髓腔解剖交锁股骨假体人工全髋关节置换术后骨改建及远期临床疗效

Abstract

目的

探讨采用髓腔解剖交锁（anatomic medullary locking，AML）股骨假体行人工全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）后股骨骨改建情况及远期临床疗效。

方法

回顾分析 1997 年 11 月—2003 年 1 月应用 AML 股骨假体行 THA 治疗的 24 例（26 髋）患者临床资料。男 12 例，女 12 例；年龄 32～69 岁，平均 53.7 岁。股骨头缺血性坏死 5 例（5 髋），髋臼发育不良继发骨关节炎 6 例（7 髋），股骨颈骨折 6 例（6 髋），原发性骨关节炎 2 例（2 髋），翻修术 3 例（3 髋），强直性脊柱炎 1 例（2 髋），股骨头骨折 1 例（1 髋）。术后即刻、6 周、3 个月、6 个月、1 年及之后每年定期随访，分别行影像学评估（术后即刻摄 X 线片评价股骨峡部压配情况，Engh 标准评定股骨柄假体生物学固定情况，术后发生异位骨化情况采用 Brooker 法评定）；骨改建评估［假体与骨界面的改建（记录骨反应的类型、Gruen 分区、发生率及出现时间），假体周围骨改建（根据 Engh 和 Bobyn 法评定股骨近端应力遮挡性骨吸收，并测量骨密度变化率）］；临床疗效评估［Harris 评分评价疗效、疼痛视觉模拟评分（VAS）评定大腿痛］。

结果

术后患者均获随访，随访时间 15 年 2 个月～20 年 4 个月，中位随访时间 16 年 6 个月。术后即刻 24 髋（92.3%）股骨峡部压配良好，24 髋（92.3%）有骨长入。术后 3～6 个月发生异位骨化 1 度 2 例、2 度 2 例、3 度 1 例。增生性骨反应多见于 Gruen 2、3、4、5、6、10、11、12 区，主要发生于术后 6～20 个月，发生率 3.8%～69.2%，其中点焊征发生率最高；吸收性骨反应均为骨溶解，多见于 Gruen 1、7 区，主要发生于术后 8 年后，发生率 42.3%，未见透亮线（区）、髓腔扩大征发生。21 髋（80.8%）发生 1 度应力遮挡性骨吸收，5 髋（19.2%）发生 2 度应力遮挡性骨吸收；主要发生于术后 10～24 个月，在 Gruen 1、7 区。双能 X 线吸收比色法检查示，骨密度减少主要发生在 Gruen 1、2、6、7 区，骨密度增加主要发生在 Gruen 3、4、5 区。术后 2 年后骨密度丢失进展缓慢。术后 5～8 年骨密度稳定，而 8～9 年骨密度丢失进展快，10 年后骨密度趋于稳定。Harris 评分从术前（51.1±6.2）分提高至末次随访时的（88.3±5.1）分（t=–21.774，P=0.000）；仅 2 例（7.7%）发生轻度大腿痛（VAS 评分为 2 分）。随访期间均未发生股骨假体无菌性松动和假体翻修。

结论

应用 AML 股骨假体行 THA 术后具有良好的骨改建模式，远期临床效果良好。

人工全髋关节置换术（total hip arthroplasty，THA）后假体周围骨丢失是影响患者生活质量的严重问题之一，应力遮挡和骨溶解是主要原因^[1]。应力遮挡导致的骨密度改变在骨水泥型及生物型 THA 中均有发生，骨密度的重新分布大多发生于术后 2 年内^[2]，进而导致骨量减少，假体松动，最终导致翻修^[3]。髓腔解剖交锁（anatomic medullary locking，AML）股骨假体（Depuy 公司，美国）为圆柱柄，依靠假体与骨在股骨峡部压配可达到早期固定及即刻稳定，为远端固定型假体。股骨峡部压配固定可对假体提供可靠支持，但近侧由于应力遮挡将产生骨吸收^[1]，因此远期疗效堪忧。现回顾分析 1997 年 11 月—2003 年 1 月我们采用 AML 股骨假体行 THA 治疗的 24 例（26 髋）患者临床资料，探讨术后假体周围骨改建情况并评价其远期临床疗效。报告如下。

