[doc] 股骨偏心距与全髋关节置换术后假体功能及相关生物力学的变化

[doc] 股骨偏心距与全髋关节置换术后假体功能及相关生物力学的变化 股骨偏心距与全髋关节置换术后假体功能 及相关生物力学的变化 中国临床康复第加卷第33朋2006—09—10出版 ChineseJournal0fClinicalRehabilitation,Septemberlo2006Vo1.1oNo.33 股骨偏心距与全髋关节置换术后假体功能及相关生物力学的变化? 汤宇,孙天胜 133 ? 综述? 解放军北京军区总医院骨科,北京市lo07oo 汤宇?,男,1968年生.湖南省湘潭市人,汉族,1992年解放军第三军 医大学毕业,博士,主治医师,主要从事关节外科方面的研究. 通讯作者:孙天胜,硕士,主任医师.解放军北京军区总医院骨科,北京 市lo07oo 中圈分类号:R496文献标识码:B文章编号:167l一5926(2006)33-0133-03 收稿日期:2006-03-03修回日期:20o6—03—17(06—50—2—8l0/zS?X) Correlationoffemoraloffsetwithfunctionofprosthesisand relevantbiomechanicalchangesaftertotalhipreplacement TangYuSunTian—sheng DepartmentofOrthopedics.GeneralHospitalofBeringMilitaryArea CommandofChinesePLA.Beijinglo0700.China TangYu?,Doctor,Attendingphysician.DepartmentofOrthopedics, GenerMHospitalofBeijingMilitaryAreaCommandofChinesePLA. Beijing100700,China Correspondenceto:SunTian—sheng,Master,Chiefphysician, DepartmentofOrthopedics,GeneralHospitalofBeijingMilitaryArea CommandofChinesePLA.Beijing100700,China Received:2006-03-03Accepted:2006-03—17 Abstract 0BJECTI,,E:Intotalhipreplacementandrevision.underbalanceofsoft tissueisamainreasonoffailureinoperation.whiletherecoveryand restorationoffemaraloffsetisabsolutelyimportanttothebalaliceof tensioninsofttissuesoffemaralarticulation.Therefore.femoraloffsetand softtissuebalanceafterTHRarereviewedinthisarticle. DATASOURCES:Acomputer-basedsearchinPubMedforrdevant articlesfromJanuaryl975toDecember2005wasconductedwiththekey wordsof”offset,arthmplastyorreplacement).softtissuebalance”andthe languagewaslimitedtoEnglish. STUDYSELECT10N:Relatedpaperswereselectedbytheprimarytria1. andquotationsattheendofeachliteraturewerechecked.Clinicaland basicresearchesrelatedtofemoraloffsetorsofttissuebalanceaftertotal hipreplacementwereselected,whereasreviewsandarticlesthatproviding noabstractwereexcluded. DATAEXTRACn0N:Atotalof86relevantarticleswerecollected.and 36literatureswereinaccordalicewiththeinclusivecriteria.Fiftyexcluded articleswereoldincontentsorrepetitive.Of36literatures.10werein relationtothebiomechanicalprinciplesofsofttissuebalanceintotalhip