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王岩剖析髋假体发展现状及存在问题

作者: 来源:中华外科杂志 日期:2012-05-04
导读

         2012年5月1日,解放军总医院骨科王岩教授在《中华外科杂志》上发表了一篇关于“人工髋关节翻修术的发展趋势及国内现状的思考”文章。文中王岩教授对人工髋关节翻修术的发展现状做了深入阐述。

关键字:  王岩 | 髋关节置换术 

  2012年5月1日,解放军总医院骨科王岩教授在《中华外科杂志》上发表了一篇关于“人工髋关节翻修术的发展趋势及国内现状的思考”文章。文中王岩教授对人工髋关节翻修术的发展现状做了深入阐述。

  现代人工全髋关节置换技术是20世纪骨科领域里程碑式的进展之一,为治疗终末期髋关节疾患开辟了新天地。然而,在其不断发展、革新的历程中,由于无菌性松动、感染、脱位以及骨折等原因导致的关节置换失败如影相随。人们在努力改进手术技术、优化假体设计以降低失败率的同时,也不断加强对失败病例的特点分析及治疗方案研究。历经30余年的探索与循证实践,现代人工髋关节翻修术逐渐自成体系,形成了一套相对规范的分型评估系统[美国骨科医师学会(AAOS)分型、Paprosky分型]和分级治疗原则。尤其是近10年来,随着组织工程学、材料工程学以及生物力学的不断发展和进步,髋关节重建技术和假体材料的不断推陈出新,更新的理念和假体设计也相继问世。实现初期紧密的压配稳定及远期长久的生物固定成为现代翻修技术追求的目标和原则。非水泥型的生物固定方式、假体材料的类骨化设计、假体部件的组配式植入模式以及手术技术趋于简化等都是追求这一目标的具体体现,也是人工髋关节翻修领域呈现出的新趋势。

  一、骨缺损分型系统的建立为翻修技术的规范化提供了依据

  人工髋关节翻修技术的核心在于对骨缺损的重建。为了能够准确掌握髋关节骨缺损的特点及合理选择重建技术,在20世纪末出现了多种关于骨缺损的分型系统,包括AAOS分型、Paprosky 分型、Engh 分型、Gross分型、Gustilo & Pasternak 分型及Mallory 股骨分型等[1-6]。尽管它们大多都基于X线片及(或)术中所见对骨缺损进行评估和分类,但其评判骨缺损的准确程度和对临床的指导意义方面表现不一。目前最为流行的是AAOS分型和Paprosky分型系统,尤其是后者,对髋关节中心位移的程度和方向、耻(坐)骨溶解程度及泪滴破坏等都进行了较详细的评估;尽管相对复杂,但其对术前计划的制定提供了很大帮助,也为人工髋关节翻修技术的规范化提供了依据。

  二、新型类骨生物材料用于翻修臼杯及垫块的设计

  现代人工髋关节翻修技术追求满足生物力学的需要,骨水泥因其固有缺陷(锁定机制消失)导致较高的早期松动率促使人们把目光逐渐转到非水泥固定模式。遵循初期压配稳定及远期生物固定这一原则,半球形、表面涂层的压配臼杯结合多枚螺钉辅助固定逐渐被大家所接受并推崇,而表面生物涂层又是其中的研究重点。最初的假体涂层包括钴铬钼烧结珠粒、扩散黏接纤维金属网(diffusion bonded fibre metal mesh)、多孔结构钛(cancellous-structured titanium)和钛浆喷涂技术等。这些生物涂层均显示出了骨长入或骨长上以及在金属骨界面的重建。然而在人工髋关节翻修术中,特别是当宿主骨表面硬化、缺损而骨整合能力减低时,这些传统生物材料的局限性就凸显出来。