1. 临床资料

1.1. 患者选择标准

纳入标准：① 符合 THA 适应证，无凝血功能障碍；② 美国麻醉师协会（ASA）分级≤Ⅲ 级；③ 患者知情同意并配合治疗；④ 临床和影像学随访资料完整。排除标准：① 髋关节外展肌力丧失或相对减弱者；② 髋关节肿瘤、髋关节结核、化脓性髋关节炎及心脑肾严重病变不能耐受置换手术者；③ 病理性病变者；④ 术侧肢体需同时行其他手术者。

1.2. 一般资料

本组男 12 例，女 12 例；年龄 32～69 岁，平均 53.7 岁，其中 32～50 岁 8 例、51～69 岁 16 例。左髋 10 例，右髋 12 例，双髋 2 例。体质量 40～81 kg，平均 63.75 kg。术前诊断：股骨头缺血性坏死 5 例（5 髋），髋臼发育不良继发骨关节炎 6 例（7 髋），股骨颈骨折 6 例（6 髋），原发性骨关节炎 2 例（2 髋），翻修术 3 例（3 髋），强直性脊柱炎 1 例（2 髋），股骨头骨折 1 例（1 髋）。

1.3. 手术方法

手术均由同一高年资医师实施，双髋均为同期手术，术中采用 AML 股骨假体。患者于持续硬膜外麻醉联合蛛网膜下腔阻滞麻醉或全麻下取侧卧位，采用改良 Hardinge 入路，以股骨大转子顶点为中点作长 8～10 cm 直接外侧切口，逐层切开，将前 1/3 臀中肌及其下的臀小肌从大转子前方钝性剥离，切除前关节囊后屈髋并内收、外旋肢体，使髋关节前脱位。在小转子尖上方 10～15 mm 处截断股骨颈并取出股骨头。去除髋臼底及髋臼周缘骨赘及增生组织，髋臼锉磨锉至软骨下骨均匀渗血，术中透视下植入髋臼假体及内衬。内收、外旋髋关节，显露股骨近端，在大转子梨状窝处开口器开口，以保证假体在髓腔中处于中立位；股骨扩髓，髓腔钻由小到大逐渐扩髓，直至髓腔钻远端出现骨泥为止。常规选择比最后扩髓的髓腔钻直径大 0.5 mm 的假体型号；当骨质较差时，选用与髓腔钻直径相同的假体型号，使假体在股骨峡部与股骨髓腔内、外侧皮质骨紧密接触。复位髋关节，检查各方向稳定性良好，无脱位。冲洗，置引流管 1 根，修复前 1/3 臀中肌，切口周围注射鸡尾酒镇痛，逐层缝合。

1.4. 围术期处理

术前 30 min 给予预防性抗生素，应用至术后 24～48 h。术后切口定期换药。术后第 2 天下地，6 周内（双髋患者 8 周内）扶拐部分负重行走，此后完全负重行走。

1.5. 观测指标

1.5.1. 影像学评估

术后即刻摄 X 线片评价股骨峡部压配情况。股骨柄假体生物学固定以 Engh 标准^[4]评定，分为骨长入、稳定的纤维固定、不稳定。采用 Brooker 法^[5]评定术后异位骨化发生情况。

1.5.2. 骨改建评估

① 假体与骨界面骨改建：术后 6 周、3 个月、6 个月、1 年及之后每年通过 X 线片或 CT 进行研究。记录骨反应的类型、区域（按 Gruen 分区^[4]记录）、发生率及出现时间。骨反应类型分为增生性骨反应：点焊征、髓腔内骨化、骨硬化线、基座征、股骨皮质肥大；吸收性骨反应：骨溶解（行 CT 检查）、透亮线（区）、髓腔扩大征。

② 假体周围骨改建：采用影像学和骨密度（bone mineral density，BMD）测量来观察。影像学：通过术后 6 周、3 个月、6 个月、1 年及之后每年 X 线片，股骨近端应力遮挡性骨吸收根据 Engh 和 Bobyn 法评定^[6]，按 Gruen 分区记录。BMD：术后 6 个月及 1、2、3、5、8、9、10、12 年，通过双能 X 线吸收比色法（dual energy X-ray absorptiometry，DEXA）进行 BMD 检查^[6]，按 Gruen 分区记录。术后假体周围 BMD 变化率=（术侧 BMD−对照侧 BMD）/对照侧 BMD×100%；总 BMD 变化率是 Gruen 1～7 区各区 BMD 变化率的总和。本组除 6 例股骨颈骨折患者将对侧测定值作为患侧术后相应部位 BMD 的对照外，其余患者则将术前同侧测定值作为术后对照。