replacement.16relatedtotheeffectsofoffsetonslightmovementand wornoutofprosthesis.12referredtotheregulationmethodofoffset,22 relatedtothenoticesinrestorationoffemoraloffsetandl6referredtothe effectandrequirementoffemoraloffsetondesignofprosthesis.Sixteen enrolledliteraturesinthisarticlewereinaccordancewiththeinclusive cntena. DATASYNTHEsIS:Intotalhipreplacementandrevision.underbal8dtlce ofsofttissueplaysanimportantroleinfailureofoperation.Duetothe dissectingcharacteristicsoffemoralarticulation,acertaintensionin abductorisnecessarytothestabilityoffemoralarticulationwhenstanding orwalking,Whilefemaraloffsetdirectlyinfluencesthechangesoftension inabductor,Insumcientoffsetmightinfluencethestabilityofprosthesis andincreaseitspostoperativewornout;Enlargedoffsetreducesthe pressureofacetabularboneandfinallyreducesthewornoutof polyethyleneinacetabularbonebecauseofincreasedforoearmof abductor;,Whileoverlargeoffsetwouldresultinsomecomplicationssuch asunevenstressconduction,increaseofsliShtmovement.cinchand osteolysis,Thus.astototalhipreplacementorrevision.greatattention shouldbefocusedontherestorationofoffset. C0NCLUS10N:Intotalhipreplacement.delicaterestorationofthe lengthoffemaraloffsetcallreinforcethetensionofabductor,enhancethe stability.widenthemotorrangeofprosthesis,decreasethewonloutof polyethyleneandsterilecinchaswellasprolongthelifespanof prosthesis. TangSun”15.Correlalionoffemoraloffsetwithfunclionofprosthesisand relevantbiomechanicalchangesaftertotalhipreplacementZhongguoLinchuang Kant~u2006;TO~33):133-5(ChJna) 汤宇,孙天胜股骨偏心距与全髋关节置换术后假体功能及相关生物 力学的变化 Ul_中国临床康复.2006,10(33):133-51www.zglckfcoml 摘要 目的:在全髋关节置换及翻修术中,软组织平衡不足是导致手术失败 的 主要原因,而股骨偏心距的恢复和重建对髋关节软组织张力的平衡 非 常重要,为此就髋关节置换术后股骨偏心距或软组织平衡的相关研究 做以综述. 资料来源:应用计算机检索PubMed1975一Ol/2oo5一l2期间的相关文 章,检索词”offset.arthroplasty(orreplacement),softtissuebalance”.并限 定文章语言种类为English. 资料选择:对资料进行初审,并查看每篇文献后的引文.选择髋关节置 换术后与股骨偏心距或软组织平衡研究有关的临床及基础研究类文 章.排除综述类文章及未提供摘要类文章. 资料提炼:共收集到86篇相关文献,36篇文献符合纳入,排除的 5O篇文献为内容陈旧或重复.36篇文献中,lO篇涉及全髋关节置换术 中软组织平衡的生物力学原理,l6篇涉及偏心距对假体微动及磨损的 影响,l2篇涉及偏心距调整的方法.22篇涉及重建股骨偏心距的注意 事项,l6篇涉及股骨偏心距对假体设计的影响和要求.本文选用符合纳 入标准的l6篇文献. 资料综合:在全髋关节置换及翻修术中,软组织平衡不足也是导致手术 失败的原因之一.