21世纪人工关节置换术的历史回顾

21世纪人工关节置换术的历史回顾

关节修复是在关节形成的基础和概念上发展起来的一门新技术。虽然最早人体应用人工关节是Gluck于1891年首先报告的,但是直到20世纪60年代Charnley通过大量临床实践和基础研究,确立了人工关节假体设计中的低摩擦原理,选择了金属-高密度聚乙烯组合来替代金属-金属组合和现代骨水泥技术,才使得人工关节置换术的临床效果出现较大的进步。20世纪70年代以来,人工关节在基础研究、设计生产和临床应用三方面的发展十分迅速,关节置换手术广泛开展。估计全世界每年约有50余万人因创伤、骨关节炎、肿瘤等而接受人工关节置换术,我国每年有3万～5万人接受人工关节手术。随着新世纪的到来和我国加入WTO,我国的人工关节也较快地与世界接轨,某些方面已经接近或达到了国际先进水平,个别也有创新。但是必须清醒地看到,我们在其中的很多领域仍存在不足和差距。为此,提高21世纪我国人工关节的技术水平,是当代外科医师应承担的历史使命。现就相关问题提出自己的观点,以供同道参考。一、适应证和禁忌证选择创伤性关节炎、骨性关节炎、类风湿性关节炎、股骨头缺血性坏死、某些关节骨折、良恶性肿瘤、Peget病性关节炎、强直性脊柱炎、牛皮癣性关节炎,以及系统性红斑狼疮患者长期大量服用激素引起的股骨头坏死等造成的严重的关节功能丧失,是初次人工关节置换术首选的适应证。过去认为,60～75岁为人工关节置换术的最佳年龄,现在这个年龄限制已经放宽。高龄患者或更年轻的患者也被认为可以做人工关节置换术,尤其是高龄股骨颈骨折患者选择人工双极股骨头置换被认为是一种较好的治疗方法。对于年龄<50岁的患者,可以选择其他手术方法,如关节融合或截骨术。但结果表明,如果手术适应证相同,这些方法的效果较差。人工关节置换术的禁忌证是局部或全身性的感染,局部皮肤、软组织和血供条件很差并可能导致术后切口闭合困难或切口部软组织和皮肤坏死者,神经源性关节病,全身情况或伴发疾病使其难以耐受置换手术者。过度肥胖只被认为是手术相对的禁忌证。二、生物材料的研究正常关节是骨与骨之间的功能性联接,受力复杂,同时承受拉、压、扭转和界面剪切力及反复疲劳、磨损的综合作用。关节软骨的主要功能是:(1)承受力学负荷,减缓接触应力。关节软骨尽管很薄,但对减缓力的作用不可否认,如果没有软骨,就会引起骨的损伤。(2)润滑作用,使关节面相对运动时的摩擦系数降低到最低限度。正常关节的摩擦系数是0.002,而钢轴承的摩擦系数比它大100倍。(3)具有新陈代谢功能。因此,要求假体的材料必须具有足够的强度和塑型以及抗疲劳、抗磨损、抗腐蚀的能力。此外,由于假体长期置入体内,材料应具有良好的生物相容性,无毒副作用,耐体液的化学腐蚀和电化学腐蚀,密度低,弹性模量接近于人的皮质骨。鉴于这种情况,目前的生物材料还未达到尽善尽美,不能完全满足生理环境和关节生物力学的要求。人工关节常用的材料有不锈钢、钴合金与钛合金三种。不锈钢耐腐蚀性和强度不及后两者,故已基本不用。钴合金耐磨性、耐腐蚀性和综合机械性能均较好,国外有铸造型(HAYNES21)和锻造型(HAYNES25)两种,是较优良的置入材料。钛合金表面易氧化生成致密的二氧化钛膜,耐腐蚀性好,优于钴合金;而且密度低,约为钴合金的一半;弹性模量与人皮质骨的弹性模量接近,生物相容性好,生物界面结合牢固,是较理想的置入材料。但其耐磨性差,不宜用于球头的制造,只适用于股骨柄假体的制造。近年来,随着生物学材料的不断发展,国内外正在研究及发展利用喷涂技术或烧结技术,在金属外表面结合一层羟基磷灰石或聚醋酸、碳素等材料制成复合材料,藉此形成骨性结合,提高固定效果,防止松动。另外,国内外正在研究将骨形态发生蛋白按一定比例与羟基磷灰石结合制成新型的人工关节涂层。但以上材料尚处于动物实验阶段,仍需长时间的观察和研究。我国国产钴合金与钛合金的质量、规格和加工技术还比较落后,理、工、医科技人员合作研究出国产高质量的假体材料势在必行。三、限制骨置换的特殊情形较早期的人工关节是金属对金属的组合。上世纪60年代以来,由于Charnley的发现,现在大部分采用钴合金股骨头与高强度的超高分子聚乙烯髋臼相结合,有与假体连为一体的和可拆卸的两种,常用的直径为28,26mm。