人工假体在骨肿瘤保肢中的应用
中华骨科杂志 2000年第0期第20卷 骨肿瘤
作者：张鹤宇 罗先正 王志义
单位：首都医科大学附属北京友谊医院骨科 北京，100050
一、骨肿瘤人工假体的发展历史
人工假体置换的历史可以追溯到公元四世纪，当时已有用象牙进行肩关节置换的病例[1]，但之后就再无进展。直到19世纪末，Gluck等仍在探索用象牙进行关节置换[2]，当时固定的粘合剂是松香与熟石膏，由于感染率过高，大多数病例最终失败。随着材料学及近代外科技术的进步，人工关节置换术于本世纪中叶开始有了新的发展。40年代初，Moore等[3]首次采用钴铬钼合金假体对股骨近端的骨巨细胞瘤进行切除重建。1949年，Seddon等开展了一系列定制假体的骨肿瘤切除重建[4]。1961年，Lipscomb及Barr等亦相继开展了定制假体的肿瘤切除置换术[5,6]。进入70年代，化疗使恶性肿瘤患者的生存率明显提高，肿瘤局部切除、人工假体置换保肢术得到了普遍的开展。
二、骨肿瘤假体置换术的特点
骨肿瘤假体置换不同于一般的人工关节置换，其特点如下:
1.肿瘤患者大多较为年轻，活动量大，负荷大，功能要求高。
2.切除的骨组织较多，缺损大，对假体的设计、材料性能及固定技术要求更高。
3.肿瘤外科手术的原则要求进行广泛的软组织切除，这必然改变了关节与假体的受力与平衡机制，使假体的稳定性降低。
4．由于肿瘤患者是个体化的，肿瘤假体的制作亦需要个体化。
三、骨肿瘤假体置换术的适应证与禁忌证
骨肿瘤假体置换术可用于大多数恶性骨肿瘤与破坏严重的良性骨肿瘤的治疗，适应证通常如下:
1．无远处转移或仅有孤立且可切除的转移灶。
2.无重要的神经、血管受侵犯。
3.肿瘤切除重建时有足够的皮肤及软组织覆盖假体。
4.骨骺已闭合或接近闭合。
5.无其它更适宜的方法来重建该肢体的功能。
前三条非常重要，代表了肿瘤的外科分期，目前公认EnnekingⅠA期、ⅠB期、ⅡA期为较好的适应证，ⅡB期患者也可考虑进行假体置换，尤其是对术前化疗敏感者,实际上，临床遇到的患者多数为ⅡB期。第4条为相对的适应证，目前的可延长式假体部分解决了低年龄组患者的肢体短缩，但仍存在许多问题。第5条亦不能忽视，因为人工假体置换并非是所有骨肿瘤患者切除重建的最佳选择，对劳动强度大的年轻患者、软组织切除多而致假体有不稳趋势者或肥胖患者，关节融合对负重肢体可能是一项更好的选择[7]。
需要特别强调的是，骨肿瘤切除人工假体置换术一定要在有效放、化疗的配合下进行，局部保肢不能以降低生存率为代价，否则就失去了保肢的意义。手术要严格遵守肿瘤的外科切除原则，完整切除肿瘤，达到广泛性或至少边缘性（化疗敏感时）的边界要求。
禁忌证主要有重要的神经、血管侵犯、肿瘤晚期或大剂量放疗后造成局部软组织条件差以及局部感染，而病理骨折或有远处转移不是保肢手术的绝对禁忌证。
四、定制人工假体的要求
拍摄肿瘤部位的标准清晰的正、侧位X线片，包括骨骼全长，需要时健侧肢体可作为参考，尤其是出现病理骨折时。摄X线片时肢体侧方与骨干相同处水平置一带刻度的金属标尺，以校正放大率，术前宜行CT、MRI、血管造影、同位素骨扫描等检查，确定肿瘤的外科分期，准确地了解肿瘤的大小、范围及髓腔侵犯长度，测算假体髓内、髓外两个部分的的长度及宽度(两个位像)、关节面的宽度(两个位像)。目前认为MRI对判断肿瘤的边界，尤其是髓腔侵犯长度的确定最准确，有条件的医院，宜采用MRI测量法定制假体。
五、骨肿瘤假体置换术的类型
1．人工髋关节置换术(全髋或半髋，股骨部分多为长柄）
股骨头颈区破坏范围小的肿瘤，切除后可采用普通标准的髋关节置换，效果也与之相似。破坏范围大或肿瘤位于转子部及以下时重建存在一定的困难。由于股骨近端存在颈干角与前倾角，固定不牢固，松动率较高，外展肌及臀大肌的止点重建也尚未解决，不论是缝合于远侧的阔筋膜、股外侧肌起点上或是悬吊于假体侧方的孔上效果均不理想。对于预期生存长的患者，全髋置换优于半髋置换，可降低髋部疼痛与翻修率。人工髋关节的近期效果较好(5年)，患者得到无痛且伸展活动较好的关节，但随访远期(10年)并发症高，需要进一步研究解决[8]。