由于髋关节本身的解剖特点,外展肌必须维持一定张 力才能保持髋关节在站立及步态过程中的稳定.而股骨偏心距直接影 响了外展肌张力的变化.偏心距不足可能影响假体稳定性.增加术后假 体磨损;增加的偏心距由于加大了外展肌力臂.而减小了髋臼压力,最 终减少了髋臼聚乙烯磨损;但是过大的偏心距使应力传导不均,微动增 加,导致松动,骨溶解增加等并发症.因此对全髋关节置换或翻修术应 充分重视偏心距的恢复. 结论:在全髋关节置换术中精确恢复股骨偏心距的长度,可以增加外展 肌张力.提高稳定性,加大假体活动范围,减少聚乙烯磨损和无菌性松 动.从而提高假体的使用年限. 主词:关节成形术.置换.髋;股骨;髋假体;生物力学;综述文献 O引言 在全髋关节置换及翻修术中,软组织平衡不足也 是导致手术失败的原因.Charnley[艮早就强调全髋置 换术后软组织张力的重要性,但直到近l5年,包括在 假体设计及手术过程中才逐渐引起骨科医师的重视. Dennis等[21通过体内实验证实髋关节周围软组织结构 对于稳定股骨头在髋臼中的位置有主要作用.l0具正 常髋关节,5具非限制性全髋置换,5具限制性全髋置 换,图像测量显示正常髋关节及限制性假体股骨头与 髋臼之间无分离,而非限制性假体存在3.3mm的间 隙.认为髋关节周围软组织对头,臼施加应力,阻止了 股骨头在髋臼内的半脱位,因此在全髋关节置换术中 应保护这些结构.而股骨偏心距的恢复和重建,在髋关 节软组织张力的平衡中有非常重要的作用.作者应用 134 ISSN1671—5926CN21—1470/R ?nzcoIrtlkf2M85083@sinacom汤宇,等股骨偏心距与全髋关节置换 术后假体功能及相关生物力学的变化 计算机检索PubMed1975—01/2005一l2期间相关髋关 节置换术后股骨偏心距或软组织平衡的文章,经归纳 ,拟对最近几年其研究进展作一综述. 1股骨偏心距的定义及生物力学原理 一 般有两个类似概念:股骨偏心距指股骨头中心 到股骨中心纵轴的垂直距离;外展肌偏心距指股骨头 中心到大粗隆外缘的垂直距离.两者生物力学意义是 一 致的.重力及外展肌张力之间的相互作用,使髋关 节作为负重的力学支点,维持着体重和外展肌之间的 平衡,在步态周期中维持骨盆的水平.大转子到髋臼 中心的距离要明显小于重力线到髋臼中心的距离.因 此外展肌要有更大的力量,才能抵消力臂上的不足. 如果增加了股骨偏心距,也就增加了外展肌的力臂, 使外展肌在维持步态平衡中需产生的力减小,从而减 小了髋臼压力,最终减少了髋臼聚乙烯磨损.此外股 骨干的偏外可以减少其与骨盆的撞击,同时增加髋臼 周围软组织的张力[1,3,41.Charles等阿研究明(50例全 髋置换术后),平均偏心距为43.9mm(27ram-57mm), 平均颈干角124.7.(105.7.-154.5.),当颈干有内翻时, 偏心距增加,当颈干外翻时,偏心距减小.置换术后偏 心距的大小取决于股骨假体颈的长度以及颈干角的 大小.如果偏心距减小,也就减小了外展肌杠杆的力 臂,使髋关节受力增加.从而增加了磨损和无菌性松 动的几率.外展肌张力减弱也使髋关节稳定性受影 响,Woof61研究认为,当大转子不愈合时(外展肌力量不 能恢复),假体脱位的几率要增加6倍.Davey等采用 尸体骨研究,偏心距从33mm-53mm,给单侧肢体施 加600N力,记录外展肌和股骨近端骨水泥外套应力 的传导,当偏心距增加10mm,外展肌受力减少lO%, 同时传递到髋臼的应力也减少lO%.Dearmin等[81将l2 只成年狗随机分成2组,行右侧生物型全髋关节置 换,偏心距分为正常(17mm),增大(22mm),l4周后 处死,进行生物力学,放射影像学,组织形态学检测. 结果偏心距增加后可以减小髋外展肌力量以及髋关 节相应受力,偏心距增加并不影响骨长入.这些生物 力学研究结果支持使用生物型的偏心距加大的假体. 2偏心距恢复不当对手术效果的影响 已有大量文献证实重建股骨偏心距.恢复外展肌 功能的重要性;当偏心距过小时,髋部由于需外展肌 充分收缩以弥补力臂上的不足.因此,易疲劳,跛行, 需辅助行走;长期则增加髋关节应力,加剧磨损退变; 但是弯曲力臂的加大也使股骨假体微动增加,从而影 响骨长入和假体寿命,不管是骨水泥或生物型固定, 都可导致早期失败. 2.1偏心距过小MorreyI91对患者情况,假体设计,手术 方式,术后康复做多因素分析,发现偏心距不当是假 体术后脱位的确证影响因素之一,减少偏心距会增加 脱位的危险. Dorr等[对72例THA后脱位的相关因素进行 分析,发现外展肌力量不足和髋关节撞击症是引起 脱位的重要原因.因此偏心距不足可能影响假体稳 定性. Sakalkale等『ll1比较l7例偏心距不同的双侧全髋置 换术5年后聚乙烯磨损情况.术前测量股骨偏心距平 均为38.8mm,术后标准型假体偏心距平均31.2mm, 加长型假体偏心距平均39.7mm,结果标准型比加长型 磨损明显.