顧建明 馮嘯 杜輝 邵宏翊 周一新

（北京積水潭醫(yī)院矯形骨科，北京 100035）

隨著行全髖關節(jié)置換術患者數(shù)量的增加和假體在位時間的延長，全髖關節(jié)翻修患者也逐年增多[1]。在使用金屬對聚乙烯（metal-on-polyethylene,MOP）摩擦界面假體患者的翻修術中有時會遇到大范圍的軟組織出血壞死病灶，甚至嚴重的骨溶解或坐骨神經(jīng)損傷。這種大面積破壞的病變與常見的聚乙烯顆粒相關的骨溶解明顯不同，病理上表現(xiàn)為機體對金屬離子的局部組織不良反應（adverse local tissue reactions,ALTRs），多見于金對金（metal-onmetal,MOM）假體相關的翻修術中[2]。既往研究發(fā)現(xiàn)這種ALTRs 主要與鈷離子相關，會導致疼痛、髖關節(jié)不穩(wěn)定和感染風險增高，也會使髖關節(jié)翻修手術更為復雜，增加術后并發(fā)癥風險[3-5]。過往對鈷離子濃度升高的認識主要集中在MOM 假體失敗病例中[6,7]，使用MOP摩擦界面鈷離子濃度升高的病例也見諸報道[8-10]。Berstock 等[11]報道頭頸連接處失敗相關翻修占髖翻修總數(shù)的2%。雖然單純的鈷離子濃度升高尚不能作為髖關節(jié)翻修的適應證[12]，但是了解金屬離子釋放來源和離子濃度異常的發(fā)生率對外科醫(yī)師理解人工髖關節(jié)置換術的失敗模式、掌握翻修適應證、手術決策以及假體選擇很有意義。本研究擬對髖關節(jié)翻修患者術前血清鈷離子濃度異常升高進行分析，并對鈷離子釋放來源進行探討。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標準

納入標準：①行單側髖關節(jié)翻修術；②翻修假體材料含鈷鉻鉬；③臨床資料及取出物完整；④術前完成血清鈷離子濃度檢測。排除標準：①翻修假體材料不含鈷鉻鉬；②未完成或患者術前拒絕檢測血清鈷離子濃度。

本研究經(jīng)北京積水潭醫(yī)院倫理委員會審批，且所有患者均簽署知情同意書。

1.2 研究對象

2016年1月至2018年12月北京積水潭醫(yī)院行髖關節(jié)翻修術共401 例患者，依據(jù)上述納入與排除標準選擇137 例患者進行回顧性分析。其中男67 例，女70 例?；颊吣挲g25～86 歲，平均年齡（61.7±11.5）歲，BMI 15.6～33.4 kg/m2，平均（24.0±3.5）kg/m2，左髖70 例，右髖67 例，翻修時假體在位時間1～396個月，平均（133.3±80.0）個月。

1.3 血液檢測

患者術前空腹狀態(tài)下抽血，分離出血清后將樣本放入冰箱冷凍保存，送檢至北京大學醫(yī)學部毒理學系，測定血清鈷離子濃度。應用動態(tài)反應池（dynamic reaction cell,DRC）的電感耦合等離子體質譜（inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS）技術[13]檢測，使用儀器為美國Elan DRCⅡICP-MS 儀器。參考范圍美國Mayo Medical Laboratories 提供的標準，血清鈷離子濃度以＜0.9 μg/L為正常范圍[14]。

1.4 手術方法

采用髖關節(jié)后外側改良Gibson 入路，逐層切開皮膚、皮下、深筋膜。順肌纖維方向鈍性分離臀大肌。沿大轉子后緣經(jīng)外旋肌群顯露關節(jié)囊，清理瘢痕。留取樣本送檢，測定白細胞計數(shù)、分類，同時進行細菌培養(yǎng)。切開關節(jié)囊，觀察關節(jié)液性狀以及關節(jié)周圍組織質地，有無黑染壞死病灶。脫位髖關節(jié)，顯露髖臼以及股骨，評估髖臼和股骨假體穩(wěn)定性，結合術前計劃進行翻修手術。而后復位關節(jié)，檢查屈伸、收展及旋轉活動滿意，關節(jié)穩(wěn)定。沖洗傷口，清點器械敷料無誤，留置引流后逐層縫合傷口，無菌敷料包扎。術后觀察取出假體有無股骨柄錐處黑色碎屑沉積、假體金屬表面摩擦拋光等情況。股骨頭和股骨柄錐度扣鎖處損傷情況按Goldberg評分[15]進行評估。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析。計量資料經(jīng)統(tǒng)計學分析符合正態(tài)分布，以表示；符合偏態(tài)分布，以M（QR）表示。符合正態(tài)分布的資料采用t檢驗進行比較；符合偏態(tài)分布的資料采用Mann-WhitneyU檢驗或Wilcoxon 秩和檢驗比較；率的比較采用χ2檢驗或Fisher 確切概率法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般臨床資料