  近10年来,高度多孔性金属(highly porous metals,HPM)被研发出来用于改善非水泥假体的生物学特性。这些HPM材料的开孔结构由于其具有较高的多孔性(孔隙率60%~75%)、理想的孔径(200~600 μm)及较低的弹性模量,因此也被称为类骨样材料。这些特性提供了更好的骨整合和生物学固定潜能,可增加骨长入的速度和深度以及改善初始稳定性[7-8]。加之这些材料具有较高的表面粗糙度等特点,因此非常适合翻修病例。目前许多大的关节厂商纷纷推出了各自的HPM材料,包括Trabecular Metal(TM,德国Zimmer公司),Tritanium (美国Stryker公司),Regenerex(美国Biomet公司),Stiktite(英国Smith and Nephew公司)和Gription(美国DePuy公司)等。其中以TM最具代表性,其优越的类骨结构特征,不仅可以轻松胜任轻中度髋臼骨缺损的重建,而且使面积较大的包容性骨缺损的重建也已成为可能。Lakstein等[9]报道了应用TM翻修臼杯对包容性骨缺损超过50%的53例病例进行翻修,所有臼杯都应用至少2枚螺钉辅助固定,缺损区应用颗粒骨植骨填充,在至少随访2年后,仅2例(4%)出现力学失败。这一令人鼓舞的初期结果预示着传统要求髋臼宿主骨与假体接触至少50%以上的这一原则已经受到挑战。

  三、超大臼杯的应用使手术技术简化

  对于中度(Paprosky Ⅱ型)髋臼骨缺损,近年来出现了超大号的非水泥臼杯,称之为jumbo臼杯。一般认为臼杯外径达到或超过66 mm(男性)和62 mm(女性)就属于jumbo 臼杯。其特点是通过加大磨锉髋臼,利用超大的髋臼假体填充缺损。这样可避免广泛植骨,同时增加假体与宿主骨间的接触面积,旋转中心外移并下移,进一步接近解剖旋转中心。Whaley等[10]报告了Mayo clinic 89例应用jumbo臼杯患者的中期(平均术后8年)随访结果,假体存活率达到95%。由于其具有手术简化、直接及优良的中期效果等优势,近年来得到许多关节外科医生的认可和应用。当然,jumbo 臼杯的不利之处也很明显,包括其对恢复骨量的作用有限;另外,其较高的脱位率(较常规臼杯高12%)可能是由于撞击和软组织松弛造成的[11]。对于长圆形骨缺损不能一味地扩大髋臼来弥补骨缺损,否则将出现不可挽回的骨量损失。

  四、组配式髋臼重建逐渐成为新趋势

  在髋臼骨缺损中,长椭圆形骨缺损(Paprosky ⅢA型)是较常见的一种类型。针对这种缺损,Oblong 杯被研发出来,其设计理念是与骨缺损的模式相匹配,并获得较大的宿主骨接触,其在初期曾得到较为广泛的推崇和应用。但是在实际应用中需要去除较多骨质与其相匹配,对于向上移位超过2 cm以及内壁缺损的病例并不适用,且初期随访结果存在较大的差异性:随访2~4年,机械性松动率为2%~24%[12-14],所以这款假体逐渐被摒弃。但其设计理念被沿袭下来,Kosashvili等[15]首先提出了将臼杯与垫块组配安装重建缺损的髋臼,即在达到填充缺损、增加与宿主骨接触面积的同时,又简化了手术,提高术中的灵活性,这就是Cup-cage重建技术。该技术是随着新型多孔材料及第二代多孔涂层假体的出现而发展起来的,目前主要用在TM臼杯和TM笼状垫块(cage)的组配,适用于巨大的腔隙性缺损的重建。单纯的TM翻修臼杯不能获得充分的初始稳定,将TM垫块置于缺损的内壁或上壁区并用骨水泥与翻修臼杯连接组配,为TM翻修臼杯提供稳定支撑。这种组配方式应用灵活,垫块的大小、位置和方向可根据髋臼骨缺损的特点进行选择和调整,以达到最佳的匹配和填充。同时组配后成为一体,间接增加了与宿主骨的接触面积,因此实现了牢靠的生物学固定而不仅是单纯的机械固定。当然,该技术虽然初期临床随访显示出了满意的效果,但其远期结果仍有待观察。

