假体在肘关节置换中的应用

郁凯 王小龙 张殿英



·综述·

假体在肘关节置换中的应用

郁凯1王小龙1张殿英2

肘关节；假体；置换

肘关节肿瘤、肘关节损伤等肘关节疾病是关节外科所面临的棘手问题，肘关节置换是治疗此类疾病的选择之一。近30年来，临床医师与设计师对肘关节假体的应用做了很多创新研究，从单轴铰链发展到复杂的无限制型或半限制型关节，但均存在不同适应证[1]。

一、肘关节肿瘤与肘关节骨折的治疗现状

骨巨细胞瘤是一种侵袭性的潜在恶性病变，在我国占骨肿瘤的10%～15%，高于欧美国家3%～8%[2]。治疗目的是去除病灶、减少局部复发机会和保留关节功能。治疗大多采用刮除加植骨，但是病损内刮除的复发率高，长骨的局部复发率为40%～60%[3]。侵袭性骨巨细胞瘤广泛切除或整块切除后复发率约为5%[4]，但通常需牺牲关节面，行关节重建。生物医学工程学及骨科手术技术的进步，个体化人工假体置换治疗骨巨细胞瘤已成为保肢趋势[5]。近年来假体材料的耐磨性、强度、组织相容性等方面均已满足了人体骨结构的基本要求，且可按切除瘤体部位的尺寸，结合生物力学要求精心定制[6]。

肱骨髁间骨折属于复杂的关节内骨折之一,近年来提倡通过切开复位内固定和早期的功能锻炼进行治疗,国内学者姜保国等[7]采用全肘关节置换术治疗肱骨远端难治性骨折多例并取得良好效果。全肘关节置换术在国外已成为治疗肱骨远端难治性骨折的成熟技术,尤其是半限制型Coonrad Morrey假体[8]。Cobb等[9]首先提倡应用肘关节置换术治疗新鲜骨质疏松的肱骨髁间骨折。此后Garcia等[10]的报道中对16例61～95岁肱骨远端粉碎骨折的患者直接行肘关节置换，术后肘关节平均屈伸角度为24°～125°，前臂平均旋前角度90°，旋后70°，无肘关节不稳定，有15例对治疗效果满意。Kamineni等[11]提出全肘关节置换治疗肱骨远端骨折的适应证：年龄>65岁，基本上不做剧烈活动，骨质疏松明显，骨折粉碎难以复位和固定。符合上述标准的GustiloⅠ型开放骨折也可以行Ⅰ期肘关节置换。其禁忌证为:化脓性感染以及污染严重的GustiloⅡ、Ⅲ型开放骨折。全肘关节置换不失为治疗肱骨远端骨折的一种可接受的选择[12]。

二、肘关节成形术的类型

Aldridge等[13]回顾了肘关节成形术发展史的四个阶段。(1)1885～1947年，主要进行肘关节切除成形术和肘关节解剖成形术，结合或不结合植入间隔材料。(2)1947～1970年，发展了限制性的、金属对金属的部分或全铰链型肘关节成形术。(3)1970～1975年，产生了以骨水泥固定技术为特点的肘关节成形术。(4)自1975年以来，已发展了采用半限制性金属和聚乙烯铰链假体、咬合匹配型假体和非限制性金属对聚乙烯表面置换假体的关节成形术。目前临床采用两种类型的肘关节成形术，即生物材料间置关节成形术和假体植入关节成形术。

(一)生物材料间置关节成形术

历史上最早采用切除成形和关节内垫充成形来缓解疼痛，并保留关节活动度，但手术效果不可预测。Fernandez-Palazzi等[14]于1971～1986年间施行的间置肘关节成形术12例，手术采用Vainio改良MacAusland技术，广泛切除骨端，将肱骨远端塑形成宽广的V形，尺骨近端横行切除。所有操作均在骨膜下进行，然后，将间置材料一整张置入，缝合于肱骨远端和尺骨、桡骨切骨面。10例采用阔筋膜、1例采用皮肤、1例采用明胶海绵间置。术后在患者可耐受疼痛的条件下开始早期功能康复锻练。术后随访25～32年，术前屈曲90°～120°，伸直30°～90°，术后屈曲90°～150°，5例术前肘关节完全僵直者达到屈曲90°～150°，伸直0°～70°。最终随访时总活动度为35°～150°，优2例、良3例、可4例、差3例。Larson等[15]于1996～2003年，对69肘施行了同种异体跟腱间置肘关节成形术，其中38例平均随访6年。38例患者平均伸-屈活动度由术前51°改进为术后97°(P<0.001)。平均Mayo评分由术前41分进步为术后65分，优良13例、可14例、差11例。他们认为肘关节间置成形术只是一种挽救性手术，既不能完全消除疼痛，也不能完全恢复功能，只适合于严重炎性或创伤后关节炎，特别是伴有关节活动受限的年轻患者。