2．人工膝关节置换术
适用于股骨远端与胫骨近端肿瘤的切除重建。早期多采用 walldius或Stanmore铰链式关节，但其仅有一个自由度(伸屈）的活动，应力大，松动、折断的发生率高，且其直接的金属对金属的磨擦产生较多碎屑，存在许多问题。目前则采用动力旋转绞链式关节，允许一定程度的旋转及轴向拉伸运动，并于金属之间增加了高分子聚乙烯垫，使各种并发症明显降低[9,10]。与其他的肿瘤人工假体一样，软组织重建亦尚未完全解决。尤其是在胫骨上端肿瘤切除时，髌腱止点重建较为困难[11]。人工膝关节的近期疗效满意，远期并发症亦较高，尚需探索与改进。
3．人工肩关节置换术(长柄人工肱骨头)
适用于肱骨近端肿瘤切除后重建。如能保留肩袖止点，肩关节的功能可大部分保留，但大多数的肿瘤切除均需牺牲肩袖止点，许多患者还可能需要切除三角肌，置换的人工肱骨头只能起到维持上臂长度的作用，使肘关节与手的功能得以正常发挥，肩关节本身的功能则大部分丧失。有许多学者在人工肱骨头的颈外侧设计一些孔，用来缝合肩袖与悬吊肱二头肌长头腱，亦有人直接将上述结构环绕缝合在颈的周围，这使人工肱骨头获得了一定的稳定性，但只是上臂的被动活动较好，主动前屈与外展仍非常受限，肩关节的旋转通常也受到较大限制。故又有人采用组合式假体设计，使人工肱骨头可以围绕柄轴旋转，较好地解决了肩关节的内外旋问题。尽管存在许多不足，但人工肱骨头置换保存了肩关节的正常外观，肘与手的功能发挥较好，而且并发症少，故大多数患者对其疗效满意[12]。
4．人工肘关节置换术
适用于肱骨远端与尺骨近端的肿瘤切除重建。多采用绞链式设计，假体柄分别插入肱骨残端与尺骨残端髓腔内。由于上肢不负重，松动、折断等并发症较少，患者多能获得满意的活动范围。
5．人工椎体
人工椎体已越来越多地应用于椎体肿瘤的切除重建，这对于维持脊柱的稳定性十分重要。但要注意，单纯靠人工椎体是很容易失败的，只有结合植骨才能获得永久的固定。
6.其它人工假体
骨干肿瘤的切除重建多采用大块植骨加内固定的方法，距离关节较近的肿瘤有时则只能牺牲关节而采用人工假体，Chao[13]设计的生物固定组合式骨干假体是另一种优良的选择，可以明显减少植骨用量。有关人工半骨盆与人工肩胛骨用于肿瘤的切除重建，报告的例数较少，近期效果尚属满意，但其远期疗效仍有待于观察。
六、骨肿瘤假体置换术的并发症及其处理
随着骨肿瘤保肢术的普遍开展与患者生存期的延长，人工假体的并发症亦在逐渐增多，如感染、假体松动、假体折断等，发生率远高于普通的人工关节置换术，这是因为广泛的软组织切除、假体固定困难及术后应力增大带来的生物力学结构的严重破坏所造成的[14]。其处理重在从适应证选择、改进假体设计与固定方式等方面进行预防，当并发症已经出现时，则应从以下几方面给予处理。
1.感染
感染是骨肿瘤切除人工假体置换术后最为严重的并发症(复发是更为严重的并发症，但它主要与手术相关，而非与假体有关)，重度者常常导致截肢。当出现感染时，轻度者可加强抗菌措施及局部换药，重者则要切开，彻底清创，采用闭式灌洗引流，术后长期口服抗生素，一般需要6个月～1年。如感染仍不能控制，则可考虑取出假体，进行关节融合术或行截肢术。
2.假体松动
一般均采用翻修术，尽量恢复原来的关节功能，但对于肩、肘关节，由于残存的骨质较少，假体的固定会较为困难，建议行关节融合术，保留一个外形近似正常而无痛的融合关节。
3.假体折断
处理亦是翻修。材料学的发展已基本解决了普通关节置换术后的假体折断问题，但对于骨肿瘤保肢术后的假体，折断仍是不可避免的。翻修时宜采用设计更合理的假体，如将单纯绞链式膝关节假体改为旋转绞链式，并采用复合固定方法[15]，尽量减少假体本身承受的负荷。
4.其它
接受半关节置换的患者可能发生骨性关节炎，可改为全关节置换[8]。
七、有关人工假体置换术的新进展