本組137 例患者術前血清鈷離子濃度為0.6（0.5，1.0）μg/L。其中99例濃度正常（血清鈷離子濃度正常組），為0.5（0.5，0.7）μg/L；38 例（27.7%）濃度升高（血清鈷離子濃度升高組），為1.8（1.1，4.3）μg/L。血清鈷離子濃度升高組與正常組患者體質量、BMI、假體在位時間差異均無統(tǒng)計學意義。見表1。

表1 兩組患者一般臨床資料比較

2.2 取出假體資料

鈷鉻鉬材料分別用在MOM假體、股骨頭以及股骨柄中。在取出假體中，摩擦界面為MOP 110 例，MOM 6 例，陶瓷對聚乙 烯（ceramic-onpolyethylene,COP）3 例，人工股骨雙動頭置換術后18例（均使用鈷鉻鉬金屬頭配合聚乙烯內(nèi)襯和鈷鉻鉬外杯）。髖臼側含有鈷鉻鉬材料（MOM 假體）6例，其余患者假體為鈦合金外杯、水泥固定聚乙烯假體或無假體（人工股骨頭置換患者）。股骨側鈷鉻鉬柄45例，其中3例使用陶瓷頭，42例使用金屬頭。這45 例患者中股骨假體松動27 例，未松動18例。其余92例為鈦合金股骨柄假體，配鈷鉻鉬金屬球頭。所以取出假體使用鈷鉻鉬金屬頭134 例，陶瓷頭3 例。MOM 界面股骨頭直徑均大于40 mm，其余取出股骨頭大小均為28 mm或以下。

按照被翻修假體的摩擦界面分類，其中6 例MOM 患者中5 例（83.3%）血清鈷離子濃度升高，占比最高；3例COP患者均使用鈷鉻鉬柄，其中1例股骨柄松動，血清鈷離子濃度升高；110 例MOP 患者中30 例（27.3%）血清鈷離子濃度升高；18 例人工股骨頭置換患者中2例（11.1%）血清鈷離子濃度升高。具體見表2。

表2 取出假體磨擦界面術前血清鈷離子濃度升高情況

2.3 翻修原因分析

137 例行髖關節(jié)翻修術患者翻修的病因：MOM假體失敗6 例、復發(fā)性脫位2 例、感染11 例、無菌性松動101 例、骨溶解（假體無松動）10 例、假體周圍骨折4例，其他原因（如陶瓷碎裂等）3例。

101 例無菌性松動患者中，26 例患者（25.7%）血清鈷離子濃度升高，具體見表3。這101 例患者中，96 例患者為MOP 界面，血清鈷離子濃度為0.6（0.5，0.9）μg/L；其中23 例患者（24.0%）血清鈷離子濃度升高，為1.6（1.0，2.4）μg/L，其余73 例患者為0.5（0.4，0.7）μg/L。對此96 例患者進行鈷離子來源分析，使用鈷鉻鉬柄30例，血清鈷離子濃度為0.7（0.5，0.8）μg/L，6 例患者（20.0%）血清鈷離子濃度升高；使用鈦柄66例，血清鈷離子濃度為0.6（0.5，1.0）μg/L，其中17 例患者（25.8%）血清鈷離子濃度升高，兩者差異無統(tǒng)計學意義[20.0%（6/30）vs25.8%（17/66），χ2=0.375，P=0.540]。30 例使用鈷鉻鉬柄患者中，鈷鉻鉬柄松動20 例，其中5 例患者（25.0%）血清鈷離子濃度升高；鈷鉻鉬柄未松動10 例，其中1 例患者（10.0%）血清鈷離子濃度升高，兩者差異無統(tǒng)計學意義[25.0%（5/20）vs10.0%（1/10），F(xiàn)isher確切概率法，P=0.633]。66 例使用鈦柄患者中，鈦柄松動27 例，其中7 例患者（25.9%）血清鈷離子濃度升高；鈦柄未松動39例，其中10例患者（25.6%）血清鈷離子濃度升高，兩者差異無統(tǒng)計學意義[25.9%（7/27）vs25.6%（10/39），χ2=0.001，P=0.979]。