(二)假体植入关节成形术

根据肱骨假体对尺骨假体之间是否允许除伸屈单轴活动以外的其他轴向活动，可将假体植入关节成形术分为限制性、半限制性与非限制性3类[16]。完全限制性假体包括Stanmore、Dee、McKee、GSBI及Mazas。完全限制性通常有金属对金属的铰链，并用骨水泥固定。由于限制性假体容易发生松动和断裂，现在极少被采用。但在肘关节补救手术中，由于有骨质广泛缺损，采用有稳固肱尺关节连接的假体是比较合适的。

目前临床上常用肘关节置换假体分为铰链式和非铰链式，铰链式假体通常由2～3部分组成，由金属对高分子聚乙烯材料构成关节，其关节连接可通过锁针或咬合匹配装置而建立。铰链式假体有内在的外翻和内翻松弛度，除伸屈活动外，还允许一定程度的内收、外展和旋转活动，更符合正常肘关节运动特点，有利于外力的消散，减少假体松动的发生。假体包括Coonrad Morrey、GSB Ⅲ、Solar等设计。

非铰链式假体没有机械性连接，力图模仿肘关节正常的解剖关系。其稳定性主要依赖于负重表面的形态匹合、适当的骨储量，更重要的是存有或可重建关节囊和韧带结构的完整性，故又称为表面置换。所有表面重建均要求具有完整的韧带和前部关节囊结构，以及静态下正确的对线关系。关节表面置换肘关节成形术也可进一步分为两组：一组是维持肱骨和前臂在额状面正常关系的手术；另一组是重新恢复尺骨髓腔与肱骨髓腔对线关系的手术。这类假体包括Capitellocondylar、Souter Strathclyde、Kudo、Roper Tuke、Liverpool等设计。

Mackay等[17]分析了英国全肘关节置换的现状，上市的肘关节假体有铰链假体3种，非铰链假体5种，Coonrad Morrey、Souter Strathclyde、Kudo使用频率最高，分别占市场份额的20%以上，5～10年功能优良率在90%左右。深部感染仍是最主要的并发症，许多远期全肘关节置换研究报道的感染发生率为4%，其他并发症包括假体松动、聚乙烯磨损、假体折断、假体组件匹合不良、肱三头肌无力、关节不稳、尺神经病变和持续疼痛[18]。

三、目前临床常用全肘关节置换假体

(一)Coonrad Morrey(Zimmer公司)

1981年在美国上市，1994年在英国上市，2000年左右在中国临床应用。为半限制铰链，珍珠面柄带翼肱骨假体，微孔面柄尺骨假体设计。1998年，Gill等[19]报道了该型假体全肘关节置换治疗类风湿性关节炎的远期(10～15年)效果，功能优良率88%，以需要翻修为终点的Kaplan-Meier分析表明，假体5年生存率为95%，10年生存率为92.4%，并发症发生率13%，X线松动率8%。Cil等[20]回顾了91例(92肘)肱骨远端骨不连半限制全肘关节置换，40肘发生并发症，32肘需再手术，其中23肘涉及假体翻修或取出。Peden等[21]于1982～2004年对13例自发肘关节强直患者采用半限制铰链非订制全肘关节置换治疗。

赵玉峰等[22]对5例严重肘关节创伤患者采用Coonrad Morrey关节置换术治疗，随访14～56个月，1例术后28个月出现假体无菌性松动，其余4例至随访截止时无人工关节松动、感染等并发症发生。术前评分平均44分(30～55分)，术后评分平均82分(65～90分)。张作君等[23]对21例肘部创伤性骨毁损患者行择期半限制性全肘关节置换，随访时间1～3.5年。肘关节伸直平均144°，屈曲41°，平均活动105°，按照Mayo评分从35分恢复到97分。姜保国等[7]采用Coonrad Morrey肘关节置换术治疗3例复杂肱骨髁间骨折患者。1例伴血友病关节炎，AO分型为C2型骨折，行一期肘关节置换，2例伴类风湿关节炎，其中1例AO分型为C1型，行一期肘关节置换；另1例AO分型为C2型，行切开复位内固定手术失败后接受肘关节置换术。随访时间3～10个月，1例伴血友病关节炎的肱骨髁间骨折患者术后的Mayo评分为良(75分)，2例伴类风湿关节炎的肱骨髁间骨折患者中，内固定手术失败后接受肘关节置换的患者Mayo评分为良(85分)，另1例患者的Mayo评分为优(95分)。

(二)GSBⅢ(Sulzer公司)

为半限制铰链，有柄肱骨、尺骨假体设计。1999年Gschwend等[24]报道10年以上功能优良率91%，13年生存率87%，并发症发生率23%，X线松动率5%。Cesar等[25]于1993～2002年对45例类风湿患者(58肘)施行了GSB Ⅲ全肘关节置换，5个肱骨假体和1个尺骨假体按影像标准为Ⅲ、Ⅳ型松动。44个假体中2肘(5%)翻修，1肘10年后为Ⅳ型肱骨松动，1肘为尺骨假体折断，7肘术后尺神经麻痹，5肘为一过性，2肘为永久性麻痹。他们认为尽管随时间延长松动率增加，在类风湿患者GSBⅢ假体置换术中期效果满意。