标准偏心距假体内衬磨损平均O.21mm/年, 偏心距加大(与生理情况接近)的假体内衬磨损平均 0.10mm/年;磨损量分另?J为1045row?/年和53.9m年. 此研究说明与正常偏心距较接近的加长型假体引起的 聚乙烯磨损较少,因此偏心距的恢复至少要达到正常 解剖时的水平. Devane等【l于艮道两种不同偏心距假体引起的聚乙 烯磨损量存在明显差别.一组术后假体偏心距平均 34.9mm,健侧平均33.9mm,平均差值为lmm,三维 技术测量其磨损量为41.9mm/年?,统计学分析偏心距 和磨损量没有相关性;另一组术后假体偏心距平均 39.1mm,健侧平均46.7mm,平均差值为7.6mm,三 维技术测量其磨损量为150mm/年,统计学分析偏心 距和磨损量显着相关.提示偏心距恢复到解剖时的水 平能获得理想的关节内应力,减少聚乙烯磨损,偏心距 恢复不足能显着增加聚乙烯磨损. 2-2偏心距过大Davey等171同样进行了尸体的实验观 察,用5具骨水泥假体和5具生物固定假体,给股骨轴 向应力600N,在爬梯模型中测量假体轴向及横向的微 动.随偏心距超出正常,假体横向的微动距离明显增加. Barrack等【”1长期随访结果表明,加长偏心距假体 中I区的假体一水泥界面存在着解离,近端股骨后侧 还容易出现骨水泥鞘的断裂. Cannestra等『l41分析Iowa杂合型假体4—9年随访 结果,偏心距增加后在安装时易置于内翻位,引起大转 子远端的骨水泥鞘厚度不均,容易出现假体一骨水泥 界面的早期解离,假体松动和骨溶解. Kleemann等【?51对肌肉一骨骼模型做有限元分析, 发现加长偏心距假体由于增加了弯矩和扭矩,从而增 加股骨近端皮质5%的应变,增加骨水泥鞘9%的应 力.以上研究表明过大的偏心距使应力传导不均,微动 增加,导致松动,骨溶解增加.当假体颈干角变小,偏心 距增加后,同时也增加了假体的弯曲力臂,使假体折断 增加. 3常见增加偏心距的方法 3.1增加颈长也就增加了髋外展肌的静息长度,同 ISSN1671-5926CN21—1470/Rt口中国临床康复2006年9月10日第 1O卷第33期 时增加了其收缩力臂,使外展肌效率增加.但是同时 增加了下肢长度. 3.2减小颈干角降低了头高以及肢体长度,直接加 大外展肌力臂和张力,提高收缩效率.但是增加了股 骨假体的旋转力矩,使假体在股骨中的旋转加大,尤 其在髋关节屈伸活动中. 3.3通过内置头,同时增加颈长,调整颈长和颈干角关系可 以增加外展肌张力但不影响肢体长度.此为双极或高 偏心距假体设计的原理. 3.4大转子截骨偏心距从力学原理上应定义为从股 骨头中心到外展肌附着处的距离,或到外展肌收缩方 向的距离,此定义又称为外展肌偏心距,区别于股骨 偏心距.大转子截骨后向远,向外重新附着,从而增加 了生物力学的优势,使外展肌力量增强,减小了通过 髋关节的应力,减少了磨损和松动. 3.5髋臼假体的设计通过调整髋臼内衬关节面的对 应位置,使关节面向下,向外位移,达到股骨头中心点 外置的目的.虽然增加了外展肌张力,同时也增加了 身体重力的力臂,后者影响更明显.所以只有在术者 已经使用了偏心距增加的股骨假体,而额外需要继续 增加外展肌张力的情况下,才使用外置内衬的髋臼假 体,从而增加髋臼稳定性. 4重建股骨偏心距的注意事项 Bourne等【】艮道全髋关节置换术偏心距得到理想 恢复的只有40%.术前模版测量在全髋关节置换术中 的重要性已不用重复.对于髋关节单侧病变,以正常髋 关节为参考;老年患者,有外展肌肌力减弱,适当增加 偏心距.术前需要照骨盆正位,髋关节为中心的正侧位 (下肢内旋约20.,显示真实的颈干角);对于有畸形,手 术史,骨折等,必要时下肢全长的站立位X像;如果有 髋臼的骨折脱位,需行Judet位或CT检查.评价骨量, 假体大小,股骨柄长度,肢体长度股骨截骨合适的平 面,髋臼假体位置等.总体上要确定髋关节新的旋转中 心,股骨偏心距大小,恢复下肢等长.术中安装试模后 牵引下肢,感觉髋关节周围软组织张力;反弹试验(髋 关节伸直,屈膝90.,如果伸膝肌力牵张过高,松手后膝 关节有自动伸直的趋势)可以帮助确定软组织的张力. 下肢长度对比:触摸对侧膝,踝,足跟等处,感觉是否对 称.假体稳定性测量:伸髋,最大限度外旋;髋膝屈曲 90.,最大内旋等各种位置检测试模的稳定程度. 5股骨偏心距对假体设计的影响和要求 对股骨近端解剖特点的研究【61表明,如果一种假 体系统只有唯一的颈干角,有超过67%的患者将得不 135 到髋关节生物力学中心和股骨偏心距的精确重建.有 8种不同颈干角的假体型号,也只有50%的患者可以 得到精确的解剖重建.因此必须要有更多的不同设计 特点的假体型号,来满足髋关节平衡重建的要求.临床 医师在假体选择及手术技巧方面应充分兼顾到假体设 计理念,形状,大小型号等因素.尽量恢复股骨偏心距 的适当范围,可以增加外展肌张力,提高稳定性,加大 假体活动范围,减少聚乙烯磨损和无菌性松动,从而提 高假体的使用年限. 