骨溶解是關(guān)節(jié)置換中長(zhǎng)期存在的一個(gè)問(wèn)題,，最早由 Charnley 提出,。他在觀察 Teflon（PTFE）髖臼假體生存壽命表現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)髖臼假體周圍會(huì)出現(xiàn)干酪樣壞死和無(wú)菌竇道形成。而后聚乙烯作為表面耐磨系數(shù)較高的一種界面開(kāi)始取代 Teflon 成為假體置換的一線材料,。

早期學(xué)者在假體置入后發(fā)現(xiàn),，假體周圍容易出現(xiàn)骨溶解，他們將之歸咎為骨水泥反應(yīng),，因此引入「水泥病」這一概念,，但后來(lái)非骨水泥型假體的臨床應(yīng)用并沒(méi)有解決這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量的臨床觀察發(fā)現(xiàn),，可能是顆粒而非骨水泥造成了假體周圍的骨溶解,，所以又引入了「磨損顆粒病」這一概念。

對(duì)初次全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）而言,，其失敗的最常見(jiàn)原因是無(wú)菌性松動(dòng),，而骨溶解是無(wú)菌性松動(dòng)最突出的生物學(xué)表現(xiàn)，骨溶解可能會(huì)被視為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)失敗的最常見(jiàn)的原因,。

為進(jìn)一步闡述骨溶解的原因,，來(lái)自美國(guó)南伊利諾伊大學(xué)醫(yī)學(xué)院的 Theodore J. Gilbert 等對(duì)此進(jìn)行了文獻(xiàn)回顧，文章近期發(fā)表在 JBJS 雜志上,。

骨溶解的機(jī)制

1. 生物學(xué)機(jī)制

假體磨損產(chǎn)生的碎片會(huì)引發(fā)巨噬細(xì)胞細(xì)胞因子的級(jí)聯(lián)反應(yīng),，如白細(xì)胞介素-1（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）,，引起破骨細(xì)胞骨吸收,，并最終導(dǎo)致骨溶解。Howie 研究顯示,，磨損顆粒被巨噬細(xì)胞吞噬引起不同的反應(yīng)取決于顆粒的大小,，小于 5 mm 的顆粒會(huì)引起強(qiáng)烈的單核巨噬細(xì)胞反應(yīng),，而較大顆粒則可能引起巨噬細(xì)胞反應(yīng)。

另一個(gè)潛在的溶骨性機(jī)制是產(chǎn)生膠原酶和前列腺素 E2 的膜的形成,。Goldring 曾報(bào)道過(guò),，全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后，在骨-骨水泥界面將會(huì)形成一個(gè)產(chǎn)生膠原酶和前列腺素 E2 的滑膜樣膜,。由于假體周圍支持骨的缺失往往導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)時(shí)在骨-假體界面產(chǎn)生異常應(yīng)力和力的異常分布,，可能導(dǎo)致假體周圍骨折和植入物過(guò)早的失效。

2. 機(jī)械性過(guò)程

根據(jù)磨損的位置和類型,，在人工膝關(guān)節(jié)內(nèi)的碎片顆?？赡馨ň垡蚁撬?，或金屬,。常見(jiàn)的磨損碎片的產(chǎn)生位置包括脛骨-股骨關(guān)節(jié)表面，脛骨植入物的后表面（背面磨損）,，和植入物-骨界面,。雖然磨損可以發(fā)生在所有的這些位置，但絕大多數(shù)的磨損顆粒是由聚乙烯形成的,。

聚乙烯襯墊在多種活動(dòng)下可出現(xiàn)磨損,，磨損顆粒粘附與骨表面，可導(dǎo)致骨表面溶解,，侵蝕,。假體周圍組織液高滲狀態(tài)也會(huì)增加周圍炎癥因子滲出，使得假體顆粒進(jìn)入關(guān)節(jié)腔周圍,，誘導(dǎo)骨細(xì)胞死亡,，形成骨溶解。

