五、TKA术后聚乙烯磨损与骨溶解

TKA术后摩擦界面所产生的磨损微粒以及这些微粒刺激假体周围炎症反应，尤其是巨噬细胞所释放的炎症介质是继发假体周围骨溶解、形成无菌性松动的重要病因。

对聚乙烯磨损的机制研究显示，与全髋关节聚乙烯磨损不同，膝关节假体和聚乙烯之间存在几种不同类型的形变和应力类型。聚乙烯承受的压力来自于垂直于表面的方向，而剪切力在表面下裂隙内延伸，同时弹性形变在股骨和胫骨两个接触面发生，长时间的应力载荷导致聚乙烯衬垫出现“冷流效应”，即聚乙烯蠕变。蠕变发生后，聚乙烯衬垫自身的力学稳定性下降，同时锁定机制开始失效，衬垫和金属界面之间的微动进一步增加，导致磨损微粒进一步增加（图1-1-1）。

图1-1-1　聚乙烯衬垫锁扣机制失效，衬垫脱位导致背面磨损加重

A.衬垫脱位，淡黑色衬垫向前移动顶住髌腱；B.衬垫脱位后聚乙烯背面磨损伴边缘缺损

磨损微粒沿假体-骨界面之间的间隙在关节液压力的挤压和流动运动中，进入骨面，引发炎症反应，导致骨溶解的发生。

虽然目前针对磨损微粒启动骨溶解的生物学行为有了较为明确的结论，但是尚无很好的药物治疗方式。综合现有降低聚乙烯磨损颗粒的方法，除了增加聚乙烯分子交联、隔绝氧气的消毒措施、加入维生素E增加聚乙烯抗氧化性能、高抛光的金属面等技术之外，降低聚乙烯衬垫背面磨损是行之有效的方法。

胫骨平台锁定机制失效是造成聚乙烯衬垫微动产生背面磨损的重要原因。使用组配式聚乙烯衬垫和胫骨金属底座是为了方便在TKA术中进行韧带张力的调整和便于翻修时的取出。从2002年开始，部分学者注意到聚乙烯的微动和胫骨金属底座之间的背面磨损。这一现象的产生，与聚乙烯锁定机制的设计和植入物表面处理技术有很大的关系；同时也和聚乙烯制作、消毒方式，衬垫的形态等有关，与BMI指数无明确关系。研究显示：聚乙烯的背面磨损将产生大量的颗粒，部分学者研究了聚乙烯颗粒释放量，达到100～138mm³/年，这一磨损量和全髋关节置换术后磨损率相当。基于这样的原因，新一代的聚乙烯锁定机制被设计出来，用于减少背面磨损的产生。这些设计是否能够减少背面磨损还需要进一步的研究证实。

apaj通过以上研究证实，采用周边锁定的聚乙烯衬垫没有发现明显的背面磨损，但是出现了聚乙烯变形和冷流蠕变。采用鸠尾榫锁定结构的聚乙烯产生了更多的微动，但是如果采用了抛光的界面的话，其磨损的情况有所改善。采用了新一代的聚乙烯锁定机制，不管是周边锁定型还是鸠尾榫锁定型，其背面磨损的问题得到了一定程度的解决（图1-1-2）。

图1-1-2　现有聚乙烯衬垫锁定机制

A～C.周边锁定型锁扣设计，聚乙烯的锁定依靠胫骨平台周边一圈锁扣实现“桶箍样”锁定；D～F.鸠尾榫锁定型锁扣设计，聚乙烯的锁定依靠胫骨平台后缘鸠尾榫和胫骨平台前唇实现“卡扣样”锁定

聚乙烯磨损颗粒的大小与骨溶解也有关系，10μm的颗粒是最容易产生骨溶解的直径。而背面磨损所产生的颗粒直径为20～150μm。基于此，美国和瑞典登记系统中的一体化设计的聚乙烯能够有较好的临床表现，其中的原因之一就是避免了背面磨损。但是其翻修率也较高。这一矛盾的结论也提示，背面磨损可能只是在无菌性松动中发挥了一定的作用。结论是：双鸠尾设计比周围锁定机制对减少背面磨损差一些，但是通过改良抛光方式的话可以使得这一问题得到改善。

在讨论TKA术后磨损时，往往容易忽视髁间柱的磨损。髁间柱磨损是TKA术后聚乙烯磨损颗粒的重要来源，文献报道其发生率为100%。

最常见的磨损位置位于髁间柱的后方，文献报道最高的发生率为12%，这与假体的设计有一定的关系。在PS假体中，应力由髁间柱传导至胫骨平台，这一过程中髁间柱的强度和受到的挤压力是导致磨损的主要原因。关节线的抬升也是导致磨损的一个原因。关节线抬升后导致髁间柱和衬垫边缘的磨损增加，其主要的原因是髌股关节轨迹异常，令屈膝时髌骨处于半脱位状态，并带给胫骨近端过多的外旋应力，从而导致胫骨近端生物力学出现异常，早期磨损加重。Callaghan等报道了在伸直间隙过大时导致关节线上移，衬垫髁间柱撞击现象的发生。膝关节过度伸直会使得髁间柱前方和股骨假体形成撞击，因为髁间柱的前方和髁间窝的设计就是用于预防前方过度伸直，一旦过伸出现，则导致前方磨损的增加。