肿瘤型人工关节的发展

近年来，我国肿瘤型人工假体的应用逐年增多。较其它重建方法相比，人工假体重建具有能够早期负重行走以及有着更为满意的术后功能等优势，但如感染、松动、折断等并发症的发生率仍然较高。其中感染是最难处理的并发症，近年来假体的发展并没有使感染率有所下降。无菌性松动的主要原因是存在应力遮挡或应力集中，通过假体设计的改进可以降低其发生率，如近年出现的一种新型“加压式”肿瘤型人工假体通过避免应力遮挡而取得了满意的短期随访结果。可延长假体逐渐成为儿童保肢治疗的首选，特别是近年来出现的无创可延长假体。目前每年仍有相当数量的肿瘤型人工假体需进行翻修手术。假体的固定方式（水泥固定或生物固定）仍是该领域的热门话题。近年文献报道的水泥固定和生物固定的无菌性松动率都很低，哪种方法更具优势，目前尚无定论。虽然人工假体重建较其它重建方法在某些方面有着明显的优势，但在选择重建方式时还应考虑到自（异）体骨重建 (autograft/allograft）、自（异）体骨－金属假体复合假体(allo/autograft prosthesis composite, APC) 重建或旋转成型术等其它重建方法可以选择，只有根据具体的病例选择恰当的重建方式才能取得最好的治疗效果。北京大学人民医院骨肿瘤科姬涛

一、肿瘤型人工关节的发展历史

20世纪70年代早期，随着美国Memorial Sloan - Kettering癌症中心进以阿霉素和大剂量甲氨喋呤为主的骨肉瘤化疗方案的出现，Ralph Marcove，Kenneth Francis和Hugh Watts等外科医生开始应用定制式假体重建肿瘤切除后大段骨缺损，这标志着骨肿瘤领域保肢治疗的开始。保肢治疗的发展是多学科共同发展的结果，其中包括对肿瘤生物学深入的理解，新辅助化疗的出现，精确的影像学技术，日臻成熟的外科技术，材料科学的发展，人工假体设计逐步完善等等。这些学科的共同发展使得骨原发恶性肿瘤的保肢治疗在20世纪70年代末逐渐完善。保肢治疗中常见的重建方式有异体骨重建(allograft)，自体骨重建(autograft)，人工假体重建(endoprosthesis)以及异（自）体骨－人工假体复合假体重建(allo/autograft prosthesis composite, APC)。最初用于肿瘤切除后大段骨缺损重建的肿瘤型人工假体是定制式的(custom-made endoprosthesis)，但是由于手术数量的增多，术前等待假体生产时间较长，术中需要对尺寸进行调整等原因，假体厂商逐渐开始预先制作不同规格的定制式人工假体，这便是组配式假体的前身。

随后在20世纪80年代初期，出现了组配式假体(modular endoprosthesis)。同时期肿瘤假体的主要发展是生物固定技术，其中以Kotz设计的KMFTR假体（kotz modular femur & tibia resection system）为代表，该设计即是美国Stryker公司的HMRS（howmedica modular resection system）产品的前身[1]。组配式假体的设计特点是尺寸较小，术中根据截骨长度及患者骨骼特点现场组装规格合适的假体。由于组配式假体的优点十分突出，逐渐取代定制式假体并逐渐成为主流设计。但对于某些特殊病例，如需要特殊规格的假体柄或特殊规格的假体，定制式假体作为组配式假体的补充目前仍得以保留。近10年来，国外组配式假体的使用数量明显高于定制式假体。组配式假体的优点还包括翻修时仅更换受损部件，并且可以通过更假体部件对假体进行延长从而减少肢体短缩等。

20世纪70年代末至80年代中期所使用的肿瘤型膝关节假体（股骨下段假体及胫骨上段假体），其关节部分结构是单纯铰链式(simple hinge)。由于随访发现无菌性松动发生率较高，此外随着人们对膝关节生物力学认识的逐渐深入，80年代中期出现了旋转铰链式肿瘤膝关节（rotating-hinge）。Grimer等在1991年报告了旋转铰链式膝关节用于保肢重建的早期随访结果。与单纯铰链式假体相比，无菌性松动发生率有所降低[2]。目前肿瘤型膝关节假体基本上均采用旋转铰链式结构。

