影响THA术后股骨近端应力遮挡大小的因素

　　作者：俞银贤 马金忠 作者单位：上海交通大学附属第一人民医院骨科 200080

　　【关键词】  后股

　　全髋关节置换术（THA）术后股骨近端的应力遮挡效应是引起假体周围骨丢失的原因之一，在骨水泥和非骨水泥假体中都存在这一现象[1][2],骨丢失可能会引起股骨假体机械性失败、假体松动、假体周围骨折、翻修手术难度增加等一系列的问题[2]，因此研究如何减少应力遮挡效应有重要意义。其效应的大小受到许多因素的影响，本文就此作一综述。1 病人一般情况（包括年龄、性别、体重等）Engh等[1]对208髋平均随访13.9年发现有应力遮挡组的女性比例（68％）要高于无应力遮挡组（45％），差别有统计学意义。手术时年龄和股骨应力遮挡的发生率没有统计学相关。Roth 等[3]认为女性病人更容易发生应力遮挡。Sinha等[4]发现股骨假体髋臼直径大和病人性别为女性是仅有的提示股骨会发生骨丢失的因素。股骨近端骨丢失和病人年龄、体重、手术是单侧还是双侧、术前疾病、聚乙烯厚度、磨损率、髋臼杯的倾斜度以及大腿疼痛等因素均没有明显相关性。Jergesen等[5]研究表明体重重的病人临床假体松动的发生率高，提示身高和体重在应力遮挡发生中可能有一定作用，在使用小的股骨柄以致刚度不够的情况下这种影响更加明显。这和Sinha等[4]的研究结果相反。年纪轻的病人因为对活动量和假体使用寿命要求更高，所以需要使用比较牢固的假体，这会影响医生对假体的选择，从而导致不同的应力遮挡[6]，年龄本身是否会直接影响应力遮挡效应则存在争议[4][6]。2  假体的设计研究表明在骨水泥和非骨水泥假体中都存在应力遮挡， 在非骨水泥假体中尤其明显[1][2] ，促使人们研究如何改进假体设计以减少应力遮挡效应。Sinha等[4]指出假体设计最重要的改变包括三个方面:一是使假体的多孔涂层表面局限在假体近端从而提高近端的应力分布；二是改变假体的几何形状从而提高假体和干骺端及骨干髓腔的初期匹配和填塞；三是用低弹性模量的材料做假体以尽量减少应力遮挡。因此目前在假体涂层、假体所使用的材料、假体的形状尤其是假体柄的直径等方面研究颇多。2.1 假体涂层1963年Smith第一次提出采用多孔材料作为假体连接载体，在20世纪70年代初这一设想在临床得到广泛采用。金属多孔涂层表面材料已经普遍被接受。涂层假体可以使骨组织长入,获得所谓的“裂痕匹配”以达到生物学固定[6]。但对使用何种材料涂层以及股骨柄涂层的范围大小目前还有不同的看法。涂层材料目前主要有聚四氟乙烯、钛和羟基磷灰石（HA）等，涂层范围则有全涂层，近端1/3、4/5、5/8等多种方法[6][7]。近端涂层可以使骨组织长入假体，以致股骨近端能集中更多的应力负荷，减少应力遮挡，从而减少骨的丢失，而全涂层的假体由于应力遮挡效应明显，所以骨丢失更多，因此目前趋向使用近端涂层假体。Engh 等[7]认为1/3涂层的假体所产生的应力遮挡最小。Min等[8]对42例行THA术病人进行配对匹配实验的结果与Engh 等人的结论相同。Karachalios等[9]用DEXA方法随访80例THA术后病人发现近端多孔钛涂层假体组的股骨皮质骨丢失比其他组更少，而且股骨柄远端的骨肥大也更小，说明近端涂层应力遮挡效应更小。Della等[6]一组（348髋）广泛多孔涂层的假体应力遮挡发生率高达84％，因此该作者认为广泛涂层可以获得更好的生物学固定，但不可避免的导致应力遮挡效应更加明显。这有力说明了假体近端涂层可以减少应力遮挡。Niinimaki等[10]则对多孔涂层提出不同的看法。他们注意到骨丢失最多见于股骨距区，认为这是和股骨近端涂层有关，因为近端涂层可以分散股骨距周围的应力负荷，使股骨距的应力减少，通过Wolff定律导致股骨距区骨量减少。是否HA涂层在减少应力遮挡方面一定比其他涂层更有的优势？Crawford等[11]对59例THA翻修病人平均随访3.3年后发现广泛HA涂层和广泛钛珍珠涂层假体在减少应力遮挡方面没有统计学差异。2.2 柄的刚度与柄的粗细Engh等认为股骨是中空的管道，当植入假体后改变了股骨的刚度，所以产生应力遮挡。从这个观点出发，如果改变假体的刚度应该会引起股骨应力遮挡的大小[7]，而相关研究证实假体的刚度与假体材料的弹性模量和假体柄的粗细有关。Kruger[2]以及Niinimaki等[10]的研究都表明股骨假体柄越大，僵硬度越高，股骨近端产生的应力遮挡就越大。Karachalios等[9]随访80例THA术后病人发现假体柄直径越粗、假体僵硬度越大则股骨距骨萎缩越明显。Engh 等[1]发现有应力遮挡组的股骨柄平均直径（14.8mm）大于无应力遮挡组（13.5mm），差别有统计学意义。