假体固定技术的发展

三、假体固定技术的发展

人工关节置换术发展至今，其固定方式仍为两种：骨水泥和非骨水泥固定，二者各有优缺点。

（一）骨水泥固定

骨水泥在人工关节的应用源于口腔科自凝塑料，Haboush于1950年将修补颅骨的Cranioplast骨水泥用于全髋置换。20世纪50年代末，Charnley对骨水泥进行深入研究并正式引入人工关节的固定，显著提高了人工关节置换术的早、中期效果，从而引发现代人工关节的广泛开展。现代骨水泥和金属-聚乙烯低摩擦副是Charnley所作的两项具有里程碑意义的巨大贡献。骨水泥的主要化学成分为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和液状单体。粉剂内聚合物颗粒直径为30～150μm，通常粉剂内还含有X线显影剂如硫酸钡或氧化锆以及粉剂中聚合引发剂和液剂中的稳定剂和促进剂。其他常见添加剂为抗生素，抗生素的渗入可能降低骨水泥的强度，可能引起变态反应（过敏反应）。由于水剂抗生素可影响骨水泥聚合，因此只能选用粉剂抗生素。选用的抗生素必须满足以下条件：广谱、不引起过敏反应、耐药菌株少见、对热稳定、能有效释放到血肿或周围组织内。常用的有庆大霉素、头孢类抗生素、万古霉素、多黏菌素等。一般认为，每40g骨水泥粉剂渗入0.5～2g抗生素粉剂不影响其拉伸和压缩强度，但疲劳强度可明显降低，因此不推荐常规使用。骨水泥的作用机制在于：用假体和骨之间的骨水泥大块充填以及骨水泥和骨床之间的微观交锁而达到界面的机械稳定。骨水泥的弹性模量很低，有利于应力自假体向骨逐步传导。影响其机械性能的因素很多，包括骨水泥自身因素及使用技术等，其中使用方法正确与否直接关系到手术的成败。由20世纪50年代至今，先后出现了三代骨水泥使用技术，其进步涉及假体设计、骨床准备、骨水泥改良、调制和置入（表1-3）。

1．骨水泥调制技术　在影响骨水泥机械强度的因素中，骨水泥本身的空隙度是一个十分重要的因素。产生空隙的原因包括：聚合作用不完全；搅拌过程中混入空气，形成小气泡，并在聚合热的作用下膨胀；单体蒸发形成小孔腔，在聚合温度达峰值，骨水泥固化时，这些小孔腔进一步扩大。第一代骨水泥技术通过手工混合搅拌，骨水泥既不均匀又含有大量气孔，其孔隙率可达9%～27%。因此，第二、三代的骨水泥技术采用单体预冷、真空搅拌、离心机机械搅拌等。研究表明通过66.4kPa负压下调和搅拌90s，可使孔隙率下降到1%以内，因此，增加骨水泥的机械强度，可延长疲劳寿命。搅拌后的骨水泥以2500r/min的速度离心60s，可明显消除气孔，使疲劳寿命提高136%。但有研究发现，离心后的骨水泥在固化后体积回缩更明显。目前比较一致的看法是，于真空下机械搅拌法最佳。

2．填充技术　骨水泥不是黏合剂，是通过填充作用达到固定目的。因此，必须做到大块充填和微交锁。在手术中应注意：①清洁骨松质面，包括脉冲冲洗和刷洗以去除血凝块、骨屑、脂肪组织、纤维组织等，充分暴露骨小梁；②减少骨面出血，方法有干纱布填塞、控制性低血压等；③加压充填，包括髓枪栓、骨水泥枪的使用；④均匀一致的骨水泥厚度，全髋置换时在股骨侧可放置假体中位器，髋臼侧可采用骨水泥钉，以保证假体-骨组织间留有2～3mm均匀一致的骨水泥。

表1-3　骨水泥三代技术比较

（二）非骨水泥固定

在第二、三代骨水泥技术尚未广泛应用以前，人工关节置换术的中、远期松动率很高，当时把它归结于“骨水泥病”，从而促进了非骨水泥假体的发展。这类假体是通过骨组织的长入（ingrowth）或贴服（ongrowth），达到假体与活骨之间骨整合从而获得生物学固定效果。从理论上讲，这种方法具有不可替代的优越性，近、中期效果也证明了其良好的效果，但远期疗效并未超过使用第二、三代技术的骨水泥固定，并导致了对骨溶解原因及机制的深入研究。目前主要用于年轻、骨质条件较好的患者或部分翻修病例。类风湿关节炎、长期应用激素、老年患者特别是患有严重骨质疏松患者，仍以采用骨水泥性假体为好。

影响骨-假体界面整合的因素很多，包括假体材料、假体设计、表面处理技术、局部力学环境、手术技术以及患者自身条件等。目前的主要研究方向为假体设计、假体表面处理和置入技术，尤其是假体表面处理。多孔表面的制造材料可以是金属、陶瓷或有机高分子聚合物，但目前应用最多的仍为钴铬合金小珠、钛丝网和羟基磷灰石。一般多孔表面是多层的，厚度0.8～2mm，孔隙率30%～60%，最佳孔径为150～400μm。选择假体时还须考虑涂层的以下特点：点状或环形涂层；部分、近段或全长涂层；使用何种涂层材料及是否有生长因子增强。目前推荐选择环形涂层以利于界面封闭效果，在常规初次置换术选择近段或部分涂层更有利于应力的传导，而全层涂层主要用于翻修术。羟基磷灰石增强的涂层技术在近几年得到广泛的应用，目的是进一步提高机体-骨界面的骨整合，从而提高远期效果。实验结果及临床结果都比较满意，但在涂层的稳定性和力学强度方面还存在一些问题。生长因子涂层可能是未来的发展方向之一，可与羟基磷灰石涂层结合应用。