圖 1 膝關(guān)節(jié)正位片

圖 2 為膝關(guān)節(jié)側(cè)位片,，圖 1,、2 可以看到脛骨和股骨發(fā)生骨溶解 

潛在的危險(xiǎn)因素

1. 患者相關(guān)危險(xiǎn)因素

初次全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（TKA）后磨損顆粒和骨溶解的患者相關(guān)危險(xiǎn)因素包括患者的年齡和性別。一項(xiàng)研究表明：患者年齡每降低一歲由于磨損所致的假體失效率將會(huì)增加 5%,。TKA 術(shù)后假體的磨損相關(guān)失效的風(fēng)險(xiǎn),，男性是女性的 2.8 倍。一項(xiàng)研究表明,，小于六十歲的患者比六十歲以上患者活動(dòng)量增加 30%，男性的活動(dòng)量比女性增加 28%,，這些都會(huì)增加假體失效的風(fēng)險(xiǎn),。

2. 假體材料的類型

另一個(gè)與 TKA 術(shù)后發(fā)生骨溶解相關(guān)的因素是植入脛骨的聚乙烯材料的類型。三種用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的假體材料包括：常規(guī)（非交聯(lián)聚乙烯）聚乙烯,，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）,，和高度交聯(lián)聚乙烯（HXLPE）,。

傳統(tǒng)的聚乙烯可以通過(guò)加工或壓縮成型制造，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是分子量為 2 至 600 萬(wàn)單位的聚乙烯材料,，而 HXLPE 是由超高分子量聚乙烯通過(guò) γ 輻射,，打破碳?xì)溟L(zhǎng)鏈，在非晶相內(nèi)形成交聯(lián),。交聯(lián)賦予聚合物耐磨性的增加,，同時(shí)也降低其拉伸強(qiáng)度和對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展的抗性。

然而,，輻射會(huì)形成自由基并引發(fā)聚合物的降解,，這種氧化會(huì)導(dǎo)致假體早期的機(jī)械性失效，產(chǎn)生聚乙烯磨損顆粒和潛在的骨溶解,。當(dāng)聚乙烯假體在空氣中用 γ 輻射消毒時(shí)將會(huì)產(chǎn)生更多的自由基,。因此，現(xiàn)在已經(jīng)用氣態(tài)氧化乙烯或在惰性氣體中使用 γ 輻射進(jìn)行消毒,，這兩種方法都會(huì)產(chǎn)生更少的自由基,。目前，第二代的 HXLPE 含有維生素 E,，這種抗氧化劑將會(huì)減少殘留的自由基,。

研究發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯材料相比，膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中 HXLPE 的體外磨損率和碎片生產(chǎn)情況更具優(yōu)勢(shì),，其磨損率更低,。而與這種優(yōu)勢(shì)相沖突的是，HXLPE 磨損顆粒被認(rèn)為更具有生物活性,，產(chǎn)生更強(qiáng)烈的 TNF-α反應(yīng),。另一個(gè)材料的選擇就是金屬假體的類型，一項(xiàng)研究表明鈦鋁釩比鈷鉻在釋放 IL-1β,、TNF-α和 IL-6 方面具有更大的免疫效應(yīng),。

與假體設(shè)計(jì)相關(guān)的背面磨損

假體背面的磨損是由于脛骨平臺(tái)和聚乙烯襯墊之間在生理負(fù)荷下的微動(dòng)。背面磨損也發(fā)生在彈性和塑性變形的過(guò)程中,，往往在薄的聚乙烯假體植入時(shí)可以看到,，因此建議植入的聚乙烯假體的最小厚度為 8 mm。盡管曾有研究報(bào)道,，關(guān)節(jié)表面是聚乙烯碎片的主要來(lái)源,，但最近的研究表明，假體背面磨損量與關(guān)節(jié)表面磨損的碎片量相當(dāng) ,，關(guān)節(jié)表面的運(yùn)動(dòng)減少時(shí),，假體背面磨損增加。

TKA 術(shù)后骨溶解的診斷和監(jiān)測(cè)