6参考文献 1CharnleyJ.Long-termresultsoflow-frictionarthroplasty.n/p1982(3);42-9 2DennisDA.KomistekRD.NorthcutEJ,eto1.”Invivo”determinationofhip jointseparationandtheforcesgeneratedduetoimpactloadingconditions., Biomech2001;34(5):623-9 3RadinEL.Biomechanicsofthehumanhip.ClinOrthop1980;152(8):28-34 4JohnstonRC,BrandRA,CrowninshieldRD.Reconstructionofthehip.A mathematicalapproachtodetermineoptimumgeometricrelationships.,Bone JointSurgA,i1979;61(10):639—52 5CharlesMN.BourneRB.DaveyJR,et吐Soft-tissuebalancingofthehip:the roleoffemoraloffsetrestoration.1nstrCourseLect2005;54(7):131-41 6WooRY,MoneyBF.Dislocationaftertotalhiparthroplasty.JBoneJointSwg Am1982;64(8):1295—306 7DaveyJ.OConnorD.BurkeDW.Femoralcomponentoffset:itseffecton straininbone—cement.』Arthroplasty1993;8(1):23—6 8DearminMG,SchulzKS.Theeffectofstemlengthonfemoralcomponent positioningincaninetotalhiparthroplasty.VetSurg2004;33(3):272—8 9MorreyBF.Difficultcomplicationsafterhipreplacement.ClinOrthop1997; 344(12):179—87 10DorrLD,WanZ.Causesofandtreatmentprotocolforinstabilityoftotalhip replacement.ClinOrthopRelatRes1998;355(6):144—51 11SakalkaleDP.SharkeyPF,EngK,etaf.Effectoffemoralcomponentoffseton polyethylenewearintotalhiparthroplasty.ClinOrthopRelatRes2001;388 (1):125—34 12DevanePA,HomeJG.Assessmentofpolyethylenewearintotalhip replacement.ClinOrthop1999;369(2):59—72 13BarrackRL.BurakC,SkinnerHB.ConcernsaboutceramiceinTHA.Clin OrthopRelatRes2004;429(4):73—9 14CannestraVie.BergerRA.QuigleyLR,etHybridtotalhiparthroplastywith aprecoatedoffsetstem.Fourtonine—yearresults.』BoneJointSurgAm2000; 82(9):1291-9 15KleemannRU.HellerMO,StoeckleU,etaf.THAloadingarisingfrom increasedfemoralanterversionandoffsetmayleadtocriticalcementstresses. 』OnhopRes2003;21(5):767—74 16BourneRB,RorabeckCH.Softtissuebalancing:thehip.,Arthroplasty200 2; 22. 17(4suppl1):17— “““““.”“““„„“““, +t {《中国gt织工程研究与临床康复》杂志社为从事{i l生物材料研究的在校博士,硕士研究生设立; :上:2007年度奖学金的预通知; ; +十;{ l?t t为进一步推进中国组织工程研究中生物材料研究的深入t + l发展,鼓励广大青年学者勤奋学习,提高素质,鼓励本学科优;; ft秀青年人才的脱颖而出 ,本刊将为2007年度在本刊发稿的从j +十 ;事组织工程生物材料研究的在校博士,硕士研究生设立奖学{ :工I金. 详见!: +++++++.,+++++++..++++.++..+..+.,