张先龙：人工髋关节置换术的现状与热点

原文刊载于《中华关节外科杂志（电子版）》

作者/上海交通大学附属上海第六人民医院 王俏杰 张先龙 

---

导 语

人工髋关节置换术近年来在许多方面都取得了长足的进展，也出现了一些备受关注的热点问题。在髋关节负重界面方面，高交联聚乙烯材料的改进使得陶瓷对高交联聚乙烯成为具有表现优异的负重面组合，陶瓷对陶瓷界面的碎裂风险随着新型复合陶瓷的出现也得到了最大限度的降低，成为年轻患者负重界面的优选方案。金属对金属界面因存在不良软组织反应等潜在风险而引起了极大的关注，而金属锥部腐蚀这一问题更是成为近期瞩目的焦点，值得进一步深入研究。

快速通道关节外科的迅速发展使得各种微创入路全髋关节置换手术再次赢得重视，但必须看到不可避免的学习曲线问题和微创技术本身可能存在的技术上的风险。在髋关节假体周围感染方面，目前的研究热点主要集中在感染的及时正确诊断和感染的积极预防上，多种新的诊断方法和具有抗菌或抑菌作用的新材料正被尝试用于感染的诊断和预防。各种高度多孔金属材料的临床应用改变了以往对于严重骨缺损的重建方法，为髋关节翻修带来了极大的便利。

人工髋关节置换术是治疗股骨头坏死、髋关节发育不良、退变性髋骨关节炎、类风湿性关节炎等疾病终末期病变的最重要和最有效的手术之一。美国现有总人口中的0.83% 接受过人工髋关节置换术。我国的人工髋关节置换术经历了数十年的发展，特别是近20年成规模、规范化的发展，取得了巨大的进步。2014年，我国的人工关节置换术总量已达近40万例，其中近60%为人工髋关节置换，而且，随着规范化手术技术的推广与普及、患者对手术接受度的提高以及医疗保障制度的完善，髋关节置换的手术量仍将以较快的速度不断增长。

国内外近年来在髋关节假体设计、新材料的应用、手术操作技术以及并发症预防等方面都取得了长足的进展。同时，一些新的问题也逐渐受到重视，成为临床和基础研究的热点。本文将针对人工髋关节置换外科近年来的发展现状以及备受关注的一些热点问题做一探讨。

一、髋关节负重界面的发展现状与热点

理想的负重界面材料应当具有的特点包括: 低摩擦系数、产生的磨损颗粒少、磨损颗粒引发的组织反应小、耐第三体磨损以及允许充分的液膜润滑。过去近20年里，第二代金属材料、高交联聚乙烯、及新型生物陶瓷的出现，极大地促进了关节外科的整体治疗效果。目前已有的承重界面可以分成两大类，第一类是“硬对软”的组合，材料为金属或陶瓷对聚乙烯; 第二类是“硬对硬”的组合，相同的硬质材料互相作用，包括陶瓷对陶瓷，金属对金属。

根据美国174家医院从2001年到2012年间105000例全髋关节置换术(THA)的抽样统计显示，2012年59% 的THA 使用金属对高交联聚乙烯，同时，陶瓷对聚乙烯/高交联聚乙烯的比例持续上升，从2001年的6%上升到2012年的38%，陶瓷对陶瓷的使用比例从2004年的11%降至2012年的1%，而金属对金属的使用比例从2007年的31%到2012年已降至1%。这些数据的变化，反映出临床使用过程中关节外科医师发现和关注的一些问题。我国目前尚无负重面材料使用比例方面的完整统计数据，但总体趋势是，在年轻或活动量大的患者中，陶瓷对陶瓷或陶瓷对高交联聚乙烯的组合正受到越来越多医生的认可和推崇。