  五、重度髋臼缺损和骨盆连续性中断的重建仍具挑战性

  对重度节段性髋臼缺损和骨盆连续性中断的重建是人工髋关节翻修术中最复杂、也最具挑战性的工作。普遍接受的方法是应用髋臼加强装置(包括髋臼加强环、抗内陷笼等)结合结构植骨进行重建。其原理是初期通过髋臼加强装置保护结构植骨顺利愈合,避免其塌陷。临床报道平均7.5年随访结果,总的存活率为88%[16];但单一研究结果差异很大,有报道显示5年失败率高达24%[17]。失败的原因主要是这些髋臼加强装置没有或仅有较弱的骨整合性能,使其疲劳断裂的发生率较高,手术技术的复杂性也是其失败的原因。这些装置的植入在技术上是具有挑战性的,而且需要广泛的暴露髂骨和坐骨,其坐骨神经损伤、脱位的发生率也较高。研发出更高性能且表面有成骨活性的髋臼加强装置以及更加便利的植入辅助设备可能有利于提高假体的存活率。

  六、组配式、锥形、远端固定股骨柄渐成主流

  对于中重度(Paprosky Ⅱ和ⅢA型)股骨缺损和假体周围骨折(Vanvouver B2/B3)的翻修重建已经形成共识,即选用非水泥、股骨远端固定型假体进行重建。目前常用的有广泛多孔涂层翻修柄和组配式锥形翻修柄两种设计。两种假体都取得了优良的中远期临床效果,但在固定模式和植入方式上存在较大的差别。前者通过广泛粗糙的多孔涂层来获得擦配稳定和理想的骨长入,成功的关键在于确保骨干(峡部)有至少5~7 cm的骨质完整以提供充分的擦配固定,这也限制了其仅适用于Paprosky Ⅱ和ⅢA型骨缺损。

  组配式、锥形股骨柄由锥形柄和近端体部两个部件组成。锥形柄通过楔形压配到圆筒形的股骨髓腔实现轴向固定,柄上突出的棱嵴可以卡到股骨内皮质以获得旋转稳定。这种固定模式不需要4 cm的压配即可获得稳定,所以其适用范围可以扩大到Paprosky ⅢB型骨缺损。同时该假体的近端体部可以单独安装,并任意调整下肢长短和前倾,显示出很大的便利性。我科应用这种假体临床随访至少2年,假体存活率达到95%[18]。组配式锥形柄由于其更灵活的匹配方式、更简化的手术操作以及优良的临床效果而得到更为广泛的临床应用。

  七、打压植骨技术仍是严重骨缺损重建的最佳选择

  打压植骨技术具有其他重建方法无法比拟的优势,即植骨愈合和恢复骨量。我科最早在国内开展打压植骨技术,在应用之初曾受到多方的质疑,认为它是“在沙滩上建房子”。然而临床应用结果证实,该技术可以获得充分的初始稳定性以及良好的中远期效果[19]。发展至今,该技术在很多方面逐渐规范化,比如对移植骨的选择(新鲜深冻骨为金标准),颗粒的尺寸(8~10 mm)及分级、植骨打压方式等[20]。同时又有了许多新的进展,如在颗粒中加入黏合剂防止植骨移位;在颗粒骨中混入骨替代材料(羟基磷灰石)以减少异体骨的应用等等。虽然该技术已获得优良的临床结果,但其潜在的疾病转播、手术复杂和并发症高发等弊端使其部分适应证被近年来出现的新材料和新技术所代替,如Paprosky Ⅱ型髋臼缺损逐渐被TM臼杯重建所取代等。然而对于一些严重骨缺损的重建,如Paprosky Ⅲ型髋臼缺损和Ⅳ型股骨缺损,打压植骨技术仍处于不可或缺的地位!

  八、局部翻修技术显示出了一定的优势

  对于一些只有部分部件(股骨侧或髋臼侧)失效的人工髋关节翻修病例,如果只翻修失效部件,而保留其他完好部件,将会大大减小手术创伤、缩短手术时间、避免相关并发症。Cement in cement技术由Greenwald等提出,主要针对骨水泥柄取出后的水泥套完整且固定完好的翻修病例。将骨水泥套干燥、打磨后,填充水泥并植入新的水泥固定柄。测试结果表明其剪切强度能够维持原有强度的94%[21];5~15年随访显示存活率达到了98%[22]。水泥固定衬垫技术主要针对髋臼外杯固定可靠、而锁定机制破坏的翻修病例,其应用骨水泥将髋臼内衬固定到表面打磨粗糙的臼杯内。研究结果显示应用水泥固定内衬到未松动的金属外杯表现出与组配式髋臼假体相似甚至更高的力学性能,实际应用也显示出了良好的临床效果[23]。