1.5.3. 临床疗效评估

采用 Harris 评分标准^[7]评估临床疗效；大腿痛采用疼痛视觉模拟评分（VAS）^[6]评定。

1.6. 统计学方法

采用 SPSS17.0 统计软件进行分析。计量资料正态分布以均数±标准差表示，组间比较采用重复测量方差分析或配对 t 检验；计数资料组间比较采用 Fisher 确切概率法；检验水准 α=0.05。

2. 结果

2.1. 影像学评估

术后即刻根据 Engh 标准评定，24 髋（92.3%）股骨峡部压配良好，2 髋（7.7%）股骨峡部压配不良。24 髋（92.3%）为骨长入，2 髋（7.7%）为稳定的纤维固定，无假体不稳定发生。股骨峡部压配良好患者骨长入发生率高于压配不良患者，纤维固定发生率低于压配不良患者，但两组比较差异无统计学意义（P=0.151），见表 1。根据 Brooker 法^[5]评定，术后 3～6 个月发生异位骨化 1 度 2 例、2 度 2 例、3 度 1 例。

表 1.

Femoral isthums compression and biological fixation (%)

股骨峡部压配与生物学固定（%）

组别 Group	髋数 n	骨长入 Bone ingrowth	纤维固定 Fiber fixation	不稳定 Unstable
峡部压配良好 Good compression	24	23 (95.8)	1 (4.2)	0 (0)
峡部压配不良 Poor compression	2	1 (50.0)	1 (50.0)	0 (0)
统计值 Statistic		P=0.151

2.2. 骨改建评估

2.2.1. 假体与骨界面骨改建

增生性骨反应多见于 Gruen 2、3、4、5、6、10、11、12 区，主要发生于术后 6～20 个月，发生率为 3.8%～69.2%，其中点焊征发生率最高。吸收性骨反应均为骨溶解，多见于 Gruen 1、7 区，主要发生于术后 8 年后，发生率为 42.3%，未见透亮线（区）、髓腔扩大征发生。见表 2、图 1。

表 2.

Bone remodeling at the interface between prosthesis and bone

假体与骨界面的骨改建

骨改建类型 Bone remodeling type	发生 髋数 n	发生率 （%） Incidence (%)	发生 区域 Area	发生时 间（月） Time (months)
点焊征 Spot welding	18	69.2	2、6	6～12
基座征 Pedestal	5	19.2	4、11	6～12
股骨皮质肥大 Cortical hypertrophy	8	30.8	2、3、5、6	6～8
髓腔内骨化 Intramedullary ossification	1	3.8	10	6～12
骨硬化线 Osteosclerosis line	4	15.4	3、5、10、12	10～20
骨溶解 Osteolysis	11	42.3	1、7	>96

图 1.

Bone remodeling at the interface between prosthesis and bone and around prosthesis

假体与骨界面及假体周围骨改建

a. 股骨皮质肥大、基座征；b. 骨溶解；c. 1 度应力遮挡性骨吸收；d. 骨硬化线；e. 髓腔内骨化；f. 点焊征

a. Cortical hypertrophy, pedestal; b. Osteolysis; c. The stress-shielding of level 1; d. Osteosclerosis line; e. Intramedullary ossification; f. Spot welding

2.2.2. 假体周围骨改建

按 Engh 和 Bobyn 法评定^[6]，21 髋（80.8%）发生 1 度应力遮挡性骨吸收，只在股骨距处发生少量骨吸收；5 髋（19.2%）发生 2 度应力遮挡性骨吸收；无 3、4 度严重吸收性骨改建发生。1、2 度应力遮挡性骨吸收均发生在 Gruen 1、7 区，主要发生于术后 10～24 个月。

DEXA 检查示，BMD 减少主要发生在 Gruen 1、2、6、7 区，BMD 增加主要发生在 Gruen 3、4、5 区。术后 2 年后 BMD 丢失进展缓慢。术后 5～8 年 BMD 稳定，而 8～9 年 BMD 丢失进展快，10 年后 BMD 趋于稳定。Gruen 1、2、4、6、7 区 BMD 变化率及总 BMD 变化率随时间变化差异有统计学意义（P<0.05）；Gruen 3、5 区 BMD 变化率随时间变化差异无统计学意义（P>0.05）。见表 3。

表 3.

