髋关节表面置换术是一种保留股骨头、颈骨量的治疗髋关节疾病的术式,发展至今已有50年的历史。第一代表面置换假体采用骨水泥固定技术和金属对聚乙烯的关节表面组合。由于松动率比较高,随后的第二代表面置换假体便采用了非骨水泥固定,或在髋臼侧使用非骨水泥固定的混合型固定技术,同时还发展了陶瓷对聚乙烯的关节表面组合。髋关节表面置换的优点非常明显:①最大限度地保留髋关节的骨量;②较少发生肢体不等长情况;③术后稳定性高,极少脱位;④翻修手术难度降低;⑤表面置换并不会破坏股骨头、颈的血运。但是在过去的30年中,表面置换非但没有得到普遍应用,反而逐渐消亡,究其原因可总结为以下几点:①股骨颈骨折引起的早期假体失败;②股骨头比较大,产生的聚乙烯磨损颗粒比常规全髋假体的多,这些颗粒诱导溶骨反应,引起假体早期松动;③在早期使用骨水泥髋臼假体的病人中出现广泛的骨缺损。根据前两代表面置换的经验和教训,认识到股骨的固定是手术成功的关键。由于固定的面积小,股骨头要是太小就容易造成股骨假体松动,而采用较大的股骨头配较大的股骨假体,就能延长假体的生存率;应用非骨水泥技术使髋臼假体的松动率显著降低,其中以珍珠面微孔表面的假体固定最为可靠;由于髋关节病变造成股骨头局部血运改变,在行髋表面置换时并不会造成股骨头缺血坏死。新一代Conserve plus表面置换假体的设计在5个方面做了改进:①减少磨损颗粒及由其诱导的溶骨反应;②尽量保留股骨和髋臼侧的骨量;③改进工具,使之能适应不经大粗隆的入路;④改进股骨截骨精度,避免损伤股骨颈;⑤改进假体固定方法。改进后的假体的特点:①金属对金属关节表面,磨损颗粒明显减少,比传统金属对聚乙烯关节少80%,而且股骨头越大磨损越少。磨损主要发生在股骨假体的一侧,髋臼侧的磨损少而均匀,因此在股骨松动时可仅翻修股骨一侧。②髋臼假体厚度仅为3～5mm,可最大限度保留髋关节骨量。③髋臼假体不是半圆(180°),而是略小于半圆(170°),可减少髋关节活动时撞击,增加关节活动度。④混合型固定,髋臼侧采用珍珠面微孔表面压配固定,股骨侧采用骨水泥固定,股骨假体柄可根据情况采用压配或骨水泥固定。股骨假体的设计允许假体植入时多余骨水泥顺利排出。⑤改进器械使假体植入更为方便。⑥新设计的截骨导针瞄准器允许微调导针位置,保证正确截骨,防止股骨颈损伤。新一代髋表面置换术,由于以上技术的改进和假体的特点,在临床上作为髋关节病变的另一种可供选择的手术治疗方案逐渐得到了广泛的运用。新鲜尸体标本是最理想的生物力学试验材料,它的各项生物力学指标近似于活体,新鲜冰冻尸体标本也是较好的生物力学试验材料,但二者均有缺点,一是获得困难,二是不易保存,在常温下很快发生变质,冰冻的标本解冻后需很快用完,不宜再进行冷冻,多次冷冻也影响生物学特性,三是新鲜标本未经消毒处理,可能会传染某些疾病。另外,由于人股骨标本结构的特异性,不能用动物的股骨标本进行替代。国内已有学者用防腐的股骨标本进行生物力学测试,但是未能比较新鲜跟防腐股骨标本的相同和差异。与髋关节表面置换术相关的术后并发症已经引起人们的注意,包括股骨颈骨折、股骨头无菌性坏死、血中金属离子水平升高和长期的固定问题等。其中,术后股骨颈骨折已经成为当前研究的热点问题之一。表面置换术后由于保留了股骨颈使患者术后必然面临股骨颈骨折的危险,且随着年龄的增长,危险性增加。第一部分新鲜与防腐股骨近段标本生物力学差异性的试验研究背景:由于新鲜标本的缺乏,防腐标本用于实验研究增多。另外由于人股骨标本结构的特异性,不能用动物的股骨标本进行替代。目的:比较新鲜与防腐标本的载荷-应变关系、股骨头的载荷-位移关系和股骨头的轴向刚度,探讨新鲜与防腐股骨标本之间的生物力学特性的差异,为骨科实验研究的标本选择提供科学依据。方法:随机选择地区、种族、性别相同的青壮年新鲜和福尔马林浸泡1年内的防腐股骨标本各6个,X线摄片排除骨折、肿瘤、结核及先天畸形,建立静止单腿站立位股骨头受力模型,MTS生物力学测试机测试800N载荷下的股骨近段的载荷-应变关系、垂直位移和刚度。统计学分析:将垂直位移、轴向刚度等相关物理量的新鲜跟防腐标本的测量值用均数±标准差((?)±s)表示,进行独立样本t检验和方差分析,并绘制统计图,全部数据采用SPSS 13.0软件进行统计学处理。显著性水平(α)设在0.05水平。结果:新鲜和防腐标本在正常生理载荷下的载荷-应变关系都基本呈线性变化;新鲜标本与防腐标本在正常生理载荷条件的载荷-垂直位移关系都基本呈线性变化,但在相同的载荷条件下,防腐标本的位移显著大于新鲜标本的位移,统计学显示有显著性差异(t=-11.96,-12.04,-11.21,-11.01,P=0.000,0.000,0.000,0.000,0.000)。