【摘要】 :感染性松动和假体远期无菌性松动是人工关节在临床上存在并需要解决的问题。大量科研及临床事实证明，假体产生微粒与溶骨是无法消除的，后者与假体松动关系密切。在一定条件下，术后关节感染与假体松动又是相互促进的，关节的摩擦和微动，必然会在假体周围形成界膜和微粒，这就为病原微生物的繁殖提供了条件;反之，关节周围的感染所造成的骨破坏，也是关节松动下沉的一个原因。因此预防感染和减少磨损颗粒的产生对于预防人工关节的松动延长人工关节使用寿命意义重大。本文就预防感染和减少磨损颗粒的产生作一综述。
【关键词】 人工关节;感染;磨损颗粒;预防
Abstract:Infectious loosening and aseptic loosening are the problems of artificial joint in clinical which needs to be addressed. Lots of scientific researches and clinical facts have proved that the particles， which produced by prosthesis and the osteolysis that are closely related to the prosthesis loosening， can not be eliminate. Postoperative joint infection and prosthesis loosening are also mutually reinforcing under certain conditions. Joint friction and micromotion should inevitably form the biofilm and debris around the prosthesis， which will provide a breeding ground for the propagation of pathogenic microorganisms. On the contrary， the destruction of bone around the joint caused by infection is one of the reasons of joint sinking. Therefore， preventing infection and reducing the generation of wear debris are of great significance for preventing artificial joint from loosening and for extending the service life of artificial joint. This paper is a review of the progress on preventing infection and reducing the generation of wear debris.
Key words:artificial joint; infection; wear debris; prevention
人工关节置换术是严重关节疾病的一种有效的治疗手段，近年来取得了很大的进展，但术后假体松动始终是临床上存在并需要解决的问题。病人因关节松动导致疼痛，最终需要做翻修术，由于初次人工关节置换病人增长迅速，翻修的总人数亦明显增加。因此防治松动是目前人工关节外科最重要的课题。临床实践表明，通过规范化操作预防感染、提高骨水泥技术、改进假体材料及设计减少磨损颗粒、注重手术技巧、个体选择及生物相容性、应用药物等，松动是可以延缓或预防的。
1 预防感染
人工关节置换术后出现感染是一种灾难性的并发症，一旦感染发生必然导致手术失败，多数感染病例需要去除假体，二期再植入，个别病例需要行关节融合术甚至截肢。因此，预防术后感染是保证手术成功的关键。
1.1 危险因素 人工关节感染的危险因素较多。早在 1972年，Charnley就指出绝大多数的感染是由空气污染所致，所以在洁净手术室和层流净化手术室中进行全关节置换手术比较安全。目前比较公认的危险因素有老年肥胖、类风湿关节炎、糖尿病、泌尿系感染、激素和免疫抑制剂的应用等，现在更多新的危险因素开始被临床医生所重视，如血液透析、血液病、侵入性的操作、关节置换术后切口引流的处理等[1]。张洪凤[2]分析发生医院切口感染的相关危险因素有：(1)患有原发慢性未治愈的疾病，如糖尿病等。(2)长期使用非甾体抗感染药物、激素和免疫抑制剂。(3)层流设备未定期检测、维修，造成术中空气污染。(4)术后伤口引流不充分。(5)术后并发其他部位医院感染。
