颗粒引起骨溶解相关的细胞因子和信号传导

假体磨损颗粒主要产生于摩擦界面并扩散至关节液中。人工关节置换术后，关节囊的原有结构被破坏，关节液不再局限于关节腔内。骨与假体之间存在的微小间隙及微动，为关节液进入骨与假体界面提供了通道。关节运动时，关节腔内压力发生变化并产生压力梯度，关节液及其中的微粒就会随压力梯度的变化沿着骨与假体界面逐渐向假体远端迁移。研究发现，假体周围组织中，以股骨假体与骨界面膜颗粒浓度最高，髋臼假体与骨界面膜和关节假包膜部位颗粒浓度相对较低。另外，应用体外髋关节模拟装置研究聚乙烯磨损颗粒的产生时发现，在密闭环境中，0.1～1.0μm大小的颗粒所占比重大于从假体周围组织分离者。这意味着在体内，更小的颗粒可通过淋巴的流动播散到距离假体更远的地方。局部液压梯度引起间隙间的液体流动，可能对间充质组织的分化有强烈的影响，或许负荷的生理效应是通过这种液体流动来调节的。对Soballer不稳定假体模型进行分析发现，假体周围组织中的骨形成和局部组织液流呈负相关。因此，界膜内的液流（从承载到不承载）将阻碍周围骨的愈合反应，过量的毛细管流可能引起骨细胞的死亡。Liebs等的研究表明假体关节和骨-骨水泥界面存在液体流动，由此可知整个假体关节腔内的压力变化必然会引起骨-假体界面的压力波动。因此，局部压力升高可能是假体周围骨溶解的重要因素。这或许能解释为什么获得了初始稳定的骨水泥或非骨水泥型股骨假体也会出现骨溶解，特别是在那些未发现有磨损颗粒的病灶区。

假体磨损颗粒可引起慢性炎症、异物反应和假体周围骨溶解。磨损颗粒与特异性血清蛋白结合构成磨损颗粒与蛋白复合体。磨损颗粒与蛋白复合体与细胞表面的受体相互作用，激活假体周围组织细胞。假体周围膜内的细胞可释放多种与骨转换有关的细胞因子，从而刺激破骨细胞性骨吸收并抑制成骨细胞功能。假体周围膜内存在大量炎症细胞募集及骨吸收性生化介质。假体周围组织中存在细胞因子，如IL-1、IL-6、IL-8、IL-11、TNF-α、IL-1、IL-6、TNF-β和PGE2；集落刺激因子，如M-CSF和GM-CSF；生长因子，如PDGF-α以及趋化细胞因子MCP-1和MIP-1α等，其他还有基质金属蛋白酶类（MMP-1、MMP-2和MMP-11），金属蛋白酶和弹性蛋白酶的组织抑制剂。

假体磨损颗粒生物学活性的主要决定因素是磨损颗粒的大小、成分和浓度。目前很难确定金属、聚乙烯和陶瓷磨损颗粒的相对生物活性，因为它们都能激发细胞反应，而反应强弱与细胞类型和细胞反应的测定方法有关。此外，颗粒的生物学活性与颗粒的表面能、表面电荷、颗粒形态、表面粗糙程度及表面吸附蛋白的特性有关。