(三)Capitellocondylar(Johnson & Johnson公司)

为非铰链，有柄肱骨、尺骨加聚乙烯内衬假体设计。1992年Ruth等[26]报道5～10年功能优良率为85%，并发症发生率29%，X线松动率9%。1993年Ewald等[27]报道5～10年功能优良率90%，并发症发生率19%，X线松动率5%。

(四)Souter-Strathclyde(Howmedica公司)

为非铰链，带柄或无柄肱骨假体，聚乙烯尺骨假体设计。Landor等[28]评估了49例58肘类风湿关节炎行Souter Strathclyde全肘关节置换的远期效果。术前Mayo评分30分(15～80分)，随访评分为82分(60～95分)。总计有13肘(22.4%)翻修，Kaplan Meier生存率分别为10年70%，16年53%。

(五)Kudo(Biomet公司)

为非铰链，水泥钴铬合金或非水泥钛微孔肱骨、尺骨柄，聚乙烯尺骨衬设计。1998年Verstreken等[29]报道5年以上功能优良率88%，并发症发生率19%，X线松动率13%。

(六)Liverpool(Corin公司)

为非铰链，无柄肱骨假体，聚乙烯尺骨假体和固定钢丝设计。1994年Dhar等[30]报道5～10年功能优良率为70%，并发症发生率24%，X线松动率35%。

(七)Roper Tuke(Corin公司)

为非铰链，柄状或无柄肱骨假体，水泥或非水泥聚乙烯尺骨假体设计。2000年Yanni等[31]报道4～10年功能优良率84%，并发症发生率33.9%。

由于各个报告中肢体功能评定、患者满意评定和远期X线分析的差异，将一个研究与另一个研究相对比是困难的。Little等[32]比较了Souter Strathclyde、Kudo、Coonrad Morrey假体置换治疗类风性关节炎的效果，三组均为33肘，所有手术均由同一医生完成或指导下完成。三组的年龄、性别、平均随访周期均具可比性，三种假体置换术均可明显缓解疼痛，改善肘关节活动功能。10年假体生存率Souter Strathclyde为81%，Kudo为82%，Coonrad Morrey为86%，Coonrad Morrey的X线松动率较低。目前Coonrad Morrey假体最广泛应用于全肘关节置换。总之，过去30年间，全肘关节已经经受了长时间临床检验，其假体生存率已接近全膝关节置换的水平，如果病例选择和手术方法合适，近90%的患者可获得令人满意的疗效。

四、三维打印技术在肘关节疾病中的应用

三维打印技术采用离散堆积的方法，可以制造任意复杂的三维结构，成形过程与工件的复杂程度没有直接的关系，根据孔隙率、微孔的大小，调节支架材料粉末颗粒的大小，制造出适应细胞生长的活性骨骼，非常适合制造人体骨骼[33]。三维打印技术制造人体骨骼与传统的人体骨骼制造技术相比，不需要制造人体骨骼的模具，具有生产周期短和成本低等优点。与其他快速成形技术相比，三维打印成形技术由于其设备和材料相对便宜，运行成本较低，打印速度快，可制作精细、复杂的实体，已成为近年来研究和应用的热点。

在美国矫形外科医师学会年度会议上，一组研究人员在威斯康星医学院的Rick Papendrea医学博士领导下提出了一种廉价而有效的方式制作塑料模型的肩胛骨和远端肱骨，用三维打印技术解决复杂的肩部和肘部问题。不到100美元，可以定制一个肩胛骨模型。在美国很多公司专门从事三维打印。那些将要动手术的医师可以使用模型计划或可以在手术室消毒和使用(或)术中指导。在2014年5月14日，吉林大学第二医院骨科医院由院长王金成教授领衔的关节外科团队使用三维打印技术为1例双侧类风湿关节炎患者成功实施了双肘人工关节置换手术，这台手术在世界上都属首例。

三维打印技术正朝着精密化、高精度、标准化、低成本等方向发展，并且可以实现真正意义上的绿色制造，采用新型材料作为原材料直接成形出肘关节假体将是三维打印技术在肘关节复杂骨折及骨肿瘤治疗应用的发展方向。

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(本文编辑：刘扬)

郁凯,王小龙,张殿英.假体在肘关节置换中的应用[J/CD].中华肩肘外科电子杂志,2015,3(2):124-127.

10.3877/cma.j.issn.2095-5790.2015.02.011

天津市滨海新区卫生局科技项目(2011BHKY008、2012BWKZ002)；卫生公益性行业科研专项(201002014、201302007)；教育部创新团队(IRT1201)；北京市科委重大专项(Z101107052210001)

300450天津市滨海新区第五中心医院骨科1；100044北京大学人民医院创伤骨科 北京大学交通医学中心2

张殿英，Email：zdy8016@163.com

2014-11-25)