(一) 金属或陶瓷对高交联聚乙烯

20世纪70年代后期出现的高交联聚乙烯(high cross－linked polyethylene，HXLPE) 相较于传统的高分子聚乙烯具有更好的磨损特性，已成为髋关节置换的常用负重面材料。交联能改善对接触磨损和腐蚀磨损的抵抗能力，且交联程度越高，耐磨性能越好。HXLPE 的磨损率与传统聚乙烯相比降低了60% ～ 90%，内衬磨损率约为0. 01 mm/ 年，其优势不言而喻，临床研究同样支持这一观点。然而，交联对韧度、延展性以及抵抗疲劳裂纹形成有负面影响，交联过程中会产生自由基，可引起氧化降解。第二代HXLPE使用了诸多新技术，连续多循环辐射退火可有效维持最佳结晶粒度和机械特性，减少自由基和氧化而不需要复熔。在生产过程中加入抗氧化剂维生素E 的第三代HXLPE 能在材料氧化水平改善磨损特性，其磨损颗粒诱发的骨溶解反应显著小于未复合维生素E的传统高交联聚乙烯颗粒。

一项髋关节模拟研究显示，稳定掺入维生素E 的高交联聚乙烯磨损率相比传统高分子聚乙烯降低4～10倍，其极限强度、屈服强度、延展性和疲劳抗性显著优于复熔高交联聚乙烯。

陶瓷股骨头的表面光滑度要显著优于金属股骨头。与金属－高交联聚乙烯的组合相比，陶瓷－高交联聚乙烯的容积磨损率可以降低约50%。黑晶(是表面陶瓷化的锆铌合金，具有陶瓷的优异表面性能，同时又避免了陶瓷碎裂的风险，黑晶与高交联聚乙烯的组合也是一种良好的负重界面选择。

目前为止，文献中还没有关于高交联聚乙烯界面磨损造成骨溶解而需要翻修的大宗病例报道，失败的病例主要原因为高交联聚乙烯内衬的机械断裂。由于高交联聚乙烯对抗粗糙表面或第三体磨损的能力较传统聚乙烯有所下降，因此，金属、陶瓷或黑晶对高交联聚乙烯组合的远期临床结果仍需进一步长时间的随访观察。

(二)陶瓷对陶瓷(CoC)陶瓷对陶瓷负重界面已在临床使用40余年。陶瓷对陶瓷负重界面具有诸多优势，包括:(1)硬度高，耐磨性能好;(2)亲水性好，能改善假体表面湿性，使陶瓷界面间保持润滑，减少黏着性磨损; (3)陶瓷材料为生物惰性材料，陶瓷磨损颗粒生物学特性稳定，致炎作用显著降低。低磨损率和稳定的生物学特性使CoC假体骨溶解发生率大大降低。脆性高是陶瓷材料的先天缺陷，因此假体破裂成为CoC假体的一个严重并发症。第三代陶瓷(高纯氧化铝陶瓷)内衬的碎裂发生率为0.032%，陶瓷头的碎裂发生率为0.021%。第四代陶瓷是在氧化铝基质内加入一定量的氧化锆等材料形成的复合陶瓷(Delta 陶瓷) ，相比于上一代陶瓷，Delta陶瓷的强度和韧性均有较大程度的改善，可以制成薄壁的陶瓷内衬，便于大直径股骨头的使用; 同时股骨头厚度可以减低，可以在股骨头内部增加金属转换锥，解决了翻修手术保留股骨假体时不能使用CoC 界面的问题。Delta 陶瓷股骨头的碎裂发生率为0.002%，约为上一代陶瓷的1/10，但是Delta 陶瓷内衬的发生率仍有0.028%，并无显著降低。目前国内已有Delta 陶瓷碎裂的病例报道。

