21世紀(jì)人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的歷史回顧

21世紀(jì)人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的歷史回顧

關(guān)節(jié)修復(fù)是在關(guān)節(jié)形成的基礎(chǔ)和概念上發(fā)展起來的一門新技術(shù)。雖然最早人體應(yīng)用人工關(guān)節(jié)是Gluck于1891年首先報告的,但是直到20世紀(jì)60年代Charnley通過大量臨床實(shí)踐和基礎(chǔ)研究,確立了人工關(guān)節(jié)假體設(shè)計中的低摩擦原理,選擇了金屬-高密度聚乙烯組合來替代金屬-金屬組合和現(xiàn)代骨水泥技術(shù),才使得人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的臨床效果出現(xiàn)較大的進(jìn)步。20世紀(jì)70年代以來,人工關(guān)節(jié)在基礎(chǔ)研究、設(shè)計生產(chǎn)和臨床應(yīng)用三方面的發(fā)展十分迅速,關(guān)節(jié)置換手術(shù)廣泛開展。估計全世界每年約有50余萬人因創(chuàng)傷、骨關(guān)節(jié)炎、腫瘤等而接受人工關(guān)節(jié)置換術(shù),我國每年有3萬～5萬人接受人工關(guān)節(jié)手術(shù)。隨著新世紀(jì)的到來和我國加入WTO,我國的人工關(guān)節(jié)也較快地與世界接軌,某些方面已經(jīng)接近或達(dá)到了國際先進(jìn)水平,個別也有創(chuàng)新。但是必須清醒地看到,我們在其中的很多領(lǐng)域仍存在不足和差距。為此,提高21世紀(jì)我國人工關(guān)節(jié)的技術(shù)水平,是當(dāng)代外科醫(yī)師應(yīng)承擔(dān)的歷史使命。現(xiàn)就相關(guān)問題提出自己的觀點(diǎn),以供同道參考。一、適應(yīng)證和禁忌證選擇創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、骨性關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、股骨頭缺血性壞死、某些關(guān)節(jié)骨折、良惡性腫瘤、Peget病性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、牛皮癬性關(guān)節(jié)炎,以及系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者長期大量服用激素引起的股骨頭壞死等造成的嚴(yán)重的關(guān)節(jié)功能喪失,是初次人工關(guān)節(jié)置換術(shù)首選的適應(yīng)證。過去認(rèn)為,60～75歲為人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的最佳年齡,現(xiàn)在這個年齡限制已經(jīng)放寬。高齡患者或更年輕的患者也被認(rèn)為可以做人工關(guān)節(jié)置換術(shù),尤其是高齡股骨頸骨折患者選擇人工雙極股骨頭置換被認(rèn)為是一種較好的治療方法。對于年齡<50歲的患者,可以選擇其他手術(shù)方法,如關(guān)節(jié)融合或截骨術(shù)。但結(jié)果表明,如果手術(shù)適應(yīng)證相同,這些方法的效果較差。人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的禁忌證是局部或全身性的感染,局部皮膚、軟組織和血供條件很差并可能導(dǎo)致術(shù)后切口閉合困難或切口部軟組織和皮膚壞死者,神經(jīng)源性關(guān)節(jié)病,全身情況或伴發(fā)疾病使其難以耐受置換手術(shù)者。過度肥胖只被認(rèn)為是手術(shù)相對的禁忌證。二、生物材料的研究正常關(guān)節(jié)是骨與骨之間的功能性聯(lián)接,受力復(fù)雜,同時承受拉、壓、扭轉(zhuǎn)和界面剪切力及反復(fù)疲勞、磨損的綜合作用。關(guān)節(jié)軟骨的主要功能是:(1)承受力學(xué)負(fù)荷,減緩接觸應(yīng)力。關(guān)節(jié)軟骨盡管很薄,但對減緩力的作用不可否認(rèn),如果沒有軟骨,就會引起骨的損傷。