二、肿瘤型人工假体的现状

近年来，关于肿瘤切除后大段骨缺损重建的文献均认为人工假体重建是首选的重建方法[3-6]。人工假体重建的优点包括：术后即刻稳定及早期负重行走，较好的短期及长期术后功能[7]。较异体骨重建相比，人工假体最主要的优点是感染发生率较低。对于股骨上段，股骨下段，胫骨上段，肱骨上段及肩胛骨进行人工假体重建是十分可靠的。目前对于胫骨上段和髋臼两个部位进行人工假体重建仍是较为困难的。人工假体在术后早期即可提供坚强稳定的重建，但随着患者生存期的延长，假体失败率仍然较高[7]。

（一）人工假体的预后

近年有关人工假体的论文主要集中讨论其随访结果。不同文献对假体失败的定义有所不同，从而在统计假体生存率方面存在一定差异。大多数文献对于假体失败的定义是：任何原因导致人工假体部分或整体需要更换的病例。近两年发表的文献中，人工假体的5年生存率为65－94％[3-5,7-11]。假体部位是影响假体生存率的主要因素，肱骨上段假体的生存率最高[5,8]，股骨下段假体的5年生存率为88－93%[7,12]，胫骨上段假体的5年生存率是58%[12]。

Bickels等[7]报告了110例股骨下段肿瘤型人工假体2年短期随访结果。110例中，73例应用组配式假体，均为水泥型旋转铰链式假体。主要并发症是深部感染（5.4%)和无菌性松动（5.4％）。假体的5年和10年生存率分别是93％和88％。总的保肢率是96％，功能优良率为85％。Yasko等[13]报告了1991年至1999年间54例应用Finn旋转铰链式肿瘤型膝关节的长期随访结果，所有假体均为水泥型假体。发生并发症的病例中，7例假体柄折断，2例感染，1例无菌性松动。41例（76%）不需再次手术。MSTS功能评分中位数为84%。此外，利用人工假体对异体骨重建失败的病例进行翻修，术后平均随访77个月，假体的5年生存率92％[14]。国内相关文献报道的肿瘤型人工假体3年生存率为81.8% , 5 年生存率为65%[15]。

（二）患者的术后功能

文献中关于保肢术后患肢功能结果的报道较多，但尚缺乏循证医学的前瞻性和系统性结果[4,7-9,14-17]。目前各篇报道中都存在相当数量的病例无法得到最终功能评分。功能评价一般采用MSTS 1987或MSTS 1993年系统[18]。MSTS评分系统是医生进行的评分，结果受主观因素影响。多伦多保肢评分（Toronto Extremity Salvage Score, TESS）作为患者自己进行的功能评分可以消除医生的主观因素，临床工作中也应作为重要的参考[19]。文献报道的肱骨上段假体重建术后MSTS评分为60－78％[5,8,15]，股骨上段60-73%[5,8,12,17]，股骨下段66-85%[7,8,14-17]，胫骨上段74－83％[5,8,9,17]。关节外切除总体上功能低于关节内切除[8]。

（三）人工假体相关并发症

随着外科技术的不断进步、假体设计的日臻完善、人工材料的不断发展，肿瘤型人工假体也经历了不同的阶段，每个阶段的主要并发症有所不同：在1980年以前大段金属假体重建应用较少，假体的主要并发症是机械失败和感染；从80年代初到90年代中期，由于肿瘤型人工假体的大量使用，人们积累了较多的经验，对假体设计进行了改进，主要的并发症为无菌性松动；90年代末至今，人们通过各种方法降低了无菌性松动的发生率，感染又再次成为人工假体的主要并发症。

1. 假体感染。预防和治疗假体感染仍然是保肢治疗中一个棘手的问题。感染是近期文献报道人工假体重建失败的主要原因[4-6,8]。感染是继局部复发导致保肢术后截肢的第二位原因[11,20]。近期文献中假体感染率为5.2-12%[4,5,8,15-17]。近年来假体感染率没有明显降低[11]。胫骨上段假体发生感染的几率最高，肱骨上段最低[5,13]。此外，儿童患者进行假体延长手术会导致感染率增加。一些文献报道化疗会使感染率增加，但也有文献报道化疗并未增加感染率。因感染需进行翻修手术的成功率是70%[21]。对于大多数的感染病例，一般选择二期翻修，二期植入假体应当在化疗结束后进行[22]。实际上除初次手术的腓肠肌肌瓣转移外，在翻修手术时为改善软组织覆盖条件进行游离肌瓣的转移也是十分必要的[22,23]。