CoC界面的另一个潜在问题是异响。国外文献荟萃分析显示，CoC界面全髋置换术后关节异响的发生率平均为2.4% (范围0.7% ～20%)，这种异响出现时间较晚，而且常为持续性，无法自行缓解，可能需要通过翻修手术更换界面材料才能得到解决。国内亦有少数病例报道，华西医院观察到CoC全髋术后关节异响发生率在1%左右，多发生在髋关节屈曲过程中，而且绝大多数患者异响感在术后3～6个月内逐渐消失，与国外文献报道有所不同。液膜润滑不理想导致的摩擦力增加被认为是产生异响的根本原因，而假体安装角度不合理造成边缘负荷增加、第三体进入以及半脱位都可能造成上述情况，另外，体重指数过高以及某些特定假体设计也是造成异响的原因。尽管陶瓷材料存在上述缺陷，但由于其优异的摩擦学性能、磨损颗粒组织反应小、可以使用大直径股骨头从而增加稳定性等显著优势，再加上Delta陶瓷的出现使陶瓷碎裂概率显著降低，我国目前CoC负重界面的使用逐年增加，但具体占THA患者多大比例尚无准确数据。然而，CoC负重界面THA对术者技术要求较高，对假体安放角度的精确性要求较高，手术医生应当对可能出现的问题给予足够的关注。

(三) 金属磨损与腐蚀

金属对金属(MoM)负重界面假体早在40多年前就被提出，早期由于材料配伍、制作工艺等方面的原因，松动、脱位、金属离子污染等并发症发生率高，因而被弃用。随着新材料、设计、制作工艺以及植入技术的提高，金属对金属负重面之间的摩擦系数显著降低。同时由于其磨损不产生聚乙烯磨损颗粒，使骨溶解发生率显著降低，而且大直径球头金属对金属假体的使用能显著降低脱位率，提高患者的髋关节活动度。上述优势使得金属对金属负重界面假体在10余年前曾经在美国等国家风靡一时，我国部分大型医院也逐渐较大规模的针对年轻患者开展了表面置换和大直径球头金属对金属THA手术，取得了较好的临床效果。

但是，随着随访时间的延长，MoM假体存在的一些问题也逐渐受到关注。来自澳大利亚人工关节登记中心的数据显示，MoM 负重界面全髋关节假体的5年翻修率为96%，10年的翻修率为15.5%;而来自英国登记中心的数据提示，MoM负重界面全髋假体5年和9年的翻修率分别为7.7%和17.7%，以翻修率为指标的临床结果显著差于其他负重界面组合。而新西兰人工关节登记中心的数据显示，球头直径≤28mm的MoM 假体的翻修率显著低于陶瓷对陶瓷、陶瓷对聚乙烯以及金属对聚乙烯组合的假体，而球头直径≥ 36mm的MoM假体临床效果不满意。同样，对澳大利亚登记中心的数据进一步分层分析提示，球头直径≤28mm的MoM假体的5年和10年翻修率分别为3.7%和5.7%，这一结果优于传统聚乙烯界面。因此，球头直径对于MoM 假体的翻修率存在明确影响。除了球头直径以外，MoM 假体的设计缺陷( 低轮廓非半球形臼杯设计、过大或过小的公差带) 、术中假体安装角度不理想等都会增加翻修的风险。2010年美国强生公司ASＲ金属－金属假体的撤市对MoM 界面人工髋关节的使用造成了很大的影响，MoM可能存在的其他风险还包括局部软组织反应、假体周围骨坏死以及潜在的金属离子毒性。MoM引起局部软组织反应的机制尚不完全清楚，有学者提出根据对炎性假瘤的分析研究结果提出假说，认为引起局部软组织反应的并不是金属离子本身，而是大量纳米级大小的金属磨损颗粒，这些磨损颗粒被巨噬细胞吞噬后，在其吞噬小体的酸性环境下，钴离子大量溶解，直至巨噬细胞凋亡时，细胞内的大量钴离子释放出来形成钴离子波，其局部浓度远远超过血清或滑液内的钴离子浓度，造成其周围的成纤维细胞大量坏死，形成炎性假瘤等软组织反应。

正因为MoM存在的这些问题，目前其在国内外的使用比例已逐年显著下降。对于使用MoM 假体进行过THA 的患者，应当加强临床随访，采用的随访监测手段可以包括血清钴、铬离子浓度监测、超声检查以及减金属伪影磁共振检查等。在MoM 相关问题的原因没有完全研究清楚、材料和假体设计未获得满意的改进以及大样本长期随访结果没有证明其安全性之前，避免MoM 潜在并发症的最佳办法就是严格谨慎使用MoM 假体，或者选择其他的负重界面。如果要使用MoM假体行THA，在患者选择时需要更加谨慎，必须避免选择严重骨质疏松、有金属过敏史、育龄期妇女以及肾功能不全的患者。手术技术上应当更注重髋臼假体的安装准确性，避免出现过度外展和前倾安装。在假体的选择上应当尽可能选择有良好设计和临床结果的假体。