(2)潤滑作用,使關(guān)節(jié)面相對運(yùn)動時的摩擦系數(shù)降低到最低限度。正常關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)是0.002,而鋼軸承的摩擦系數(shù)比它大100倍。(3)具有新陳代謝功能。因此,要求假體的材料必須具有足夠的強(qiáng)度和塑型以及抗疲勞、抗磨損、抗腐蝕的能力。此外,由于假體長期置入體內(nèi),材料應(yīng)具有良好的生物相容性,無毒副作用,耐體液的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕,密度低,彈性模量接近于人的皮質(zhì)骨。鑒于這種情況,目前的生物材料還未達(dá)到盡善盡美,不能完全滿足生理環(huán)境和關(guān)節(jié)生物力學(xué)的要求。人工關(guān)節(jié)常用的材料有不銹鋼、鈷合金與鈦合金三種。不銹鋼耐腐蝕性和強(qiáng)度不及后兩者,故已基本不用。鈷合金耐磨性、耐腐蝕性和綜合機(jī)械性能均較好,國外有鑄造型(HAYNES21)和鍛造型(HAYNES25)兩種,是較優(yōu)良的置入材料。鈦合金表面易氧化生成致密的二氧化鈦膜,耐腐蝕性好,優(yōu)于鈷合金;而且密度低,約為鈷合金的一半;彈性模量與人皮質(zhì)骨的彈性模量接近,生物相容性好,生物界面結(jié)合牢固,是較理想的置入材料。但其耐磨性差,不宜用于球頭的制造,只適用于股骨柄假體的制造。近年來,隨著生物學(xué)材料的不斷發(fā)展,國內(nèi)外正在研究及發(fā)展利用噴涂技術(shù)或燒結(jié)技術(shù),在金屬外表面結(jié)合一層羥基磷灰石或聚醋酸、碳素等材料制成復(fù)合材料,藉此形成骨性結(jié)合,提高固定效果,防止松動。另外,國內(nèi)外正在研究將骨形態(tài)發(fā)生蛋白按一定比例與羥基磷灰石結(jié)合制成新型的人工關(guān)節(jié)涂層。但以上材料尚處于動物實(shí)驗階段,仍需長時間的觀察和研究。我國國產(chǎn)鈷合金與鈦合金的質(zhì)量、規(guī)格和加工技術(shù)還比較落后,理、工、醫(yī)科技人員合作研究出國產(chǎn)高質(zhì)量的假體材料勢在必行。三、限制骨置換的特殊情形較早期的人工關(guān)節(jié)是金屬對金屬的組合。上世紀(jì)60年代以來,由于Charnley的發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在大部分采用鈷合金股骨頭與高強(qiáng)度的超高分子聚乙烯髖臼相結(jié)合,有與假體連為一體的和可拆卸的兩種,常用的直徑為28,26mm。90年代以來發(fā)現(xiàn)超高分子聚乙烯的磨屑與骨溶解、吸收有密切關(guān)系,從而導(dǎo)致潛在的假體松動。其直徑一般在0.5μm左右,90%<1.0μm。一般情況下,鈷合金對聚乙烯的磨損每年約0.1～0.2mm,而且隨著股骨頭直徑的增加,磨屑的體積也會增加。有關(guān)磨損碎屑誘導(dǎo)骨溶解的機(jī)制尚不完全清楚,一些學(xué)者認(rèn)為,這種骨溶解主要是材料碎屑導(dǎo)致周圍組織炎性反應(yīng)所致。吞噬或包繞磨損碎屑的巨噬細(xì)胞能分泌腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素、前列腺素以及膠原酶等,這些局部介質(zhì)激活破骨細(xì)胞,進(jìn)一步引起骨質(zhì)吸收和溶解。因此,如何減少磨損碎屑的產(chǎn)生和碎屑產(chǎn)生后如何抑制局部異物反應(yīng),是材料學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)要共同解決的難題。目前,再次出現(xiàn)了金屬-金屬的頭臼組合,而陶瓷-聚合體、陶瓷-陶瓷的頭臼組合還在研究探索之中。至今尚未找到一種更好的材料替代聚乙烯,以減少磨損。所以,在使用聚乙烯材料時,要求聚乙烯髖臼的壁厚不應(yīng)<6～8mm;股骨頭的直徑應(yīng)≤28mm;當(dāng)聚乙烯髖臼使用金屬外殼時,其外殼內(nèi)側(cè)的設(shè)計應(yīng)使聚乙烯內(nèi)襯與外套緊密貼配并力求機(jī)械穩(wěn)定。20世紀(jì)70年代膝關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)置換未考慮到髕骨置換,術(shù)后膝前疼痛、脫位、伸膝裝置斷裂等髕股關(guān)節(jié)并發(fā)癥的發(fā)生率較高。