1.2 常见细菌 传统理论认为，骨关节感染75%～85%为金黄色葡萄球菌，10%为溶血性链球菌。国内有报道人工关节置换术后感染病例中革兰阳性球菌占76%，其中表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌占45%，草绿色链球菌、D族溶血性链球菌和肠球菌等其他革兰阳性球菌占14%[3]。王娜[4]等对36 例人工关节感染病例进行细菌学分析，其中金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌占所有细菌培养的58.3%，溶血性链球菌占2.8%，革兰阴性杆菌比例也较高占30.7%，同时出现一例真菌感染。这说明人工关节置换术后感染的致病菌呈多元化、复杂化趋势，为临床的预防和治疗带来了困难。
杨朝君，等：人工关节松动的防治研究进展辽宁医学院学报 2009年12月，30(6)1.3 围手术期处理 根据林志雄、于楠生[5]的观点，将预防措施分为术前、术中、术后。术前他们提倡：(1)正确估计感染病灶，对咽炎、甲沟炎、足癣等亦需彻底治疗;(2)尽量缩短术前住院时间，降低交叉感染机率;(3)术前必须解决尿潴留问题，避免使用留置尿管造成的尿路感染;(4)术前常规使用抗生素，术前15 min 使用以保证有足够的抗生素浓度。术中措施他们强调：(1)保持严格的无菌状态;(2)无菌操作，尽量缩短手术时间;(3)术中常规送检组织培养，以指导术后用药。术后预防措施：(1)彻底止血，切口放置引流，24 h引流量小于50 mL可提前拔除引流。Peersncan[6] 报道，引流管放置时间过长也是感染危险因素之一;(2)留置尿管尽早拔除;(3)预防褥疮;(4)术后抗生素应用7～12 d。术前术后应用抗生素是防止感染的重要因素。
根据上世纪90年代的资料统计，全髋关节置换术后的感染率为0.1%～1.0%，全膝关节置换术为1.0%～4.0%，而全肘关节置换术为4.0%～47.0%。通过术前、术中、术后的预防措施(如认真判断手术指征、严格无菌操作、预防性使用抗生素等)，术后感染的发生率得到控制。德国学2004年的报道显示该国术后总体感染率为0.5%～1.4%[7]。言湛军等对123 例人工全髋置换患者术前预防性应用抗生素，术中严格无菌操作，彻底止血，术后2 根引流管引流，动态观察血常规、血沉、C反应蛋白等指标。结果仅2 例发生感染，感染发生率为1.63%。因此减少手术创伤、严格无菌操作和周密的围手术期处理是预防髋关节置换感染的有效方法[8]。
围手术期预防性应用抗生素得到了多数学者的支持，认为这对防止人工关节置换术后感染是有效的。蔡谞等人提出术前1 h 至手术开始后静脉应用抗生素可在髋关节假体植入的主要阶段保持较高的术野血抗菌效能，从而有可能进一步减少术后感染的机会，但是不同抗生素的应用时机还应根据其药代动力学的差异进行相应调整[9]。
1.4 抑制生物被膜的形成 人工关节置换术后感染与细菌生物被膜形成有关资料已被证实。生物被膜是引起关节置换感染的原因之一，多数关节置换术后感染是慢性感染，其始动环节是手术当中污染的细菌，这些细菌在假体表面黏附并形成生物被膜，被膜内细菌无法被杀灭，逐步发展成感染。生物被膜使感染治疗困难，尤其是人工关节感染，如不取出假体并彻底清创，一般很难治愈。因此，抑制细菌在假体表面形成生物被膜对预防和治疗人工关节置换术后感染具有价值。细菌黏附在假体表面是生物被膜形成的始动阶段，也是最重要的阶段，抑制细菌的黏附则可以抑制生物被膜形成，对于预防和治疗关节置换术后感染具有重要意义[10]。Schildhauer等[11]发现金黄色葡萄球菌对不同金属材料粘附能力有明显差别，但表皮葡萄球菌对钽、钛、不锈钢等材料的粘附性没有明显差别。郝立波等[12]通过体外实验验证RNAⅢ抑制肽(RIP)可以抑制表皮葡萄球菌对关节假体材料表面的粘附，如果与抗生素联合应用可以起协同作用，对预防和治疗感染非常有意义。
2 减少磨损颗粒的产生
巨噬细胞与磨损颗粒相互作用引起的假体周围骨溶解是导致人工关节远期松动失效的主要原因。因此通过改良假体材料和改进加工工艺以减少磨损颗粒的产生，可以防止假体松动。