组配式假体颈－柄结合锥部或头－颈结合锥部的金属腐蚀也可能造成局部软组织反应，形成炎性假瘤，造成软组织破坏。其组织学表现特点为假体周围软组织内以淋巴细胞为主的慢性炎症反应。血清学检查可以发现血清金属离子浓度升高，其中钴离子的浓度升高程度显著超过铬离子。这些表现与MoM 负重界面引起的反应相似。

锥部腐蚀是个陈旧的问题，但近年来因多种原因而重获临床关注。这些原因中首先是大直径球头金属－金属假体的设计，其次是柄－颈组配式假体，而即便在现代金属－聚乙烯关节面某些病例也出现了这一问题。大量取出物研究显示微动腐蚀( fretting corrosion) 和裂纹腐蚀(crevice corrosion) 是甚为普遍的现象。影响锥部腐蚀的因素包括锥部的设计、股骨头假体的材料和直径、头颈结合部不同金属材料的使用、偏距增大、股骨假体内翻放置等。大直径球头增加了头颈结合部的扭力，取出物研究显示，36mm以上的股骨头造成的锥部腐蚀严重程度超过28 mm 及以下直径的股骨头。并且，头颈结合部的腐蚀主要发生在球头内锥，在金属对聚乙烯界面的假体中，大部分金属释放(90%) 来自于球头内锥，而非柄锥。临床研究提示，使用陶瓷球头时金属释出会比使用金属球头时减少90%。在体外实验条件下，球头植入时的打击力度会影响到连接处的微动与腐蚀，锥部腐蚀性损伤的程度与锥部连接的强度成反比。锥部腐蚀不仅会造成不良软组织反应，还会造成假体颈部腐蚀断裂和金属离子释放相关的问题。

作为目前人工髋关节外科领域备受关注的热点之一，锥部腐蚀还有许多问题尚未被完全认识清楚。未来的研究内容包括金属腐蚀导致软组织反应的机制、如何改进头－颈、颈－柄及其他连接部位的锥部设计以提高锥部连接的稳定性、如何改进与腐蚀相关的假体金属物理和化学参数等。在现有的认识基础上，临床能够降低锥部金属腐蚀的措施包括使用陶瓷股骨头、正确组装部件减少微动以及严格避免锥部污染和误配。

二、快速通道关节外科与微创入路THA

快速通道外科(fast－track　surgery) 的概念最早由丹麦医生Henrik Kehlet提出于上世纪90 年代并应用于腹部外科领域，其目的是系统地应用围手术期多学科技术，减少手术后患者的创伤应激、减少并发症发生、缩短住院时间、促进术后早期康复，也称为加速康复计划或快速康复计划。快速通道关节外科是快速康复理念在关节外科的应用，近年来在国内外受到了广泛的关注。FTA 的主要内容涉及患者术前教育、营养支持、血液管理、麻醉方案优化、微创手术技术及理念、多模式镇痛、深静脉血栓的预防、围手术期康复锻炼计划等，贯穿术前、术中、术后的整个治疗过程。

FTA的理念正被越来越多的关节外科医生所接受，类似于止血与抗凝序贯平衡治疗这样新的治疗方案也正在迅速得到推广。国内许多大的临床医学中心目前都在积极推广FTA的理念，诸多患者将从中受益。

伴随着快速康复理念的逐步推广，一度沉寂多时的各种微创入路全髋置换术式再度成为热点话题。微创可分为两类，第一类是将传统入路切口微型化，深层操作和传统入路相同，又称小切口入路;另外一种采用新的手术入路，该类手术切口和深层操作与传统入路不同，强调从肌间隙进入，减少软组织的损伤、减少术中出血，对机体内环境干扰、影响较小，术后康复比常规关节置换手术更早，减少患者痛苦和经济负担。目前国内关节外科医生关注较多的微创入路为直接前侧入路(DAA)和SuperPath入路。在美国，已经有超过20%的髋关节外科医生已经或正在准备尝试进行DAA入路的THA，足见其所受的关注度。