  九、我国人工全髋关节发展现状及存在的问题

  我国的人工全髋关节置换术在20世纪70年代起步,90年代开始快速发展,而在新世纪达到了全面繁荣。这主要表现在:(1)人工全髋关节置换总量继续增加,翻修比重逐渐加大。随着经济的增长、网络信息的日益普及,更多的潜在患者开始认识和接受人工全髋关节置换手术,而早一批接受人工全髋关节置换的患者应用已超过10年,进入失败高发的阶段,使得关节翻修比重加大。(2)国际学术交流日益密切,人工全髋关节置换及翻修水平显著提高。进入21世纪,我国人工髋关节领域与欧美国家间的交流愈加频繁和深入,关节置换及翻修的理念和手术技术得以及时更新,同时部分单位已经积累了相当多的临床经验,本专栏几篇关于人工髋关节翻修的文章介绍了他们在髋关节翻修处理方面积累的临床经验;比如针对人工髋关节翻修术后脱位率较高这一问题采用36 mm新一代陶瓷头,既减了磨损、又增加了稳定性,取得了较好的临床效果。(3)国际品牌仍占主导,自主产品渐趋增多,国产化意识加强。在20世纪90年代,欧美国家先进的关节产品开始引入国内,由于其优秀的设计理念、精良的制造工艺以及理想的临床效果,使得这些进口品牌一直占据国内主导地位。这也为研究设计国产关节提供借鉴,特别是近年来,研发设计具有自主知识产权、符合国人解剖特点的人工关节成为一项重要任务和目标。诸如JHB等一系列新型国产人工关节已进入临床应用并取得了较好的效果[24]。

  当然,我国人工全髋关节置换及翻修领域里存在的不足也是明显的,有些还相当的严重。具体表现在:(1)尽管与国际间差距缩小,但国内区域间差距明显扩大。由于地域优势,北京、上海、广州等一些发达地区医院的关节专科医生能够紧跟国际前沿、及时掌握最新的进展,所以他们大多数已经接近、甚至达到了国际先进水平。而处于中小城市医院的专科医师,由于培训条件不足、加之与国际、国内的交流机会少等原因,其关节置换理念和知识不能得到及时更新,有相当一部分医师甚至连关节置换的一些基本知识和规范化技术也未掌握,对于髋关节翻修的认识和重建就更无从谈起。所以我们今后的工作将致力于引入国际知名的培训课程,让广大中国临床医师有机会得到高水平、规范化的培训,如2011年的COA大会,我们就成功引入了美国特种外科医院(HSS)培训课程。今后我们还将引入美国关节置换新概念(current concepts in joint replacement,CCJR)等国际高端课程,力争在短期内使我国关节置换技术能够比肩国际先进水平。(2)虽然手术数量持续增加,但术后随访体系严重滞后。这是一个非常严重的问题!大量的病例在术后得不到密切的跟踪、随访,我们无法对手术技术、假体类型等一系列问题进行系统研究分析,也就无法对临床效果做出客观公正的评判。从全国范围来说,整个关节置换人群的流调分析、整体趋势分析等都无从得知。没有总结,何来提高?所以建立一个全国范围的、完善的随访登记制度至关重要,这是我国关节外科领域发展的长久大计!(3)尽管手术技术明显提高,但临床与科研互相脱节。人工关节置换与翻修的每一步进展都是临床医生与科研人员的密切合作实现的。尤其是新材料的研发、假体的设计等必须通过多学科的交叉、联合攻关来完成。在我国,大多数临床医生往往不了解生物力学、材料学等方面的研究设计和方法,而研究人员也不知道医生在临床发现或遇到的问题。因此许多临床问题并未能得到及时的研究和解决。

  总之,我国人工关节的发展需要走三条路,而且要同时走。一条是普及和更新理念和规范化培训之路,缩小区域间差距,提高我国人工关节的整体水平;一条是建立国家人工关节登记制度,走循证实践之路;最后是走临床与科研紧密合作的自主创新之路。我相信,我们走好这三条路,我国人工关节事业必定会登上一个新的台阶!

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