表3 不同翻修原因患者術前血清鈷離子濃度升高情況

2例骨溶解（假體無松動）患者以及1例復發(fā)性脫位患者術中在柄錐處均發(fā)現(xiàn)黑染碎屑（圖1），提示股骨柄錐處微動和腐蝕。1 例患者使用鈷鉻鉬水泥股骨柄組配陶瓷股骨頭和聚乙烯髖臼假體（圖2），血清鈷離子濃度為1.0 μg/L，水泥柄有明確松動，取出后可以見到柄體在骨水泥殼內(nèi)出現(xiàn)摩擦拋光的部分，提示鈷鉻鉬柄松動后與周圍組織的摩擦也會導致金屬的釋放。對于血清鈷離子濃度升高的患者，因為感染而進行翻修的4 例均使用鈷鉻鉬金屬股骨頭，配合使用聚乙烯。這4例患者中，2例使用鈷鉻鉬股骨柄，其中1 例使用了頸部組配的股骨柄假體，其血清鈷離子濃度為5.0 μg/L，另1例鈷鉻鉬柄患者發(fā)生感染性松動，其血清鈷離子濃度為1.0 μg/L；另外2例為鈦合金股骨柄，均無松動，其血清鈷離子濃度分別為2.4 μg/L和1.2 μg/L。

圖1 患者，女，63歲，左側髖關節(jié)置換術后5年無菌性松動，行翻修術

圖2 患者，男，56歲，左側髖關節(jié)置換術后16年無菌性松動，行翻修術

2.4 血清鈷離子濃度極高患者分析

本組38 例血清鈷離子濃度升高患者中，9 例血清鈷離子濃度大于5 μg/L。4 例為MOM 界面假體，其中1 例患者有雙下肢水腫以及術側下肢感覺運動障礙的坐骨神經(jīng)受損表現(xiàn)，翻修術后下肢水腫顯著改善，神經(jīng)受損少量恢復；1 例患者有全身瘙癢癥狀，翻修術后消失。2 例為金屬頭同金屬外杯摩擦（1 例因為聚乙烯內(nèi)襯磨穿，1 例為髖關節(jié)陳舊脫位），1 例為股骨頸組配式假體，2 例為國產(chǎn)自制關節(jié)（查無型號）。具體見表4。

