铰链膝关节巨型假体部件的磨损与腐蚀情况：对40件假体的回顾性研究

《JAAOS Global Research & Reviews》：Hinge-Knee Megaprostheses Components Wear and Corrode: A Retrospective Study of 40 Devices

生物力学损伤模式下不同制造商铰链式膝 Megaprostheses 的聚乙烯和金属部件损伤特征研究。应用Kahlenberg和Goldberg评分法对40例植入物进行损伤评估，发现聚乙烯主要损伤为刮擦、坑洼和烧蚀，金属部件以刮擦为主，腐蚀在铰链连接处显著，不同制造商在次要损伤和胫骨部件损伤存在差异，但主要损伤模式无显著差异。

　　在现代骨科手术中，铰链膝关节假体（Hinged Knee Megaprostheses, HKM）因其在复杂病例中的广泛应用而备受关注。这类假体主要用于治疗严重的膝关节不稳定、骨质流失、关节畸形以及多次翻修手术失败后的患者。相较于传统的全膝关节置换术（Total Knee Arthroplasty, TKA），HKM在设计和功能上更为复杂，其更高的并发症率和翻修率成为临床医生和研究人员关注的重点。然而，关于这些假体在体内金属和聚合物部件所经历的具体损伤模式及其严重程度，目前仍缺乏系统性的研究。本研究通过分析40例HKM假体及其相关临床数据，旨在探讨不同制造商的假体在体内可能产生的损伤类型、严重程度以及是否因设计差异而有所变化。

### 假体的应用背景与挑战

铰链膝关节假体通常用于那些标准TKA无法满足需求的复杂病例。例如，当患者的侧副韧带完全缺失、骨量严重不足，或者存在严重的膝关节畸形（如严重的内翻或外翻）时，这类假体可以提供必要的稳定性。此外，对于某些因感染或骨折导致多次翻修失败的患者，HKM也常作为最终治疗方案。尽管其设计允许早期负重、快速固定和活动恢复，但这些假体的尺寸较大、结构复杂，导致其在植入过程中面临更多挑战，包括手术时间延长、植入位置的不确定性以及术后并发症的风险增加。

HKM的使用虽然在某些情况下是必要的，但其并发症率显著高于标准TKA。常见的问题包括感染、松动、磨损以及植入物与骨骼界面的应力分布不均。感染的发生可能与假体的尺寸和植入手术的复杂性有关，较大的假体表面更容易成为细菌附着和持续的场所。同时，由于假体与骨骼之间的连接部位承受较大的弯曲应力，这种应力可能导致松动，甚至引发假体骨折。此外，患者个体差异，如既往感染史、体重指数（BMI）以及免疫状态，也可能对假体的长期性能产生影响。例如，接受过免疫抑制治疗的癌症患者，感染风险可能进一步增加。

### 损伤模式的分类与评估

本研究采用了一种半定量的评分方法，对40例HKM假体的金属和聚合物部件进行了损伤评估。具体而言，使用Kahlenberg方法对聚乙烯插入件的损伤进行评分，而金属部件的损伤则采用Hood方法进行评估。此外，为了更准确地判断金属对金属（Metal-on-Metal, MoM）接口处的腐蚀情况，研究团队还引入了Goldberg评分系统。通过这种方法，研究人员能够系统地记录和比较不同制造商假体在体内所经历的损伤类型及其严重程度。

研究结果显示，聚乙烯插入件的主要损伤模式包括划痕（scratching）、点蚀（pitting）和抛光（burnishing）。这些损伤模式的出现频率和严重程度在不同制造商的假体中基本一致，表明它们的材料选择和表面处理在一定程度上具有相似性。然而，研究还发现，次要损伤模式，如磨损（abrasion）、剥离（delamination）、表面变形（surface deformation）和嵌入性异物（embedded debris）在不同制造商的假体之间存在显著差异。这种差异可能与假体的结构设计、制造工艺以及材料选择有关，尤其是在模块化连接部位的设计上。

对于金属部件而言，划痕是最常见的损伤类型，其次是抛光和变色（discoloration）。这些损伤主要出现在股骨和胫骨部件上，其中股骨部件的损伤程度在不同制造商之间差异不大，但胫骨部件的损伤情况则因制造商的不同而有所变化。此外，金属部件的腐蚀情况在不同制造商之间也存在差异，尤其是在股骨模块连接处的腐蚀更为严重。这表明，尽管金属材料的性能在一定程度上是相似的，但其在假体设计中的应用方式可能对损伤的发生和分布产生影响。