Change rate of BMD at each time point by DEXA detection (n=26, , %)

DEXA 检测术后各时间点 BMD 变化率（n=26， ，%）

时间（月） Time （months）	Gruen 各分区 BMD 变化率 Change of BMD in different Gruen zones							总变化率 Total change rate
	1	2	3	4	5	6	7
6	4.54±1.09	−4.95±1.14	−9.12±1.83	−7.25±1.04	−2.44±1.11	−3.07±1.89	−3.63±1.59	−25.92±1.38
12	−7.73±2.19	−9.43±1.30	2.31±1.45	1.14±0.87	0.67±0.69	−9.59±1.74	−10.22±1.64	−32.85±1.41
24	−5.89±1.16	−3.73±1.52	4.78±0.75	3.31±1.63	8.61±1.50	−7.87±1.00	−9.28±1.29	−10.17±1.26
36	−5.85±1.84	−2.02±1.41	5.34±1.13	4.39±0.99	9.02±1.24	−7.43±1.86	−9.73±1.13	−6.28±1.37
60	−5.73±1.36	−2.09±0.96	5.89±0.91	5.41±1.84	9.82±0.99	−6.97±1.03	−9.70±1.16	−3.37±1.17
96	−5.64±1.08	−2.07±0.25	5.95±0.82	5.42±0.98	9.85±1.29	−6.93±0.91	−9.64±0.76	−3.06±0.87
108	−6.63±1.69	−3.40±1.78	5.70±0.77	4.49±1.29	8.60±0.90	−8.96±0.89	−11.78±2.66	−11.98±1.43
120	−6.64±1.85	−3.47±0.71	5.65±2.35	4.82±1.50	8.58±1.18	−8.82±1.12	−11.82±2.52	−11.7±1.60
144	−6.62±1.72	−3.56±1.44	5.66±2.08	4.86±1.40	8.68±1.81	−8.83±1.88	−11.79±1.07	−11.6±1.63
统计值 Statistic	F=38.480 P=0.000	F=81.783 P=0.000	F=0.815 P=0.393	F=16.217 P=0.004	F=1.574 P=0.245	F=225.590 P=0.000	F=90.058 P=0.000	F=14.980 P=0.005

2.3. 临床疗效评估

本组患者均获随访，随访时间 15 年 2 个月～20 年 4 个月，中位随访时间 16 年 6 个月。Harris 评分从术前（51.1±6.2）分提高至末次随访时的（88.3±5.1）分，差异有统计学意义（t=–21.774，P=0.000）。仅 2 例发生轻度大腿痛（VAS 评分为 2 分），发生率 7.7%。随访期间均未发生股骨假体无菌性松动和假体翻修。

3. 讨论

THA 治疗遵循的原则之一是假体应符合局部生物力学特征。通过对术后假体周围骨改建模式分析和程度测定，能较好地反映假体与股骨生物力学性能的匹配程度以及假体周围骨量的变化，为评价 THA 术后疗效提供依据。THA 术后假体生存率取决于假体与骨相互作用的结果，因而骨改建对于假体的使用寿命和髋关节的稳定性至关重要。THA 术后由髋关节传递至股骨近端的载荷途径发生改变，导致邻近骨组织产生相应改变，包括一些区域吸收而另一些区域增生，这些遵循 Wolff 定律产生的骨组织改变^[8]通常被称为“适应性骨改建”。这种适应性骨改建的 X 线片表现通常包括假体与骨界面骨改建、假体周围骨改建两个方面。