SuperPath入路是一个经臀小肌和梨状肌间隙的后上方髋关节入路。与传统迷你后入路相比，不切断后方的外旋肌群，不切断后方的关节囊，术后不需要限制髋关节的活动，包括内旋内收的活动，因此可以使患者得到快速康复的功能锻炼，同时，在使用SuperPath 遇到困难时，只要向远端延长切口，即可转换为标准后入路。这对于原来使用后入路THA的医生来说，学习的压力可以大大降低。因此，SuperPath 入路也受到了国内外诸多医生的追捧。

但是，由于微创手术视野小，神经血管损伤的几率可能增大、安放假体位置发生偏差的几率也会增加。以DAA为例，相比于传统的后外侧入路手术，DAA的THA可以使患者疼痛减轻并较早恢复关节功能，但超过3个月以后，二者在功能上并无显著差异; 与此同时，DAA全髋置换发生术中并发症的风险会增高，包括股骨穿孔、大小转子骨折等。一篇较大宗的病例系列报道发现，有6.7% 的患者因为术中并发症而需要短期内再次手术。因此，在对待这类新技术的态度问题上，医生们需要做到保持冷静的头脑，既要有勇于尝试的进取心，又要充分认识到学习曲线的客观存在，在努力学习的基础上，选择合适的患者，选择适合自己的术式，循序渐进，始终确保把患者的利益放在第一位。

三、髋关节假体周围感染诊治的进展与热点

髋假体关节感染(PJI)是THA后的一个灾难性的并发症，初次置换术后感染率约为1%，而翻修术后感染率增至3%。尽管围手术期抗生素使用和无菌技术在不断改进，但每年关节置换手术需求不断增加，感染的发病率也持续上升，因此针对髋假体感染的基础和临床问题研究已成为关节外科当前的热点方向。

2013年7至8月间，包括中国在内的全世界52个国家的400 多位注明专家齐聚美国费城，就假体周围感染的相关问题召开了国际共识会议，针对围手术期抗生素、手术环境、血液保护、假体选择、假体周围感染的诊断、伤口处理、占位器、清创冲洗、抗生素治疗与假体再植入时机、一期翻修与二期翻修的比较、真菌感染或非典型病原体感染的处理、口服抗生素治疗以及晚期假体周围感染的预防等方面的问题形成了国际专家共识，为PJI 的诊断、治疗和预防提供了指引性的参考。这一共识已被翻译成中文并在国内出版发行，将会给国内广大从事关节外科的医生在日常诊疗和科研工作中提供巨大的帮助。

PJI目前的研究热点主要集中在感染的及时正确诊断和感染的积极预防方面。髋关节PJI的诊断目前仍是一个挑战，诊断方面首先需要解决的是如何正确鉴别感染与无菌性松动以及如何识别早期感染，其次是如何快速、高效地获得感染的病原诊断。现有的主要的诊断方式包括组织培养、血清标记物、关节内术中表现、组织病理和滑液穿刺分析等。

传统的血清C反应蛋白(CＲP)和血红细胞沉降率(ESＲ) 检查应当作为PJI 的初筛指标，具有良好的阴性预测值，另一个重要的意义在于随访治疗过程中，检测感染是否控制，抗生素是否有效等。在提高组织培养阳性率的方法上，新的进展包括广泛的培养方法、用超声裂解假体生物膜组织以及延长培养时间，这些改进使关节假体感染的培养阳性率大大提高。一些用于鉴别感染和无菌性松动的新的方法正在被深入观察和研究，特别是在滑液炎症指标的检测方面，包括滑液的白细胞介素－6(IL－6) 、CＲP以及白细胞酯酶。以滑液IL－6为例，将截断值设为13350pg/ml时，其诊断PJI的敏感性和特异性均可以达到100%。而超声裂解液的16sＲNA 基因测序分析以及采用聚合酶链式反应－电喷雾质谱法(PCＲ－ESI/MS) 的病原诊断方法都还处于初探阶段。