### 损伤的严重性与时间相关性

研究还发现，假体的使用时间与损伤的严重程度之间存在一定的相关性。具体而言，在某些制造商的假体中，随着使用时间的延长，金属部件的总损伤程度显著增加。这种现象可能与假体在体内长期承受的机械负荷以及材料的磨损机制有关。例如，金属部件在体内受到反复的应力作用，可能会导致表面的微动磨损，进而引发更严重的损伤。

对于聚乙烯插入件而言，研究发现其主要损伤模式的严重程度在不同制造商之间没有显著差异，但次要损伤模式的分布则存在明显差异。这可能意味着，虽然聚乙烯材料本身具有相似的耐磨性，但不同制造商的假体在使用过程中可能因结构设计的不同而表现出不同的磨损特性。例如，某些假体可能在模块化连接部位的设计上更加复杂，从而增加了磨损的可能性。

### 损伤的临床意义与未来方向

本研究的结果具有重要的临床意义。首先，它揭示了HKM假体在体内所经历的损伤模式及其严重程度，这有助于医生更好地理解假体的长期性能和潜在风险。其次，研究还指出，不同制造商的假体在损伤模式和严重程度上存在一定的差异，这提示在选择假体时，应综合考虑患者的个体需求和假体的设计特点。例如，对于那些需要更大活动范围或更复杂结构的患者，某些制造商的假体可能更适合。

此外，本研究还强调了金属磨损和腐蚀对假体长期性能的影响。金属部件的磨损可能导致金属离子的释放，这些离子可能在体内引发不良的局部组织反应，如假瘤、骨吸收和无菌性松动。因此，减少金属磨损和腐蚀成为提高假体使用寿命的关键。研究团队建议，未来的研究应进一步探讨不同制造商假体的磨损机制，以及如何通过改进材料和设计来减少这些损伤的发生。

### 假体设计与损伤的关系

不同制造商的HKM假体在设计上存在一定的差异，这些差异可能对损伤的发生和分布产生影响。例如，某些假体可能采用更复杂的模块化连接结构，而另一些则可能在表面处理和材料选择上有所不同。这些设计上的变化可能导致某些假体在使用过程中更容易发生磨损或腐蚀。

此外，研究还发现，某些假体的铰链机制可能对金属部件的磨损产生影响。例如，旋转铰链的设计可能在某些情况下导致金属部件的异常磨损，尤其是在缺乏聚乙烯缓冲垫的情况下。这种现象在研究中被描述为“抛光”，即由于金属部件之间的摩擦和接触，导致表面的光滑化。虽然这种现象在所有制造商的假体中都有所观察，但其严重程度可能因设计的不同而有所变化。

### 临床应用与未来研究方向

本研究的结果为临床医生提供了重要的参考信息。首先，它表明，HKM假体在体内可能会经历多种类型的损伤，这些损伤不仅影响假体的使用寿命，还可能对患者的康复和生活质量产生负面影响。因此，在选择HKM假体时，医生应充分考虑其材料特性、结构设计以及患者的个体情况。

其次，研究结果还提示，不同制造商的假体在损伤模式和严重程度上可能存在一定的差异。这种差异可能与制造工艺、材料选择以及假体的使用环境有关。因此，未来的假体设计应更加注重减少磨损和腐蚀的发生，尤其是在金属与聚合物连接部位的设计上。

最后，本研究也指出了其潜在的局限性。例如，研究仅评估了假体表面的损伤模式，而未涉及体内金属离子水平的检测。因此，未来的研究可以进一步探讨金属离子的释放情况及其对假体性能的影响。此外，研究样本量相对较小，且假体的获取时间跨度较长，这可能影响研究结果的普遍性和代表性。因此，未来的研究应扩大样本量，并关注不同时间段内假体的损伤模式变化。

综上所述，本研究通过对40例HKM假体的损伤模式进行评估，揭示了不同制造商假体在体内所经历的损伤类型及其严重程度。研究结果表明，聚乙烯插入件的主要损伤模式包括划痕、点蚀和抛光，而金属部件的损伤则以划痕为主。此外，不同制造商的假体在次要损伤模式和胫骨部件的损伤情况上存在显著差异。这些发现为临床医生提供了重要的参考，同时也为未来的假体设计和材料改进提供了方向。尽管目前HKM假体的损伤模式较为复杂，但通过进一步的研究和改进，有望提高其使用寿命和临床效果。