2.1 金属材料 在20世纪70年代中期以前，金属与金属(MOM)相关节的人工关节已经比较常见了，但是因为金属杯臼的早期松动而逐渐被弃用，其主要原因是大量的钴铬合金磨损颗粒粘附和研磨引起部分骨溶解。到了80年代末期，人们认识到了聚乙烯磨损问题是人工关节晚期失败的最主要原因，而随着金属材料和假体设计的改进，金属—金属假体的远期松动率却较低。因此，金属—金属假体重新得到重视。相对于金属与聚乙烯(MOP) 相关节的人工关节，MOM显示了良好的耐磨损性能。Anssian等[13]对比了市场上的MOM(Metasul)假体和MOP(Protasul)假体的摩擦学特性，发现MOM的稳态磨损率是MOP的1/100。Chan[14]等发现在MOM假体头臼之间的空隙，以及接触面积的粗糙程度，将直接影响假体的磨损情况。瑞士Sulzer公司推出的第二代MOM假体，增加了关节间隙，增强了金属的硬度，并且引进了可恢复光滑平面的技术。其中增加关节间隙可以使股骨头与髋臼关节间有足够的空间，使得液体膜产生润滑作用，同时又能清除关节内的所有碎屑。Lappalainen等[15]利用脉冲等离子弧焊技术在MOM表面进行了金刚石涂层试验，发现涂层增加了MOM假体的耐磨损和耐腐蚀能力，且这种假体比传统的聚乙烯对金属和金属对金属假体产生的摩擦低100万倍。MOM是目前人工假体很好的替代品，特别是对年轻人和活动量较多的病人，但是其可能导致体内金属离子的浓度过高以及能否增加恶性肿瘤的发生率，目前尚无明确的定论，其长期的安全性是值得注意的。
2.2 聚乙烯材料 聚乙烯材料具有很好的生物相容性和耐磨能力强等优点，因此它被用于人工髋关节的髋臼内衬及人工膝关节垫片的制造。超高分子量聚乙烯与金属头的磨擦系数接近人体髋关节的磨擦系数，是目前最为广泛的一种组合方式。但其磨损微粒所带来的远期骨溶解作用，仍是人工关节长期使用导致无菌性松动的最主要原因。超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)的抗摩擦能力明显高于普通的聚乙烯材料，高度交联的UHMWPE耐磨性明显高于线性的UHMWPE，不同的交联方法对UHMWPE的影响也不同。Mdkellop[16]等比较了不同条件下γ—射线照射的UHMWPE臼杯在髋关节模拟器上的磨损情况，证明在无氧条件下，通过γ—射线照射，可以引起UHMWPE分子间发生交联，提高UHMWPE的耐磨性能约50%。高度交联的UHMWPE仍是目前研究的重点。
2.3 生物陶瓷材料 生物陶瓷的硬度极高，抗磨损，当自身配对时，年磨损率在0.025～10 μm，是Charn1ey 型人工关节的1/8 000到 1/20。当陶瓷-聚乙烯配对时，磨损率也较金属-聚乙烯小。Semlitsch证明，磨损40 μm，在金属-聚乙烯需要70 小时，在陶瓷-聚乙烯需要800 小时，在陶瓷-陶瓷表面需要2 000小时。陶瓷表面为离子型结构，高负电荷，因而有亲水性，可自润滑[17]。同时，与液体的接触角小，体液可以在其表面形成一层薄膜[18]，使关节面得到良好的润滑，降低了摩擦系数。陶瓷磨损颗粒虽可诱导吞噬细胞产生与骨溶解有关的炎性介质，但其生物活性较低[19]，说明陶瓷具有良好的生物相容性。氧化锆假体材料是近10余年来研制出的，它的主要优点是材料的韧性要比氧化铝好，可进一步降低陶瓷材料碎裂的发生率。现代的陶瓷人工髋关节假体，在髋臼的设计上有一个半球形金属壳，外表面有多孔的涂层，内面呈morse斜坡，可以嵌入陶瓷内衬，这样就成功的解决了固定和耐磨的难题。
2.4 滚动式人工关节 近几年基于滚动摩擦原理，有些学者提出了一种新的无聚乙烯滚动式人工关节设计思想。于仲嘉[20]等人通过改变人工髋关节主要摩擦副的运动方式，采用组织相容性好的标准型号的不锈钢轴承，将运动幅度最大的在负重情况下行使的伸屈运动由滑动运动副改变为滚动运动副;人工关节相互滑动界面不采用高分子聚乙烯材料，避免聚乙烯磨损颗粒的产生。结果明显减少假体磨损和松动，预期寿命经试验测定超过15 年。滚动式人工关节假体设计由于没有采用聚乙烯作为主要的摩擦件，从而完全避免了聚乙烯磨粒及其引起的生物毒性作用，为有效降低假体的远期松动提供了新思路。
3 结 语
人工关节能缓解、消除疼痛，明显改善关节功能。对年轻病人能使其从事基本正常的社会工作与活动，而对老年病人，能延续生命的同时提高生活质量。它极大地改善了关节疾病患者的生存状态，但术后假体的感染及松动已成为手术失败的最重要原因。在一定条件下，术后关节感染与假体松动相互促进，关节的磨损会在假体周围形成界膜和微粒，这就为感染创造了条件;而关节周围感染造成的骨破坏又是关节松动下沉的原因之一。因此，要减少上述并发症的发生，必须考虑到各方面因素的影响，积极预防术后感染的发生，正确的术前术后处理，改进假体材料及设计减少磨损颗粒的产生，这将对延长假体使用寿命起到有益的作用。
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