞移动抑制试验是检测人工关节术后发生过敏反应的两种最常用的方法，它们均被用于检查W型过敏反应。皮肤斑贴试验较为简便，应用广泛，但结果易受到检测溶剂的影响，敏感性较差。另外人工关节术后产生过敏反应的发生率较低，而且皮肤斑贴试验还可能使一般人群致敏，因此皮肤斑贴试验还没有作为人工关节置换术前的常规检查。而白细胞移动抑制试验