IL-6与人工关节假体周围骨溶解的相关性

　　作者：杨胜武，李悦，李晓阳，郑晓群，朱雄白，高建清 作者单位：1.温州医学院附属第一医院 骨科，浙江 温州 325000;2.温州医学院附属第二医院 检验科，浙江 温州 325027

　　【摘要】 目的:探讨人工关节假体骨溶解模型动物外周血清和关节液中IL-6与骨溶解的相关性。 方法:健康成年新西兰兔40只，随机分为实验组三组及对照组，各10只。于动物右股骨髁间窝钻孔，股骨髓腔内置入1枚直径3 mm、长15 mm的不锈钢圆针。术后6周开始向三个实验组动物右侧膝关节腔内注入聚乙烯悬液0.5 mL;对照组注入等量生理盐水作为对照。每2周注射1次，共5次，分别于第16、18、20周处死三组实验动物，第20周处死对照组动物，分别取得标本液。ELISA法检测不同时间段外周血清和关节液中IL-6的含量。结果:在不同时间段，各组外周血清中IL-6含量的差异无显著性，各组关节液中IL-6含量的差异有显著性(P <0.05)，并随着实验时间的延长而增加。结论:在兔骨溶解动物模型中，动物外周血清IL-6水平在骨溶解过程中没有受到影响，而关节液中的IL-6水平随着骨溶解的进展而升高。

　　【关键词】 人工关节;聚乙烯微粒;骨溶解;白细胞介素-6;动物模型

　　The correlation between IL-6 and periprosthetic osteolysis YANG Sheng-wu*，LI Yue，LI Xiao-yang， ZHENG Xiao-qun， ZHU Xiong-bai， GAO Jian-qing. *Department of Orthopaedics， the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical College， Wenzhou，325000

　　Abstract: Objective: To assess the correlation between IL-6 and periprosthetic osteolysis in rabbit experimental study. Methods: Forty rabbits were randomly divided into four groups， 3 experimental groups and 1 control. For each rabbit， a steel nail with 3 mm in diameter and 15 mm in length was put in the medullary cavity of right femur from intercondylar fossa. Six weeks later， the 3 experimental groups were injected with 0.5 ml fluid containing with polyethylene particles in knee cavity， and the control group was injected with normal saline only， once per two weeks and 5 times totally. The 3 experimental groups were killed after 16，18，and 20 weeks，respectively，and the control group was killed after 20 weeks. Specimen fluids were obtained from peripheral circulation and joint cavity. The level of IL-6 in specimen fluids were measured by enzyme-linked immunoabsorbent assay. Results: For different duration， the level of IL-6 in peripheral blood showed no significant difference in every groups (P >0.05)， while the level of IL-6 in joint fluid was different significantly among groups (P <0.05)，and increased significantly with the time of implantation. Conclusion: In rabbit model of periprosthetic osteolysis， serum level of IL-6 is not affected in the process of ostoelysis， on the contrary， the level of IL-6 in joint fluid increases with progress of osteolysis.

　　Key words: prosthesis;polyethylene particles;osteolysis;Interleukin-6;animal experiment

　　人工关节置换术已经是一种十分成熟的治疗手段，但假体的无菌性松动影响人工关节的使用年限，其主要原因是人工关节磨损颗粒诱导吞噬细胞分泌各种细胞因子引起人工假体周围骨溶解，实验证明，IL-1β、IL-6和TNF-α等是这一病理过程中的重要细胞因子[2]。本研究旨在比较假体周围骨溶解模型动物不同时期外周血和关节液中IL-6的含量，探讨IL-6与假体周围骨溶解的相关性。

　　1 材料和方法

　　1.1 动物实验 采用Howie的骨溶解模型[1]。健康成年新西兰大白兔40只，雌雄各半，体重2～2.5 kg。分为实验组(30只)和对照组(10只)。在动物右股骨髁间窝处沿股骨长轴方向用3 mm钻头逆行钻孔，深约15 mm。然后置入1枚直径3 mm、长15 mm的不锈钢圆针。术后6周查看切口无感染迹象，向实验组动物右侧膝关节腔内注入超高分子聚乙烯微粒悬液0.5 mL，对照组注入等量生理盐水作为对照。每2周注射1次，共5次，分别于第16周(实验1组)、第18周(实验2组)、第20周(实验3组)处死10只实验组动物，第20周处死对照组动物。

　　超高分子聚乙烯微粒由Zimmer公司提供，大小为直径为3～5μm，聚乙烯微粒用生理盐水配成含微粒数约1×1010/mL的混悬液。每次注射前用超声振荡器混匀。

　　动物处死之前，抽取各动物外周静脉血3 mL。处死后，立即分别于膝关节注入生理盐水1 mL，再回抽再注入2次，最后尽量抽取关节滑液。各标本液低温保存备用。

　　1.2 标本液IL-6浓度的检测 ELISA试剂盒(尚柏生物医学技术有限公司)检测各标本液IL-6， ELX-800酶标仪测得各标本液中IL-6的浓度。

　　1.3 统计学处理方法 组间比较采用方差分析，各组之间两两比较采用SNK法。

　　2 结果

　　统计分析结果显示，各组外周血中IL-6含量相互之间比较，差异无显著性(P >0.05)，说明外周血中IL-6的水平在骨溶解过程中不受影响;各实验组关节液中IL-6含量与对照组比较，差异均有显著性(P <0.05)，而且随着实验时间的延长，IL-6水平的升高差异有显著性(P <0.05)(见表1)。

