骨水泥型全髋关节置换术

简介
  　现代人工关节置换术的先驱--John Charnley于1961年首次施行了骨水泥型全髋关节置换术，并发表了题为《髋关节置换术：一种革新手术 》的文章1。尽管John Charnley先生并不是第一个施行全髋置换术的医生，但是他同Maurice Mueller 以及Ken McKee一起在20世纪60年代倡导和发展了现代骨水泥型全髋置换术，并取得了较好的临床效果。此后40多年，人工全髋关节的设计一直在不但完善并应用于临床实践，在疗效上取得了进一步成功。
  　 骨水泥型髋关节置换术在发展之初存在的主要问题是感染、股骨假体柄的断裂以及磨损。随着无菌术的发展及抗菌素的临床应用，感染得到了有效地控制，现在人工全髋关节置换术的感染率一般小于1％；通过研发使用材料学强度更好的金属，假体柄断裂的现象现在已经十分罕见；而高分子聚乙烯的不断改进和关节面材料的推陈出新，如金属－金属、陶瓷－陶瓷等低磨损组合有效地减小了髋关节关节面的磨损，从而大大提高了骨水泥型全髋置换术的近期和中期效果。
  　 当前，骨水泥型全髋关节置换术存在的主要问题为远期无菌性松动，研究人员一直在努力弄清楚松动的原因，而最初争论的焦点是松动最开始发生在何处？是在骨－骨水泥界面之间，还是在假体－骨水泥界面之间，亦或是在骨水泥内呢？对这个问题的回答有利于对骨水泥全髋结构中的薄弱环节作出正确的设计。研究人员通过对设计优秀、临床功能良好的股骨假体长期的放射学观察发现，松动的原因对于骨水泥固定的人工全髋而言主要在于骨水泥的疲劳断裂，好发于骨水泥鞘薄的地方，并最终导致股骨假体的稳定性丧失，产生松动。
  　松动最初表现为不稳定，影像学上的表现为假体与骨水泥之间出现放射学透亮带,常首发于股骨近端外侧,我们称之为解离(debonding)现象。股骨假体远端（很多骨水泥型髋关节设计中的高应力区）骨水泥的裂隙，股骨假体在骨水泥鞘中的下沉进一步证实了解离现象的存在。股骨假体设计的改进致力于减少骨水泥承受的应力，而器械和技术上的改进则有助于获得足够厚度的骨水泥鞘。抛光面股骨假体与骨水泥之间不可能产生可靠的胶合固定，但临床效果却很优秀，目前对于股骨假体是否必须与骨水泥胶合在一起尚有争论。
  　 对于骨水泥型全髋的髋臼侧假体，经过长期的影像学分析和对尸体解剖回顾性研究发现：假体―骨水泥界面的松动和骨水泥鞘的断裂很少见，松动常发生在骨－骨水泥界面。有一种解释认为：从骨水泥－骨界面周边移行至髋臼穹顶部的特殊颗粒（多数为来自承重面的磨屑）会刺激组织细胞的细胞膜增生 ，而后形成纤维膜，并最终导致髋臼松动和假体的上移2。骨水泥型髋臼假体设计的改进最初定位于减少骨水泥内的应力，但是随着对松动机制的深入理解，现在的研究方向改为优化关节面的机械特性和骨－骨水泥界面周边的密封性。

骨水泥型股骨假体
  　假体材料
  　基于对股骨假体可能发生断裂的认识，现在制造者已不再使用铸造的不锈钢和钴铬合金制造假体，而改为将钴铬合金、钛合金，不锈钢材料经冷加工、冷锻造制造微晶粒（micrograin）假体，结果金属假体具有更好的疲劳强度。材料改进后，因作用在这些假体上（尤其是前外侧张力面）的应力并不增加，所以假体很少断裂。
  　最初，认识到骨－骨水泥界面的“崩塌”（breakdown）是股骨侧假体松动的主要原因之后，钛合金（其材料学弹性模量、刚度为钴铬合金或不锈钢的一半）被用来制造股骨侧假体，以期望更多的应力（点击）传导给骨质。但是随着认识的进一步深入，大家意识到骨水泥疲劳是骨水泥型股骨假体失败的主要启动因素，刚度更大的材料（钴铬合金和不锈钢）会减少骨水泥的应力并且耐磨性（硬度）更好，因而是最常应用的材料。
  　假体形状
  　确定骨水泥疲劳为骨水泥型股骨假体松动的主要原因后，大家放弃了会使骨水泥产生高形变的假体设计（如几何形态为菱形的Mueller 假体），而改用内缘较宽、没有锐利拐角（减少骨水泥形变），外缘更宽的假体设计（增加股骨假体的强度）。3“眼镜蛇形”的设计和其他近端增宽的几何形设计也同样减少了假体尖端（高应力区）骨水泥的应力。现代假体设计中常常结合考虑了改变股骨柄几何形态和使用刚度更大的材料（如钴铬合金和不锈钢）两种设计理念，从而减少了股骨假体近端和远端骨水泥的应力。
　　骨水泥抗压能力强于抗张能力，在假体设计时将股骨假体的中间和远端设计为锥形几何形状。这种设计使得从股骨柄传导到骨水泥的应力更多表现为压应力。Exeter股骨假体就是一个很好的例子，还有其他很多股骨假体，包括最初的Charnley平背形股骨假体，远端也为锥形设计。
  　全髋关节置换术中大粗隆截骨入路现逐渐被其它不截大粗隆的手术入路所代替，优化髋关节的机械学特性和股骨侧相对髋臼的偏距逐渐得以医生关注。使用高偏距（offset ,前后位平片上测量股骨假体纵轴线与股骨头假体中心之间的距离）的股骨假体，可以恢复大粗隆、股骨干相对于髋臼的正常关系。当髋关节产生很大扭力时，尤其在爬楼梯时，这种偏距的假体会将高扭转应力传给骨水泥，体外实验也证实了高偏距的股骨假体会产生更大扭转应力。所幸的是，这些应力处在骨水泥极限承受能力之内。为了克服偏距增加所带来的不利影响，设计者力图通过改变股骨假体的几何形状以增加扭转稳定性，同时有利于应力的更好传导。有意思的是，最初的Charnley平背形假体设计就含有很多上述设计理念。（骨水泥近端合理的几何形状，远端锥形设计，合理的偏距设计并具有旋转稳定性）
  　颈领（Collar）设计
  　最初，股骨假体内侧都设计有一个颈领，如Charnley ,Mueller, McKee等假体。 Charnley认为股骨假体会在骨水泥鞘中下沉，而内侧颈领有防止过度下沉的作用。Oh 和Harris认为：如果假体设计有一个大颈领，应力会“避开”骨水泥而传给骨质。但有些研究者质疑了这些假体设计中颈领能获得和／或保持颈领－骨距骨性接触的能力4；有些骨水泥假体，如Exeter股骨柄，却希望假体有一定的下沉以利于应力更好的传导，在这种情况下不希望假体有颈领。实际情况是颈领设计具有加压近端骨水泥的作用，在骨水泥硬化过程中能提供假体的稳定性，并提供一个明显的标志供术者了解假体插入股骨髓腔的深度。有无颈领的股骨假体长期随访都有良好的临床结果。