3.1. 假体与骨界面骨改建

假体和骨质量是影响假体与骨界面骨改建的重要因素，前者包括假体设计、材料和有微孔的表面涂层结构，后者包括股骨近端的负重能力、解剖结构及骨质疏松程度。

非骨水泥型假体通过粗糙面上的骨沉积，或骨长入到假体的多孔涂层而得到二期稳定（继发稳定），假体的微动幅度、假体-骨界面的间隙是决定骨改建的关键因素，包括骨质量、载荷条件、压配的数量、假体-骨界面间隙的存在、界面的摩擦系数以及手术固定技术等^[9-10]。骨长入的 X 线片表现是出现点焊征、无 X 线透亮线。本组 69.2% 患者均显示有典型的点焊征，无 X 线透亮线表现，表明本研究使用 AML 股骨假体行生物学固定可获得良好的骨长入。分析原因可能是 92.3% 患者获得良好的峡部压配，假体的初始稳定性好，没有假体微动，促进了骨长入。Engh 等^[11]报道峡部压配良好的患者骨长入发生率为 93%，而峡部压配差的患者只有 69% 发生骨长入。本研究股骨峡部压配良好患者骨长入发生率为 95.8%，高于压配不良患者，但差异无统计学意义，考虑可能与样本量小相关。许多学者^[12]认为初始固定依赖于足够的界面压配，过高的压配常导致术中、术后发生股骨骨折。我们的经验是：① 术前进行精确模板测量，指导术中假体型号选择；② 术中 C 臂 X 线机透视查看股骨填充情况；③ 在打入股骨假体过程中，避免暴力击打假体，应控制击打力度，增加击打次数，逐渐打入。最终达到既能避免术中、术后发生股骨骨折，又能获得良好的峡部压配，使假体初始稳定的目的。如峡部压配不良，假体-骨界面相对移动大，可降低骨长入概率，从而导致假体-骨界面纤维组织形成，降低假体初始稳定性，假体周围骨形成持续破裂，将导致大腿痛和最终假体松动。

文献报道长入假体微孔内的骨小梁组织承受一部分应力载荷，在载荷应力刺激下骨小梁逐渐增粗，即形成典型骨性固定标志的所谓髓腔内骨化现象。当出现此类 X 线片表现时，也可表明假体已获得理想的骨性生物固定^[13]。本组 AML 股骨假体髓腔内骨化发生率较低，仅为 3.8%，与 AML 股骨假体髓腔压配好、初始稳定性好相关。本组部分患者在股骨柄光滑段的 Gruen 3、5、10、12 区出现骨硬化反应线，而未出现在股骨柄近端的微孔涂层区，这也提示 AML 股骨假体在植入后确实已获得了良好的骨长入及假体稳定。

锥形柄假体皮质增生的发生率较低，如 Mallory 柄为 11%，CLS 柄为 0。圆柱柄的皮质增生发生率较高，如 HG 柄为 30%，AML 柄为 19%^[13]。因圆柱柄为远端固定，易导致远端反应性骨肥厚及近端骨萎缩。本研究结果与之相似。AML 柄发生皮质增生概率较高，我们认为可能与假体弹性模量高，以及载荷从假体传至股骨峡部，远端发生皮质增生，近端因应力遮挡致骨吸收和骨量丢失有关。

3.2. 假体周围骨改建

假体周围的骨改建可采用影像学和 BMD 来测量，其主要由植入假体的几何形态设计和股骨的解剖结构所决定^[6]。不同的股骨柄假体，因几何形态设计不同，假体材料不同，所产生的应力传递形式也不同，最终将影响适应性骨改建的表现。目前临床常用的股骨柄假体有圆柱柄、解剖柄、锥形柄 3 种。本研究采用的 AML 股骨假体设计属于圆柱柄，为远端固定，固定部位近侧易发生应力遮挡性骨丢失。该假体材料为钴铬钼，弹性模量大于骨组织，假体柄越粗，弹性模量越大，应力沿假体传递，随时间延长，假体近端骨组织失去应力进而出现骨丢失现象，因此远期疗效堪忧^[1]。在众多适应性骨改建 X 线征中，最为常见的是股骨距吸收，这一 X 线征通常是由股骨距发生应力遮挡性骨吸收所致。而股骨柄假体植入股骨髓腔后，本应由股骨距承受的载荷转向股骨柄假体远端承受，是产生这一 X 线征的根本原因。因此，凡存在股骨距严重吸收者，通常伴有股骨柄假体远端的骨皮质增生^[6]。