　　3 讨论

　　人工关节置换术后远期假体松动是手术失败的最主要原因，也是限制人工关节使用年限的重要因素。目前已经明确骨溶解的主要机制是人工关节长期磨损产生的各种颗粒(其中以聚乙烯最常见)在假体周围聚集和逐渐增多，产生炎症反应，巨噬细胞吞噬磨损颗粒而释放出各种炎症递质，主要为IL-6、TNF-α、IL-1β、PGE2等，这些炎症递质刺激周围破骨细胞的增殖和破骨活性，从而引起骨吸收，最终导致骨溶解的发生和假体固定的失败，并需要再次的翻修手术[2]。

　　对骨溶解早期检测并干预治疗，是预防假体松动和延长人工关节寿命的关键，而目前临床上仍缺乏早期诊断骨溶解的有效方法。根据骨溶解的发生机制，对人工关节置换术后发生骨溶解的患者的外周血清或关节滑液中的各种细胞因子或炎症递质进行检测，从中找到与骨溶解存在相关性的生化因子，作为对骨溶解有早期诊断意义的生物标志，这可能是骨溶解获得早期诊断的一条途径。

　　IL-6是参与假体周围骨溶解病理过程中的一种重要炎症递质，有许多研究试图证明IL-6可作为骨溶解的生物标志，但结论仍存在争议。一方面，Wozniak等[3]阶段性监测全髋置换术后患者和发生假体松动患者的血清IL-6水平，结果显示，IL-6呈升高的趋势，认为这一炎症反应可能导致最终的假体松动。Hernigou等[4]研究发现全髋置换术后10年以上的患者血清IL-6水平升高，而且这种升高与假体聚乙烯磨损和放射学所见的骨溶解有关;而这种异常表现在全髋术后6年以内的患者中并未发现，故认为血清IL-6水平升高可作为人工假体周围骨溶解的生物标志。Kim等[5]检测了全髋术后骨溶解患者关节滑液中IL-6和IL-6受体(IL-6R)水平，以骨关节炎患者作为对照，显示此二项指标均有显著升高。相反另一方面，Granchi等[6]比较35例全髋翻修术前患者和25例健康者的血清细胞因子水平，发现在前者IL-1β水平的升高有显著意义，而IL-6的水平并无改变。Streich等[7]对比了全髋术后有假体松动和无假体松动二组病例血清IL-6水平，结果显示二者之间差异无显著性，提示血清IL-6水平并不影响假体的松动。Fiorito等[8]比较了8例有骨溶解的患者和10例无骨溶解，发现血清中包含IL-6的多种因子的水平差异均无显著性，并认为循环血液中细胞因子不能作为骨溶解的生物标志。由此可见，在临床研究中血清IL-6能否作为关节置换术后骨溶解的生物标志尚无统一的结论。

　　寻找并建立一种或多种人工假体周围骨溶解的生物标志，并采取早期干预，预防或拖延假体周围骨溶解的发生，具有十分重要的临床实际意义。本研究通过建立兔假体周围骨溶解实验模型，试图证实外界血清和关节滑液中IL-6与骨溶解的相关性。结果显示，在不同的时间段，外周血清IL-6浓度的变化无统计学意义，而关节液中IL-6的变化有显著性意义，并且随着时间的延长IL-6浓度也升高。所以提示外周血清IL-6水平在骨溶解过程中并不受影响，而关节液中的IL-6水平随着骨溶解的进展而升高。但对于IL-6能否充当假体周围骨溶解的生物标志，仍有待进一步研究。

　　【参考文献】

　　[1] Howie DW, Vernon RB, Oakeshott R, et al. A rat model ofresorption of bone at the cement-bone interface in the pres-ence of polyethylene wear particles[J]. J Bone Joint Surg(Am),1988,70(2):257-260.

　　[2] Archibeck MJ, Jacobs JJ, Rebuck KA, et al. The basic sci- ence of periprosthetic osteolysis[J].Instr Course Lect,2001, so:185-195.

　　[3] Wozniak W, Wierusz-Kozlowska M, Markuszewski J, et al.Monitoring of IL-6 levels in patients after total hip joint replacement[J].Chir Narzadow Ruchu Ortop Pol,2004,69(2):121-124.

　　[4] Hernigou P,Intrator L,Bahrami T,et al.Interleukin-6 in the blood of patients with total hip arthroplasty without loosening[J].Clin Orthop,1999,366:147-154.

　　[5] Kim KJ, Hijikata H, Itoh T,et al. Joint fluid from patients with failed total hip arthroplasty stimulates pit formationby mouse osteoclasts on dentin slices[J]. J Biomed MaterRes,1998,43(3):234-240.

　　[6] Granchi D, Verri E, Ciapetti G,et al. Bone-resorbing cytokinesin serum of patients with aseptic loosening of hip prostheses [J]. J Bone Joint Surg(Br),1998,80(5):912-917.

　　[7] Streich NA, Breusch SJ,Schneider U.Serum levels ofinterleukin 6 (IL-6), granulocyte-macrophage colony-stimu-lating factor (GM-CSF) and elastase in aseptic prosthetic loosening[J]. Int Orthop,2003,27(5):267-271.

　　[8] Fiorito S, Magrini L, Goalard C. Pro-inflammatory and anti-inflammatory circulating cytokines and periprosthetic osteolysis[J]. J Bone Joint Surg (Br),2003,85(8):1202- 1206.