2. 无菌性松动。无菌性松动仍是假体重建主要的并发症。近年文献报道的无菌性松动发生率从0－56％不等[6,9,10,17]。无菌性松动的发生率与假体部位有关，不同文献报道的结果不同。胫骨上段假体松动率最高，肱骨上段假体预后最好。有关假体松动文献中引用较多的是Unwin在1996年发表的一篇文献，通过对1001例定制式假体进行随访得到10年股骨上段无菌性松动发生率为6.2%，股骨下段为32.6%，胫骨上段为42％，并且大多数松动见于术后第3－8年[24]。

近年一些大宗病例报道随访病例中均未发生无菌性松动[4,5,11,12]，这与传统观点是一致的。以前发表的文献均有术后2年内发生无菌性松动的病例。这可能是由于假体设计的改进和固定方式的选择。为减少无菌性松动的发生，可以在宿主骨与假体连接处植骨以促进皮质外骨桥形成，因为皮质外骨桥可以阻止假体磨损碎屑进入骨－假体界面，从而预防无菌性松动的发生[25]。此外，无菌性松动在儿童患者发生率明显高于成人[10,14,21]。目前有观点认为无菌性松动是导致假体出现并发症的过程而非结果，如果不积极干预势必会导致衬垫磨损，假体折断等机械性并发症。

3. 聚乙烯衬垫磨损。随着人工假体使用时间的延长，聚乙烯衬垫磨损的发生率也在增加，单纯铰链式假体较旋转铰链式假体聚乙烯衬垫磨损发生率更高[3,6,11]。Meyer等在对335例股骨下段假体重建病例的长期随访中发现，55例需要更换衬垫，并且初次术后平均更换衬垫的时间是11年，有些患者可能需要多次更换，并建议要积极更换衬垫，否则会导致无菌性松动等其它并发症[11]。

4. 脱位。髋关节脱位是股骨上段假体最常见的并发症，脱位率为11－15％[26]。目前一般采用双动头进行股骨上段髋关节重建，常规保留髋关节囊，一般不进行髋臼成型。此外可通过局部肌肉重建增强髋关节稳定性，并且保留髋关节囊并没有使肿瘤的复发率增高[27,28]。膝关节肿瘤型假体脱位发生率较低，主要与假体设计有关。目前大多数厂家生产的假体胫骨部件均按膝关节牵开≥39mm才发生脱位的设计标准制作的，Eckardt通过对美国目前常见的六种假体胫骨旋转部件进行生物力学分析发现，胫骨侧部件如果长度<4.5cm则有较高的风险发生脱位，这类胫骨部件不应用于软组织广泛切除的肿瘤患者[29]。

5. 其它。髌骨并发症容易被忽视。Healey等[30]对27例股骨下段旋转铰链式膝关节随访发现出现髌骨并发症的有35例（63％），包括11例为髌骨撞击，2例髌骨骨折，2例骨坏死。髌骨撞击主要是髌骨与胫骨侧的防过伸装置(bumper)撞击，发生髌骨撞击的患者髌腱长度与髌腱附着点高度（即膝关节X线侧位相胫骨关节面切线与胫骨结节的距离）比值平均为0.9，明显低于无撞击发生的患者，后者为1.4。低位髌骨的术后功能较正常位置髌骨术后功能差。对于髌骨引起的膝关节疼痛病例，在翻修或其它原因需要再次手术时应考虑进行髌骨表面置换以缓解症状。

三、肿瘤型人工假体重建的热点问题

（一）固定方式

目前尚无法比较水泥固定与生物固定哪种方法更好。文献报道水泥型假体的随访结果令人满意[3-6,12,17]，同时生物型假体随访结果也令人满意[8,9,14]。目前尚无文献就同种人工假体对两种固定方式进行随机对照临床研究，也没有充分的证据证明何种固定方式更便于翻修手术时假体取出。

水泥型假体的无菌性松动率近年来有所下降。旋转铰链式假体在骨－假体或水泥－假体界面的应力明显低于单纯铰链式假体。此外将假体与骨连接处的领部设计为羟基磷灰石喷涂能有效促进皮质外骨桥形成从而减少无菌性松动的发生率[4,16]。有两篇文献报道非传统骨水泥固定方法较传统的骨水泥固定方法有着更低的无菌性松动发生率[4,16]。传统的骨水泥固定方法是髓腔扩髓直径大于假体柄3－4mm，使得假体柄周围有2mm厚的水泥[4,6,17]；而非传统骨水泥固定技术是将髓腔扩髓至正好与假体柄粗细相同的尺寸，在水泥固定前插入假体就能获得稳定的固定，假体最终固定前用水泥填充假体与骨骼之间的微小间隙以获得更为坚强的固定。这种固定方法的优点是可以使用直径更粗的假体柄，从而降低假体柄折断的危险；此外还可以保留更多的骨量。