表4 9例血清鈷離子濃度大于5 μg/L患者分析

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，血清鈷離子濃度＞0.9 μg/L 的患者在本組髖關節(jié)翻修患者中占27.7%（38/137）。鈷離子來源于鈷鉻鉬合金在體內(nèi)的釋放，而鈷鉻鉬合金由于有更高的硬度和耐摩擦性能，目前是股骨頭、股骨水泥柄假體以及人工膝關節(jié)假體的主要材料[16]，其接觸空氣后會在表面發(fā)生氧化，形成保護膜，從而減少金屬的暴露和釋放[17]，但是在植入體內(nèi)后會經(jīng)過物理、化學過程而釋放，導致血清鈷離子濃度升高[18-20]。人工髖關節(jié)假體金屬釋放來源不僅有頭-臼摩擦界面處（MOM假體），股骨頭與股骨柄連接處的錐度腐蝕、組配式假體金屬部件的微動界面處，還包括金屬假體和其他部分的撞擊、松動后在骨水泥袖套或骨質內(nèi)的活動、金屬假體在體液內(nèi)的直接反應等[21-23]。鈷元素在體內(nèi)主要以離子狀態(tài)存在，通過腎臟排泄[19,20]。人群中的正常鈷離子濃度為0.19 μg/L，其95%置信區(qū)間的上限為0.42 μg/L[24]，外周血濃度＞1 μg/L 為工業(yè)上過度暴露的界限，＞5 μg/L即被視為有害[25]。本研究中9例患者血清鈷離子濃度＞5 μg/L，1例患者翻修前有下肢水腫和坐骨神經(jīng)受損表現(xiàn)，術中可見軟組織水腫和坐骨神經(jīng)瘢痕化表現(xiàn)，翻修術后下肢水腫顯著改善，神經(jīng)受損緩慢恢復。另1 例患者翻修前有持續(xù)的全身瘙癢癥狀，翻修術后消失，所以對于這些翻修術前有髖關節(jié)以外異常癥狀的患者要考慮是否有鈷中毒的可能，進行檢測并關注其全身受累的情況。Bradberry 等[26]總結了18例與鈷離子濃度升高相關的全身系統(tǒng)毒性，主要累及心臟、甲狀腺、神經(jīng)和視力系統(tǒng)。主要分為兩類：第一類是8 例初次置換的MOM假體，其中強生公司的ASR假體居多，患者鈷離子濃度為34.5（13.6～6521）μg/L；本研究中納入患者的MOM 假體為有不良歷史記錄的強生公司和Wright 公司的假體，6 例MOM 假體翻修患者中，5例患者血清鈷離子濃度顯著升高，4 例患者＞大于5 μg/L。對于使用鈷鉻鉬材料作為摩擦界面的MOM假體的患者來說，其血清鈷離子濃度的變化與眾多因素相關，包括假體設計、股骨頭直徑、手術中假體安放位置等。De Haan 等[27]報道，功能良好的MOM 假體患者血清鈷離子濃度為2.4 μg/L，而假體位置不良的患者為9.8 μg/L。英美等國家對MOM 假體的使用以及術后隨訪均有相應的指南發(fā)布，國內(nèi)由于引入市場較晚，MOM假體的患者相對較少，雖然還沒有相應的隨訪指南發(fā)布，也應當借鑒各國經(jīng)驗和數(shù)據(jù)進行相應的患者隨訪工作，避免嚴重并發(fā)癥的發(fā)生。第二類是使用金屬頭翻修陶瓷組件碎裂，共10 例，血清鈷離子濃度為506（353～6521）μg/L。本研究尚未出現(xiàn)此類情況，但有2 例患者因為股骨頭和髖臼外杯直接摩擦而導致的血清鈷離子濃度異常升高的情況，這提示需要加強患者隨訪，尤其是術后時間較長的患者，要避免聚乙烯內(nèi)襯的磨穿、斷裂及其并發(fā)癥的發(fā)生。

除了這兩種常見情況以外，Dahlstrand等[28]報道了使用MOP假體患者的鈷離子濃度也會升高，本研究中使用MOP 假體患者110 例，30 例患者（27.3%）血清鈷離子濃度顯著升高，平均為（2.5±1.8）μg/L。分析其中因無菌性松動進行髖關節(jié)翻修術的患者96 例，23 例患者（24.0%）血清鈷離子濃度升高，發(fā)生率較高，平均為（2.1±1.5）μg/L，而這96 例患者血清鈷離子濃度升高情況與股骨柄材質、股骨柄是否松動都沒有關系，推測其主要來源在于股骨頭-股骨柄交界處的微動摩擦和腐蝕。股骨頭和股骨柄錐處的金屬腐蝕問題的基本過程被稱為機械輔助下的的裂縫腐蝕（mechanically assisted crevice corrosion,MACC）[29]，其相關因素眾多，包括不同材質組配、股骨頭直徑、股骨頭和柄錐的設計、機械應力（患者體質量、植入時間、活動量等）等因素。White 等[30]報道60 例使用非水泥鈦合金股骨柄假體的髖關節(jié)置換患者，術后平均5 年隨訪時，30例MOP假體患者中17例患者（56.7%）鈷離子濃度升高，平均為2.0 μg/L。7例鈷離子濃度大于4.0 μg/L 和7 例有癥狀的患者假體周圍MRI 發(fā)現(xiàn)，4 例患者有早期的對金屬不良反應表現(xiàn)。既往研究表明，鈷鉻鉬頭-鈷鉻鉬柄的組配有更多的鈷離子釋放來源，輕度的交界處損傷即可產(chǎn)生較多的鈷元素釋放[20]。但是本研究并未發(fā)現(xiàn)無菌性松動的MOP假體患者中，鈷鉻鉬頭-鈷鉻鉬柄組配與鈷鉻鉬頭-鈦合金柄組配的鈷離子濃度升高比例差異有統(tǒng)計學意義。柄錐處的設計包括角度、長度、直徑、表面處理等因素。Tan 等[31]研究發(fā)現(xiàn)11/13 的柄錐會有更高腐蝕的發(fā)生；Triantafyllopoulos 等[32]發(fā)現(xiàn)PCA 的錐度設計比V40 柄錐更加耐腐蝕，柄錐處剛度更低的假體會有更高的微動腐蝕，其原因涉及材料的彈性模量和橫截面積，錐度角度、股骨頭結合深度等參數(shù)[33,34]。本研究取出假體品牌和設計差異很大，這有待于后期進一步研究分析?？偟脑瓌t還是對于使用大直徑金屬股骨頭配合細長股骨頸的假體要注意是否有金屬過度釋放的問題。Bansal 等[35]系統(tǒng)統(tǒng)計了明確因股骨柄錐處失敗而行翻修的病例46例，均使用鈷鉻鉬股骨頭。其中22例患者進行了鈷離子濃度的檢測，平均濃度為9.36（0.5～33.6）μg/L，僅3 例患者鈷離子濃度＜1 μg/L，其余19 例患者均為鈷離子濃度異常升高。這提示對于使用MOP界面人工關節(jié)的患者，如果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)血清鈷離子濃度升高，需要積極尋找原因并定期隨訪，關注金屬析出情況的進展及其并發(fā)癥情況，必要時行翻修手術治療。本研究的意義在于提示骨科醫(yī)師對于鈷離子相關問題的知曉以及臨床癥狀的警覺。因為本研究發(fā)現(xiàn)有大于1/4 的髖關節(jié)翻修患者都有血清鈷離子濃度的異常升高，應當提起醫(yī)師的注意。