90年代以来发现超高分子聚乙烯的磨屑与骨溶解、吸收有密切关系,从而导致潜在的假体松动。其直径一般在0.5μm左右,90%<1.0μm。一般情况下,钴合金对聚乙烯的磨损每年约0.1～0.2mm,而且随着股骨头直径的增加,磨屑的体积也会增加。有关磨损碎屑诱导骨溶解的机制尚不完全清楚,一些学者认为,这种骨溶解主要是材料碎屑导致周围组织炎性反应所致。吞噬或包绕磨损碎屑的巨噬细胞能分泌肿瘤坏死因子、白细胞介素、前列腺素以及胶原酶等,这些局部介质激活破骨细胞,进一步引起骨质吸收和溶解。因此,如何减少磨损碎屑的产生和碎屑产生后如何抑制局部异物反应,是材料学与临床医学要共同解决的难题。目前,再次出现了金属-金属的头臼组合,而陶瓷-聚合体、陶瓷-陶瓷的头臼组合还在研究探索之中。至今尚未找到一种更好的材料替代聚乙烯,以减少磨损。所以,在使用聚乙烯材料时,要求聚乙烯髋臼的壁厚不应<6～8mm;股骨头的直径应≤28mm;当聚乙烯髋臼使用金属外壳时,其外壳内侧的设计应使聚乙烯内衬与外套紧密贴配并力求机械稳定。20世纪70年代膝关节人工关节置换未考虑到髌骨置换,术后膝前疼痛、脱位、伸膝装置断裂等髌股关节并发症的发生率较高。为此,在膝关节置换术的同时行髌骨置换的观点已越来越为广大矫形外科医师所接受。70年代只有30%的病例在膝关节置换术同时行髌骨置换,而到90年代则上升到70%。其适应证也大幅扩展,包括所有类风湿性关节炎、髌骨囊性变、髌骨硬化、髌股关节运动轨迹异常等。髌骨置换术的惟一禁忌证是髌骨的严重骨缺损,残存骨组织无法提供足够强度的骨床。在髌骨假体安装时要注意:假体的位置宁内勿外;假体的直径在相差不大时宁小勿大;假体的厚度宁薄勿厚。四、非骨水泥固定20世纪90年代以来所采用的第三代骨水泥技术,包括髓腔栓、骨水泥枪、髓腔冲洗、压力固定以及假体柄的中心化,减少骨水泥中的气泡含量等。这些方法极大地克服了原有缺点,增加了骨水泥承受的应力,加强了界面的结合强度,从而降低了松动发生率。非骨水泥假体在固定方面的重要改进是使骨长到烧结孔或假体的粗糙表面。这种方法一度比骨水泥假体的应用更为广泛,在股骨上端非骨水泥固定假体获得了与采用新骨水泥固定假体相似的临床效果,但有迹象证明这会产生更多的骨溶解。虽早期随访没有任何症状,但不少学者担心这种不断发展的骨溶解可能会造成假体的无菌性松动。五、多孔面抗体联合股骨得到有效社会主义随着人均寿命的增加及手术适应证的扩大,人工关节手术不断增多,关节翻修术(revision)的绝对数量也在增加,也使翻修术变得越来越重要。而翻修术花费很高、非常复杂,对术者的技术和临床经验要求较高。并要求配备专用的手术器械,以保证手术成功。翻修术的适应证为:(1)人工关节术后出现疼痛、僵直及功能丧失,通过保守治疗及生活习惯的改变仍无效;(2)有一侧或双侧假体松动或骨质缺失的X线证据。(3)合并骨折、脱位、假体位置不佳、感染等并发症。近年来,如髋臼松动的翻修术,不论既往是使用骨水泥还是多孔面假体,在有足够骨床存在的情况下用多孔面假体较可靠,经8～11年随访,成功率达90%。股骨假体翻修术,主要决定于股骨近端骨床的性质,在许多情况下,使用第三代骨水泥技术来固定股骨柄,10～11年随访,再翻修率为10%～18%;另一种趋势是采用非骨水泥的假体,尤其是有广泛被覆面(coated)的假体,9年随访,成功率为90%。碎屑性植骨在修复股骨髓腔缺失方面,不论是否使用骨水泥都很成功,皮质骨只在必要时使用。在特殊情况下,可用大块异体骨来填补股骨近端的缺损。假体感染的诊断和治疗十分困难,感染性病变过去均被列为手术禁忌证,近年来将人工关节置换术用于感染已被控制病例的报道有增多趋势,对化脓性感染也有人在抗生素保护下手术清除病变,充分冲洗后Ⅰ期行假体置换。因感染失败而做翻修手术的人工关节置换术患者,在欧洲有不少Ⅰ期再置换获得成功的病例,但多数学者仍主张在感染完全控制后1年以上再行手术。最近的研究表明,感染人工关节在清创术后间隔4～6周行Ⅱ期翻修术,可以较理想地控制感染,同时尽最大可能恢复受累关节的功能。亚洲包括国内已有学者在骨关节结核病灶清除的同时,行Ⅰ期人工关节置换术,近期效果较好,远期效果有待进一步观察。总之,人工关节置换就是对因创伤、疾病造成破坏的关节进行修复,解除关节疼痛、畸形和功能障碍,