Emerson等[12]研究得出钛合金比钴－铬－钼合金的假体材料僵硬度更小，所产生的应力遮挡更小，同时却可以获得更大和更坚固的假体柄。但Jergesen等[5]深入研究骨水泥钛合金股骨柄假体后认为：到目前为止，是否骨水泥钛合金假体柄即可以减少应力遮挡效应又可以故获得长期的临床满意结局，尚没有令人信服的结论。Niinimaki等[10]主张应该尽量避免使用长而刚度比较大的柄。Wan等[13]认为虽然应力遮挡和假体刚度有统计学相关，但是和假体刚度与骨刚度之比值的相关性更强，该比值影响骨的重建过程，越小应力遮挡效应也越小。van Rietbergen等[14]通过计算机模拟方法研究认为缩短假体的长度并不能减少应力遮挡效应，这和Jergesen等人发现的不同长度假体柄应力遮挡发生率没有统计学差别的结果是一致的[5]。2.3 假体柄的几何形状假体柄的形状有解剖柄、曲形柄、直形柄等。从理论上说，骨水泥股骨假体可以更一致的在股骨近端传递应力，从而可以减少股骨近端早期由于应力遮挡引起的骨丢失[9]。Kim等[16]利用尸体进行体外研究得出锥形柄可以减少假体的屈曲刚度，并能减少假体远端与皮质骨的接触，同时增加股骨近端负重从而可以减少应力遮挡效应。Watanabe等[17]一组平均随访5年的研究结果表面直形柄可以获得更好的假体固定和远段骨重建，但股骨近端应力遮挡效应更明显。但是Wan等[13]人一组4.3年的随访结果发现使用不同形状假体的病人在骨重建方面并没有统计学差别。因此假体几何形状对应力遮挡的影响有待进一步的研究。Tanzer等[15]指出任何一种设计都很难使所有病人都获得满意的髓腔匹配和填塞，因此一种可行的方法就是根据病人不同情况选择不同的假体模型，通过模型来设计尺寸大小、几何形状等与患者相匹配的假体，尽可能减少应力遮挡效应并且获得最佳的固定效果和尽可能长的使用寿命。3 术前骨质量术前骨质量可用骨干直径与髓腔直径的比例（皮质骨指数）来评估，该指数越接近2，表明皮质骨越厚，骨质量越好，该指数被广泛采用。Engh等[1]对208髋THA病人随访结果表明有应力遮挡组病人的皮质骨指数（1.9）低于无应力遮挡组（2.2），差别有统计学意义。Venesmaa等[18]认为术前骨密度是和假体周围骨丢失明显相关的唯一因素。Roth等[3]研究表明术前股骨近端有骨质疏松的病人更容易发生应力遮挡。4 疾病种类 THA术的适应症主要有骨关节炎、股骨头坏死、风湿性关节炎、创伤后关节炎、先天性髋关节发育不良等，目前尚未见有专门研究术前疾病对THA术后股骨近端应力遮挡影响的文献报道。但是应该看到术前疾病会影响患者术后药物治疗、康复训练、运动量等，这些对应力遮挡的发生和大小是有影响的。5 用药：Yamaguchi等[19]随访44例非骨水泥THA术后病人，运用羟乙二磷酸治疗，结果术后股骨近端骨丢失明显减少，且剂量越大效果越明显，表明该药有减小应力遮挡效应的作用，但对其机制还需进一步研究。6 植入后的时间一般认为THA术后2年平片上骨丢失最为明显[7，18]，Roth等[3]发现应力遮挡在术后一年可以从X线平片观测出，但早的在术后3周就可以测出。Venesmaa等[18]利用DEXA法随访了22例非骨水泥THA术后病人，发现术后3个月时几乎所有病人都有骨密度的下降，术后1年时下降最明显，术后第二年骨密度有很轻微的恢复，术后第三年骨密度已经恢复到术前水平。7 植入技术THA手术对手术医生要求较高，不同医生施行手术临床疗效可以明显不同。除基本的手术原则外，手术时一些技巧也是重要的。Roth等认为股骨柄轻微内翻有助于应力遮挡的发生 [3]。在植入骨水泥假体时，正确的放置假体、骨水泥至少覆盖2mm厚、通过骨水泥加压使骨表面获得最大可能的稳定、通过真空混和以减少骨水泥中的杂物等方法可以减少应力遮挡的发生[5]。手术显露股骨距时过多剥除周围软组织、碾磨股骨距直至移去过多松质骨等操作都会破坏股骨近端的血供，这些手术因素会增加应力遮挡的程度[15]。Min等[8]认为手术时进行扩髓会增加股骨近端的应力遮挡效应。参考文献1 Engh CA Jr, Young AM, Engh CA Sr, Hopper RH Jr. Clinical consequences of stress shielding after porous-coated total hip arthroplasty.Clin Orthop Relat Res. 2003 Dec;(417):157-63.2 Kroger H, Venesmaa P, Jurvelin J, Miettinen H, Suomalainen O, Alhava E. 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