TKA 術(shù)后準(zhǔn)確診斷和監(jiān)測(cè)骨溶解的進(jìn)展至關(guān)重要,，如果能早期診斷的話,，就可以通過(guò) TKA 術(shù)后微創(chuàng)翻修解決問(wèn)題,。但由于缺乏疾病早期的癥狀以及影像學(xué)檢查的低靈敏度，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍有難度,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)聚乙烯磨損時(shí),，骨溶解可能也已經(jīng)發(fā)生并導(dǎo)致假體松動(dòng)，目前有四種成像技術(shù)用于檢查聚乙烯假體的磨損以及骨溶解：X 線,、CT,、MRI 以及斷層合成技術(shù)。

研究表明,，在評(píng)價(jià)大的溶骨性病變時(shí)可選擇 CT 和 MRI,，這有助于術(shù)前 TKA 翻修計(jì)劃的制定。同時(shí),，斷層合成技術(shù)有作為早期發(fā)現(xiàn)小的溶骨性病變的篩查工具的潛力,。針對(duì)較大的溶骨性病變，X 線的效果不如 CT 和 MRI,，但由于其價(jià)格便宜,，因此更常被作為篩查工具。

另一個(gè)有助于診斷溶骨性病變的潛在工具是生物標(biāo)志物,，像 CTX-1（I 型膠原羧基末端肽）,，骨保護(hù)素（OPG）、組織蛋白酶 K 等,，可以通過(guò)評(píng)估代謝過(guò)程來(lái)進(jìn)行診斷,。一個(gè)診斷骨溶解的可靠的生物標(biāo)志物將會(huì)提高患者的治療效果，避免患者直到出現(xiàn)大量骨丟失才會(huì)有癥狀表現(xiàn)的情況發(fā)生,，但生物標(biāo)志物與骨溶解的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究,。

骨溶解的治療

1. 手術(shù)治療

人工膝關(guān)節(jié)周圍骨溶解的手術(shù)治療往往取決于病灶的大小，現(xiàn)有的關(guān)于修復(fù)初次 TKA 術(shù)后骨溶解的治療方式包括：金屬假體的植入,，使用骨移植物以及骨水泥,。骨水泥可用于填充小的（≤ 10 mm）孤立的關(guān)節(jié)面缺損，但由于其聚合過(guò)程是放熱的,，可能會(huì)引起周圍骨和血管組織的熱壞死,，導(dǎo)致無(wú)菌性松動(dòng)從而限制了它的應(yīng)用。

金屬假體和骨移植物常常會(huì)用于直徑＞10 mm 的骨缺損,，對(duì)于年輕患者,，經(jīng)常會(huì)使用骨移植物治療以保護(hù)骨組織，然而對(duì)于年紀(jì)較大平時(shí)活動(dòng)不多的患者金屬假體往往更合適,。最新出現(xiàn)的 3D 打印技術(shù)可以作為一種潛在的替代治療方式,，早期的體外實(shí)驗(yàn)表明，其有助于改善生物力學(xué)和水泥的成骨性能。

圖 3 為骨移植的相關(guān)器械和材料

圖 4 為脛骨骨丟失的程度和范圍 

圖 5 為填充骨移植物后的脛骨 

圖 6 為假體最后的擺放位置

圖 7 為 TKA 翻修術(shù)后的前后位 X 線片 

藥物治療

目前,，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)并沒(méi)有專門批準(zhǔn)可以用于防止假體周圍骨溶解的藥物。而一個(gè)潛在的可以治療骨溶解的藥物是抗炎劑 N-（2-羥丙基）甲基丙烯酰胺的共聚物（HPMA）地塞米松（p-dex）,。每個(gè)月的注射治療表明其可以防止磨損導(dǎo)致的骨溶解同時(shí)不會(huì)發(fā)生激素的副作用,。

總之，雖然改善膝關(guān)節(jié)假體的材料可以降低骨溶解發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),，骨溶解仍然是 TKA 術(shù)后失敗的主要原因,。盡管確切的機(jī)制還不清楚，但對(duì)主要的炎癥因子和一般的生物學(xué)過(guò)程都進(jìn)行了相關(guān)研究,。

雖然 CT 和 MRI 并不能早期檢測(cè)骨溶解,，但最近的研究表明，斷層合成技術(shù)是一種潛在的早期篩查工具,，生物標(biāo)志物和影像學(xué)技術(shù)的結(jié)合將會(huì)有助于更早開(kāi)始溶骨性病變的微創(chuàng)治療,。