骨水泥型和生物型股骨柄假体均有一定的应力遮挡作用，导致假体周围骨丢失^[6]。应力遮挡主要与假体周围界面的结合特性和假体的刚度有关，特别是前者；此外，还与髋关节的负荷特点，假体周围结构的力学性能、假体类型、股骨假体髓腔内位置、植入时间、有无颈领等有关。文献报道在 THA 术后 1 年骨改建变化较快，之后假体周围骨质量变化较小，趋于稳定^[14]。刘延青等^[12]报道术后 11～12 年，AML 股骨假体周围骨丢失多见于 Gruen 1、2、6、7 区，发病率为 43%～85%，3、4、5 区发生率低，原因是 AML 股骨假体为远端固定，在髓腔内的 3、5 区与骨结合，固定部位近侧易发生应力遮挡性骨丢失，在远侧不发生应力遮挡性骨丢失。骨丢失在术后 5～8 年间变化不大，而 8～9 年进展快，10 年后骨丢失发展趋于稳定。个别患者骨丢失发生顺序是由近侧 1、7 区开始，逐渐向远侧 3、5 区发展。本研究应力遮挡性骨吸收为 1、2 度，且主要发生在 1、7 区。分析原因，股骨假体柄直径均较小，为 9～11 mm，与国人普遍身材较小相关；而国外报道假体直径一般都大于 13.5 mm，假体直径越大，越容易产生更大的应力遮挡。

术后 DEXA 测定示，BMD 减少主要在假体近端的 Gruen 1、2、6、7 区，BMD 增加主要在假体远端的 Gruen 3、4、5 区，且 BMD 减少以 Gruen 7 区最为明显。考虑原因为 AML 股骨假体为圆柱柄设计，其横截面积从近端到远端逐渐减小。根据弹性模量理论，假体的轴向、屈曲刚度均随其横断面或柄直径增加而增加，因此假体的刚度从近端到远端逐渐减小。假体和股骨的刚度是骨改建关键决定因素。Gruen 3、4、5 区 BMD 增加考虑与涂层远端边界附近髓腔内骨化和骨皮质肥大相关。假体和股骨的刚度越匹配，其产生的应力遮挡越小^[6]。由于假体近端的刚度会超过股骨刚度，将导致假体的近端刚度与股骨不匹配，进而增加近端股骨应力遮挡的程度，造成近端骨量丢失较多。本研究股骨假体为 5/8 多孔表面涂层，股骨近端骨吸收较严重。此后，在遗传、各种激素、细胞及生长因子、内环境及局部微环境因素等生物因素的影响下，以及不断受到力学因素的影响与调控下^[8]，骨量逐渐恢复，当这一调节趋于稳定时，骨量不再改变，从而出现了 BMD 的重新分布。

大腿痛是非骨水泥型 THA 术后常见并发症^[15]。发生大腿痛的主要因素包括假体微动、假体的几何设计、假体材料及假体直径。本组 24 例中位随访时间 16 年 6 个月，仅 2 例出现轻度大腿痛，无中度或重度大腿痛，较国外报道发生率^[5]更低。主要原因是：① 本组股骨假体柄直径较小，应力遮挡小，而应力遮挡是大腿疼痛原因之一；② 较柔软的股骨与坚硬的金属紧贴，假体柄远端产生微动，也是导致大腿疼痛的原因之一。

本研究为我们选择假体类型提供了参考：① 假体材料：钛合金弹性模量较小，可减少应力遮挡；② 假体几何形态：锥形柄具有更好的骨改建模式，锥度设计有利于载荷从假体传至股骨干骺端，较符合正常的生理应力分布；③ 短柄可获得更好的股骨近端应力传导，减少骨量丢失^[4]；④ 近端涂层假体优于广泛涂层假体，可减少股骨近端骨量丢失。

综上述，应用 AML 股骨假体行 THA 术后具有良好的骨改建模式，远期临床效果良好，但近端由于应力遮挡所产生的骨吸收应密切关注。

作者贡献：李永旺负责实验设计、资料收集、文章撰写；何荣丽负责资料收集及数据统计；张谦、祁辉负责文献查阅及资料收集；安明参与资料收集；孙俊英负责手术实施及资料收集；宋兴建对文章的知识性内容作批评性审阅；马文海负责审校文章。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。

机构伦理问题：研究方案经保定市第一中心医院伦理委员会批准（快［2020］001 号）。