人工髋关节松动的原因

（一）磨损

1．磨损方式　磨损是产生假体松动的生物学因素。越来越多的研究足以证实，聚乙烯磨损颗粒所引起的组织坏死、骨溶解是人工关节晚期假体松动手术失败的主要原因，而聚乙烯颗粒的产生源于负重面的磨损（图4-1）。人工关节在负荷情况下，两相对关节面可认为是原始负重面，而其他都称为非负重表面。磨损方式可以分为4种方式。

（1）Ⅰ型磨损方式仅指两个原始负重面之间的磨损，如金属股骨头和聚乙烯内衬之间的磨损。

（2）Ⅱ型磨损方式是指原始负重面与非负重表面之间的磨损，如髋关节脱位产生的磨损。

图4-1　聚乙烯磨损导致骨溶解

（3）Ⅲ型磨损方式是指两个原始负重表面仍保持不变，而另有一物体称第三体陷入两原始负重面之间产生磨损，这种方式又被称为“三体磨损方式”，第三体可以为骨水泥颗粒、骨碎片等。

（4）Ⅳ型磨损方式是指两个非负重表面之间因产生运动而磨损，它可以包括金属髋臼杯和螺钉之间、股骨假体颈和聚乙烯帽的碰撞、髋臼杯内侧和聚乙烯内衬外侧之间、假体柄或骨水泥与骨之间的磨损（图4-2）。这4种磨损方式所产生的磨损颗粒都是局部骨溶解的重要因素。

2．磨损颗粒　由于两个相对接触面的相互移动，因摩擦而不可避免地产生磨损颗粒。从骨溶解的部位和界膜中所见的磨损颗粒来看，70%～95%的颗粒来源于聚乙烯，此外还有金属或骨水泥磨损颗粒。除了聚乙烯负重面为最主要的磨损界面之外，聚乙烯内衬非关节面及其外侧面和金属臼杯内侧面也可因为移动而产生磨损。金属杯的螺钉孔可以成为聚乙烯颗粒的储藏处，也可以成为磨损颗粒通过金属臼杯进入髋臼侧骨组织的通道，这是引起髋臼侧骨溶解的潜在原因。金属螺钉虽然早期可以提供假体的稳定性，但同时也是产生金属颗粒磨损的主要来源，金属颗粒可以进入聚乙烯外表面加重聚乙烯的磨损。

在股骨侧，股骨假体柄和骨组织之间所产生的磨损颗粒仅占磨损颗粒的一小部分，产生金属磨损颗粒的一个重要来源是金属头和颈的连接部。随着关节的活动，在密闭腔内负压效应的作用下，磨损颗粒随着滑液可以潜行到假体周围各个部位，可以沿着股骨颈截面开口处潜入股骨髓腔内后，沿着假体柄周围松动间隙向远端延伸，直至假体远端周围发生骨溶解，于溶解灶内多可发现聚乙烯颗粒。

当不同界面之间的相对运动产生摩擦，继而出现磨损颗粒以后，磨损颗粒会被界面之间的巨噬细胞所吞噬，同时激活释放大量的炎性介质，包括IL-1、TNF等。这些细胞因子能激发破骨细胞产生骨吸收，最终导致假体周围进一步骨吸收、骨丢失，最终出现临床上假体松动的表现。

（二）生物力学因素

分析松动的生物力学机制，要考虑作用于假体界面的应力、假体界面结合强度以及应力遮挡或局限性应力集中等诸因素。

图4-2　关节假体的磨损存在4种模式

A．Ⅰ型，正常原始负重面之间的磨损，如金属头和聚乙烯内衬之间的磨损；B．Ⅱ型，头-臼半脱位产生的磨损；C．Ⅲ型，“三体磨损”；D．Ⅳ型-A，股骨假体须和髋臼杯非负重面之间的磨损；E．Ⅳ型-B，聚乙烯杯背侧磨损
(摘自Clarke IC.Donaldson T,Bowsher JG,current Concepts of metal-on-metal hip resurfacing.orthop clin N Am,2005(36):143-162)

正常情况下，股骨独立支撑人的体重。当股骨髓腔内插入股骨假体后，股骨近端的生物力学环境发生了改变，同样大小的重力由股骨和假体分担。根据Wolff定律，股骨所受应力减少，必然会引起相应部位的骨吸收，这就是应力遮挡。应力遮挡是骨组织自然重建的过程，不同于骨溶解。当置入粗柄或远端固定的假体后，负重应力将主要通过假体柄传导，近端骨应力减弱，造成骨丢失、股骨髓腔增宽和骨结构削弱，假体近端缺乏支撑而产生松动。股骨假体周围骨的应力遮挡与假体柄的刚度密切相关，假体的刚度又与假体材料的弹性模量和假体柄的粗细有关。Engh等研究发现，应力遮挡致骨吸收与股骨假柄的直径和假体近端涂层范围有明显关系，股骨柄的直径越大、近端涂层范围越广，则应力遮挡越严重，骨吸收越明显。有研究表明，使用与股骨具有等弹性模量的假体，可以减少因应力遮挡所引起的假体松动，但柔韧的假体柄的近端与骨之间会产生较高的界面应力，较高的界面应力会导致界面结合不牢和相对活动，从而引起假体松动。Huiskes做出两条曲线，一条为界面应力曲线，另一条为应力遮挡曲线，然后于两曲线中找出一个最适宜的刚度。用这个适宜的刚度制成的假体，既能减少应力遮挡，又能减少界面应力。