假体的设计较固定技术更为重要。Grimer最近报道了一种新型股骨远端固定技术，即加压假体（美国Biomet公司）的初步临床结果。该假体利用弹簧产生的压力作用于截骨断端，避免应力遮挡，假体近端采用锁针固定。假体领部采用羟基磷灰石喷涂设计便于骨长入，胫骨侧采用水泥固定。该假体临床效果需进一步随访，但早期结果令人满意[31]。

O’Donnell[32]最近报道了化疗会影响骨的重构，在这之前还没有客观证据表明化疗对骨重构有影响。目前已证实化疗会导致更高的假体并发症发生率，医生在为不同病例选择固定方式时应考虑化疗对假体的影响。

（二）可延长假体

儿童保肢术后肢体不等长是近年来保肢领域的热点问题。随着可延长假体设计的不断改进，假体植入后可通过调节假体的长度解决肢体不等长的问题。可延长假体经历了有创延长、微创延长及无创延长三个发展阶段。可延长假体最早应用于1976年，第一代可延长假体的代表是英国的SEER假体(Stanmore Extensible Endoprosthetic Replacement)，该假体先后经历了蜗杆驱动设计，钨球填充设计（1982年），C形套领设计（1988年）以及微创设计假体（1993年）。第二代可延长假体即组配式假体，典型代表是HMRS假体。此后出现了自动可延长假体，延长机制是膝关节屈曲运动带动棘轮装置，通过螺杆来延长假体。随后又出现了Phenix无创可延长假体，该假体最早由法国人发明，20世纪90年代后经多次改进，现商品名为Repiphysis假体（美国Wright公司）。该可延长假体通过体外电磁场的作用，通过电磁作用使假体延长。

目前应用最多的是微创或无创可延长假体。选择可延长假体的指征一般是预计下肢肢体短缩>3cm，上肢短缩>5cm。对于年龄大于11岁的女孩和大于13岁的男孩一般不需要选择可延长假体重建，因为他们可以通过选择略长的假体，且对侧未受累关节面使用细柄生物固定假体（对骨骺生长影响很小）最大限度减少肢体不等长[21]。无创可延长假体的缺点是只能进行水泥固定，因为如果进行生物固定，锤子剧烈撞击可以损坏假体的延长装置。此外使用无创可延长假体的患者无法进行MRI检查，因为MRI检查的磁场将会影响延长装置。

可延长假体的主要问题是无菌性松动。这是因为患儿骨骼的生长会使得骨骼横径及髓腔的横径增大，儿童活动量较大也是另一引起松动的原因。如果患儿成年后出现无菌性松动一般应当将可延长假体换成普通成人假体。可延长假体的另一主要问题是关节僵直，这一问题主要出现在有创可延长假体，造成僵直的原因一方面是多次手术使得伤口斑痕挛缩严重，康复锻炼困难；另一方面是由于肢体延长后屈膝时髌腱及股四头肌肌腱长度相对缩短，屈曲困难。所以一般每次延长不超过6mm，最多不超过10mm。此外关节僵直可能是低度感染的早期症状，应当引起重视。虽然目前很多微创延长假体取代了传统的开放式可延长假体，但微创可延长假体仍然会增加患者的感染几率。传统开放式延长手术比微创延长手术导致感染的几率更高，胫骨上段可延长假体重建的感染几率仍然是所有部位最高的。

另一假体设计进展是生物型保留关节面无创可延长假体，假体与保留关节面一端通过羟基磷灰石喷面和小的固定螺钉固定[33]，这样就可以保留患侧关节面。一篇最近的文献报道了使用该种假体对8例股骨远端骨肉瘤患者进行肿瘤切除后肢体重建，术后平均随访24个月，术后6周可以完全负重；没有假体相关的并发症或翻修手术。一例患者进行了无创可延长，MSTS93评分平均为80％。如果实践证明这种假体设计是成功的话，就有可能改变某些肿瘤治疗方面的传统观念。

四、总结

    随着更多临床随访结果的积累，肿瘤型人工关节的设计和使用将不断完善。设计更为符合人体生物力学环境的人工假体，将会有效降低无菌性松动和假体折断的发生率。未来几年的热点仍会集中在为减少假体机械性失败而进行的假体设计更新，儿童无创可延长假体设计的完善，固定方式的选择等方面。随着人工假体的不断发展必定会使更多的骨恶性肿瘤患者保留功能良好的肢体，同时人工假体也有着较长的使用寿命和较低的并发症。