1．人工假体与大段异体骨复合重建术
人工假体远期的松动、下沉及折断发生率较高，尤其是切除的瘤段骨长度大于宿主骨全长的40％以上时[14]，近年来有医生采用人工假体与大段异体骨复合移植进行重建，即将相同部位的大段同种异体骨套在人工假体柄的外面[16]。其优点是异体骨经过爬行替代并与宿主骨残端融合后可大大加强对假体的骨性包裹与固定，并能提供较好的软组织附着环境，故而被广泛应用于骨肿瘤的保肢重建，缺点是异体骨来源困难，爬行替代时间长(3年以上)，感染率较高，使其应用受到一定限制。
2．计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)在骨肿瘤假体定制中的应用
CAD/CAM是随着计算机应用技术与数控机床的发展而开展起来的一项新技术。将CT/MRI扫描的数据资料经由CAD/CAM软件处理以后，可以很好地在计算机内进行三维重建与模拟手术，并进一步根据此结果定制假体，不仅可以很精确地制作出非常适合术中要求的假体，而且大大缩短了定制周期。这在骨盆肿瘤的假体置换中具有特别重要的意义，因为这些部位解剖构造不规则，普通的平片与CT/MRI测量法很难达到理想的状态。缺点是技术要求较高，基层医院开展困难。
3．组合式假体与可延长假体
术前制作的假体有时不适合术中肿瘤切除长度和范围的要求，假体柄长度和关节端大小可调的组合式假体就显得很有必要。组合式假体不仅可以准确地恢复切除段骨关节的长度及大小，而且可制成成套的器械箱，缩短患者等待定制假体的时间(图1)[11,17]。此外，部分骨肿瘤患者骨骼未成熟，骨骺切除必然带来远期的双下肢不等长，故对于年幼患儿还需要一种可延长式的肿瘤假体。Schiller等[18]设计的假体较好地提供了这一功能,由于需要多次手术，感染率高,目前已有组合式非侵入可延长假体[19]。但不论是组合式假体还是可延长假体，由于连接部位的增多，磨损会增加而可能导致机械失败，需进一步研究解决。故这两种假体均处于研究阶段。
图1 组合假体示意图
4．增强腱锚(enhance tendon anchor,ETA)
肌腱、韧带的起止点重建是十分重要的，但一般的假体不能提供这种功能，Gottsauner－Wolf等[20]的增强腱锚对解决这一问题是一个很大的发展。其原理是在假体需要缝合肌腱的部位加上一个特殊的结构，使植骨有效地长入假体，同时用有垫圈的螺钉将肌腱固定在植骨块上，当新骨在假体上产生生物固定时，肌腱也靠在植骨上的生长获得了牢固的附着(图2)。试验表明，肌腱的拉脱强度几乎和健侧一样，为今后的临床应用提供了很好的依据。
图2 增强腱锚示意图
5．皮质外骨桥与长入性生长(extracortical bone bridge and ingrowth,EBBI）
为赵以
等(ChaoEY)[21]提出的一种典型的复合固定形式。假体柄采用骨水泥固定，假体肩部经多孔化处理，表面植骨，早期靠骨水泥，后期靠植骨诱导新骨形成并提供支架作用，在假体肩部产生骨性包裹，获得生物固定，成功的关键是初期固定坚强与自体植骨。临床与实验室的结果证实，假体的松动、下沉与折断的发生率明显降低。新的研究表明，如果在植骨的同时加入骨形态生成蛋白(BMP－7，BMP－1)、自体骨髓或从胎盘中提取的多能干细胞，则可明显促进植骨的生长及重塑。
总之，人工假体置换术是骨肿瘤保肢重建的一种重要方法，患者可以早期恢复肢体功能活动，近期效果十分满意，远期效果也在不断提高，但仍存在较高的并发症，需要在假体设计、固定、软组织重建方面深入研究，探索新的方式方法。应慎重选择保肢适应证，配合有效的放、化疗，并严格按照肿瘤外科的手术原则切除肿瘤，使人工假体保肢术更好地应用于骨肿瘤的治疗。
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(收稿日期:1999-03-18)
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