载荷800N时,新鲜标本的轴向刚度EF为(565.01±14.49)N/mm,防腐标本的为(410.23±21.91)N/mm,经统计学分析EF存在显著性差异(t=14.43,P＜0.001)。结论:防腐股骨标本虽然在生物力学性能上都跟新鲜股骨标本有着明显的差异,但是防腐标本的载荷-应变关系及载荷-垂直位移关系,均跟新鲜标本有一共同特点,两种标本的载荷-应变关系及载荷-垂直位移关系都基本呈线性变化,防腐股骨标本能反应在不同载荷条件下生物力学性能的变化,能有效维持近段股骨的正常力学传递,在新鲜股骨标本日益缺乏的情况下,由于人股骨标本结构的特异性,不像椎体标本可以用动物的标本进行代替,因此,认为在一定程度上可以考虑用防腐标本替代新鲜标本进行股骨生物力学试验研究。第二部分不同股骨假体位置髋关节表面置换术后的生物力学试验研究第一章不同股骨假体位置髋关节表面置换术前后股骨近段生物力学的试验研究目的:在尸体标本上,建立不同股骨侧假体位置的髋关节表面置换模型,以研究表面置换前和不同假体位置表面置换术后股骨近端生物力学指标的改变及差异,为髋关节表面置换术中假体位置的放置和手术技术的提高提供理论依据。方法:随机选择地区、种族、性别相同的青壮年福尔马林浸泡1年内的防腐股骨标本24个,X线摄片排除骨折、肿瘤、结核及先天畸形,随机分为3组,即中立位组、内偏组、外偏组,建立静止单腿站立位股骨头受力模型,MTS生物力学测试机测试800N载荷下标本在髋关节表面置换前后股骨近段的载荷-应变关系、垂直位移和刚度。统计学分析:将垂直位移、轴向刚度等相关物理量的不同实验组的测量值用均数±标准差((?)±s)表示,进行方差分析,并绘制统计图,全部数据采用SPSS 13.0软件进行统计学处理。显著性水平(α)设在0.05水平。结果:不同的实验组,在正常生理载荷下的载荷-应变关系都基本呈线性变化;而中立位组的载荷-应变关系跟置换术前的载荷-应变关系更接近平行。表面置换术前和不同实验组表面置换术后的股骨标本在正常生理载荷条件的载荷-垂直位移关系都基本呈线性变化,在相同的载荷条件下,表面置换术前的位移显著大于不同实验组表面置换术后的位移,存在显著性差异(F=895.25,806.48,565.15,635.50,P=0.000,0.000,0.000,0.000);而在表面置换术后,中立位组的股骨标本的位移显著大于内偏组和外偏组的股骨标本的位移,有显著性差异(P＜0.001)。载荷为800N时,表面置换前的股骨标本的轴向刚度和不同实验组的的股骨标本的轴向刚度都存在显著性差异(F=374.36,P=0.000)。而不同实验组的股骨假体标本之间的轴向刚度间也存在显著性差异(P＜0.05)。结论:中立位组的表面置换术后的股骨颈及近段股骨的应力传递较内偏组及外偏组更接近生理状态,未发现股骨颈及股骨近段的应力遮挡,因此我们认为中立位组的表面置换较内偏位及外偏位的假体位置更优,在表面置换术中应尽量避免股骨侧假体的内外侧移位。第二章不同股骨假体位置髋关节表面置换术后股骨颈骨折的生物力学试验研究目的:在尸体标本上,建立不同股骨侧假体位置的髋关节表面置换模型,以研究不同假体位置表面置换后股骨近端垂直位移和刚度的改变及差异,及股骨颈骨折时的最大载荷的差异,为髋关节表面置换术中假体位置的放置和手术技术的提高提供理论依据,从而减低术后股骨颈骨折的发生率。方法:随机选择地区、种族、性别相同的青壮年福尔马林浸泡1年内的防腐股骨标本24个,X线摄片排除骨折、肿瘤、结核及先天畸形,随机分为3组,即中立位组、内偏组、外偏组,建立静止单腿站立位股骨头受力模型,MTS生物力学测试机测试800N载荷下标本在髋关节表面置换前后股骨近段的垂直位移和刚度,并测试造成股骨颈骨折的最大载荷。统计学分析:将垂直位移、轴向刚度、最大载荷等相关物理量的不同实验组的测量值用均数±标准差((?)±s)表示,进行方差分析,并绘制统计图,全部数据采用SPSS 13.0软件进行统计学处理。显著性水平(α)设在0.05水平。结果:在载荷为800N时,不同实验组的表面置换术前后的股骨头的最大垂直位移、刚度等指标的测试结果,经统计学处理均有显著性差异(F=635.504,374.36,P=0.000,0.000)。而股骨颈骨折时的最大载荷各组之间无统计学差异(F=0.058,P=0.944),各实验组的股骨颈骨折的最大载荷均达到6500N左右,约为正常成人体重(75Kg)的9倍。结论:表面置换术后,股骨侧假体的不同位置不是股骨颈骨折的主要原因,可能与术后股骨颈及股骨近端的骨的重建或与术中股骨头颈血供的破坏引起术后缺血性坏死有关。股骨颈骨折的骨折线基本都是从外上方到内下方,在股骨颈周围可能存在应力集中。中立位组的表面置换术后的股骨颈及近段股骨的应力传递较内偏组及外偏组更接近生理状态,因此在表面置换术中应尽量避免股骨侧假体的内外侧移位。