在PJI的预防方面，已有通过术前被动免疫接种金葡菌特异性疫苗来预防PJI 的研究报道，但距离临床应用还有较长的距离。关节材料的表面处理是目前假体感染预防的研究热点。目前表面的处理研究集中于各种纳米银颗粒涂层，氧化钛纳米管被覆，抗菌肽的涂层以及抗生素的共价连接等。

四、髋关节翻修技术与材料的现状与热点

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髋关节翻修技术追求的目标和原则。

实用的骨缺损分型系统的建立和推广为髋关节翻修手术技术的规范化提供了依据。对于多数髋臼骨缺损，超大臼杯( jumbo cup) 的合理有效使用使手术技术得到简化，受到越来越多的医师的推崇。而对于更加严重的髋臼骨缺损，传统的方法髋臼加强环等方法临床效果不够满意，且手术复杂，风险高。随着高度多孔性金属材料制成的髋臼假体和垫块的有效性得到验证，以臼杯与金属垫块组合形成的组配式髋臼重建大大简化了复杂髋臼翻修的手术操作，逐渐成为新趋势，初期临床随访结果满意，但远期结果仍需更长时间随访。重度髋臼缺损和骨盆连续性中断的重建仍然充满挑战，传统的髋臼加强环结合异体骨植骨以及钢板内固定技术在处理骨盆不连续的翻修病例时，随访结果均不够满意。

Paprosky等报道了利用骨小梁金属(TM)超大臼杯结合髋臼牵开技术处理翻修术中骨盆不连续的技术，20例病例平均随访6.5年，尽管有4例出现脱位、感染、血管损伤等并发症，但仅有1例出现临床失败需要再次翻修。打压植骨技术具有能够重建骨量的独特优势，是严重骨缺损重建的最佳选择，在处理严重髋臼及股骨骨缺损时处于不可或缺的地位。尽管其手术难度大、风险高，目前在我国少数高水平医院仍有少数医师在坚持开展，值得肯定。股骨侧翻修假体的使用方面，组配式、锥形、远端固定股骨柄渐成主流。

高度多孔性金属(HPM) 的研发和临床应用是目前髋关节翻修领域的热点话题。这些HPM材料的开孔结构由于其具有较高的孔隙率、理想的孔径及较低的弹性模量，因此也被称为“类骨样材料”或“亲骨材料”。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。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，Zimmer )，Gription(DePuy)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。对1959例采用TM臼杯进行翻修的病例的荟萃分析显示，在平均3.7年的随访时间内，髋臼假体的松动率仅为1.9%，显著优于其他方法。TM材料不仅具有良好的骨整合能力，在降低翻修手术感染风险方面也可能具有一定的作用。体外研究显示，金黄色葡萄球菌在纯钽金属表面的粘附要显著低于钛合金等其他金属材料; TM材料能够激活与其接触的白细胞，使其释放IL－1ra、IL－6、IL－8等多种细胞因子，增强全血的杀菌能力。Parvizi等回顾了966例翻修病例，在144例因感染进行髋翻修的病例中，使用钛合金臼杯组的再感染率为17.5%，而TM臼杯组的再感染率仅为3.1%，显著低于前者，提示TM材料在临床实际使用当中可能具有一定的降低感染风险的作用。

我国人工THA逐渐普及，早期接受手术的患者的人工关节使用时间逐渐增加，不可避免地出现了越来越多需要接受翻修手术的患者，翻修手术的比重加大。随着国际学术交流的日益密切，我国人工髋关节翻修水平显著提高。虽然部分一线城市大医院的医生翻修手术水平已经接近或者达到国际先进水平，但许多中小城市的专科医生对于翻修的基础知识和规范化技术尚未基本掌握，需要多方努力，加大规范化培训力度，使更多的患者受益。

回复学术查看更多学术文章！

欢迎投稿,请将稿件发送至：

[e-mail] 来函必复!