為此,在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的同時行髕骨置換的觀點(diǎn)已越來越為廣大矯形外科醫(yī)師所接受。70年代只有30%的病例在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)同時行髕骨置換,而到90年代則上升到70%。其適應(yīng)證也大幅擴(kuò)展,包括所有類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、髕骨囊性變、髕骨硬化、髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動軌跡異常等。髕骨置換術(shù)的惟一禁忌證是髕骨的嚴(yán)重骨缺損,殘存骨組織無法提供足夠強(qiáng)度的骨床。在髕骨假體安裝時要注意:假體的位置寧內(nèi)勿外;假體的直徑在相差不大時寧小勿大;假體的厚度寧薄勿厚。四、非骨水泥固定20世紀(jì)90年代以來所采用的第三代骨水泥技術(shù),包括髓腔栓、骨水泥槍、髓腔沖洗、壓力固定以及假體柄的中心化,減少骨水泥中的氣泡含量等。這些方法極大地克服了原有缺點(diǎn),增加了骨水泥承受的應(yīng)力,加強(qiáng)了界面的結(jié)合強(qiáng)度,從而降低了松動發(fā)生率。非骨水泥假體在固定方面的重要改進(jìn)是使骨長到燒結(jié)孔或假體的粗糙表面。這種方法一度比骨水泥假體的應(yīng)用更為廣泛,在股骨上端非骨水泥固定假體獲得了與采用新骨水泥固定假體相似的臨床效果,但有跡象證明這會產(chǎn)生更多的骨溶解。雖早期隨訪沒有任何癥狀,但不少學(xué)者擔(dān)心這種不斷發(fā)展的骨溶解可能會造成假體的無菌性松動。五、多孔面抗體聯(lián)合股骨得到有效社會主義隨著人均壽命的增加及手術(shù)適應(yīng)證的擴(kuò)大,人工關(guān)節(jié)手術(shù)不斷增多,關(guān)節(jié)翻修術(shù)(revision)的絕對數(shù)量也在增加,也使翻修術(shù)變得越來越重要。而翻修術(shù)花費(fèi)很高、非常復(fù)雜,對術(shù)者的技術(shù)和臨床經(jīng)驗要求較高。并要求配備專用的手術(shù)器械,以保證手術(shù)成功。翻修術(shù)的適應(yīng)證為:(1)人工關(guān)節(jié)術(shù)后出現(xiàn)疼痛、僵直及功能喪失,通過保守治療及生活習(xí)慣的改變?nèi)詿o效;(2)有一側(cè)或雙側(cè)假體松動或骨質(zhì)缺失的X線證據(jù)。(3)合并骨折、脫位、假體位置不佳、感染等并發(fā)癥。近年來,如髖臼松動的翻修術(shù),不論既往是使用骨水泥還是多孔面假體,在有足夠骨床存在的情況下用多孔面假體較可靠,經(jīng)8～11年隨訪,成功率達(dá)90%。股骨假體翻修術(shù),主要決定于股骨近端骨床的性質(zhì),在許多情況下,使用第三代骨水泥技術(shù)來固定股骨柄,10～11年隨訪,再翻修率為10%～18%;另一種趨勢是采用非骨水泥的假體,尤其是有廣泛被覆面(coated)的假體,9年隨訪,成功率為90%。碎屑性植骨在修復(fù)股骨髓腔缺失方面,不論是否使用骨水泥都很成功,皮質(zhì)骨只在必要時使用。在特殊情況下,可用大塊異體骨來填補(bǔ)股骨近端的缺損。假體感染的診斷和治療十分困難,感染性病變過去均被列為手術(shù)禁忌證,近年來將人工關(guān)節(jié)置換術(shù)用于感染已被控制病例的報道有增多趨勢,對化膿性感染也有人在抗生素保護(hù)下手術(shù)清除病變,充分沖洗后Ⅰ期行假體置換。因感染失敗而做翻修手術(shù)的人工關(guān)節(jié)置換術(shù)患者,在歐洲有不少Ⅰ期再置換獲得成功的病例,但多數(shù)學(xué)者仍主張在感染完全控制后1年以上再行手術(shù)。最近的研究表明,感染人工關(guān)節(jié)在清創(chuàng)術(shù)后間隔4～6周行Ⅱ期翻修術(shù),可以較理想地控制感染,同時盡最大可能恢復(fù)受累關(guān)節(jié)的功能。亞洲包括國內(nèi)已有學(xué)者在骨關(guān)節(jié)結(jié)核病灶清除的同時,行Ⅰ期人工關(guān)節(jié)置換術(shù),近期效果較好,遠(yuǎn)期效果有待進(jìn)一步觀察?？傊?人工關(guān)節(jié)置換就是對因創(chuàng)傷、疾病造成破壞的關(guān)節(jié)進(jìn)行修復(fù),解除關(guān)節(jié)疼痛、畸形和功能障礙,