隨著陶瓷頭在國內(nèi)的廣泛使用，大直徑金屬球頭的使用相對減少，鈷離子釋放的問題得到一定程度的解決，陶瓷材料不含有鈷，也不會發(fā)生電解。因此使用陶瓷頭可以顯著降低微動腐蝕的發(fā)生。Kocagoz 等[21]針對100 例非因金屬不良反應翻修的髖關節(jié)取出假體進行研究，其中鈷鉻鉬股骨頭每年金屬析出量為0.1（0～8.8）mm3，柄錐結合處的金屬釋放主要發(fā)生于股骨頭一側，而非柄錐處，陶瓷頭為0（0～0.4）mm3。因此建議在需要使用高偏距假體、患者腎功能受損的時候使用陶瓷頭來降低股骨頭-柄錐處的磨損和腐蝕。Wight 等[36]研究了柄錐處腐蝕的危險因素，建議要慎重使用高偏距、大直徑股骨頭，對于超重、活動量大的患者也要特別謹慎使用大直徑金屬球頭。在2021 年的專家共識[37]中，高風險的因素也是包括了高活動量、大于40 mm 鈷鉻鉬球頭、高偏距股骨假體等。

本研究有1 例患者使用鈷鉻鉬水泥股骨柄，組配陶瓷股骨頭和聚乙烯髖臼假體，但是假體表面可見金屬和被摩擦后的拋光表現(xiàn)，同時股骨柄錐部位的損傷評分很輕，其血清鈷離子濃度升高主要來源應為鈷鉻鉬柄松動后和周圍組織的摩擦。Brien等[38]的研究中也發(fā)現(xiàn)了松動的鈷鉻鉬股骨假體周圍關節(jié)液中金屬離子濃度（21 μg/L）比固定良好假體（2 μg/L）要顯著升高。松動股骨柄帶來的鈷離子釋放是這是相對少見的情形，血清金屬離子濃度能否用于判斷假體松動值得進一步研究和證實。

本研究的局限性：首先，這是一項回顧性研究，髖關節(jié)翻修病例相對較少，納入的病例不可避免會有選擇偏倚，而且被翻修假體品牌及設計多樣，導致入組患者均一性欠佳，進行取出物分析困難。鈷離子濃度升高相關的假體安放位置、翻修原因等因素仍需要更大樣本量數(shù)據(jù)和進一步深入分析。其次，術中未能采集關節(jié)液檢測鈷離子濃度來反映假體周圍局部情況[39]，鈷離子濃度升高與組織病理損傷情況、患者全身系統(tǒng)毒性反應的評估有待進一步研究。

綜上所述，血清鈷離子濃度升高在髖關節(jié)翻修中相對常見，對MOM摩擦界面、使用組配柄的患者應監(jiān)測血清鈷離子濃度和并發(fā)癥情況。對使用MOP摩擦界面的人工髖關節(jié)患者也應當加強隨訪，避免發(fā)生聚乙烯磨穿和柄錐處相關的鈷離子釋放及其并發(fā)癥。在使用大直徑股骨頭、高偏心距髖關節(jié)手術中慎重選用鈷鉻鉬股骨頭，尤其是合并腎功能不全、超重、活動量大的患者。