人工关节在骨肿瘤保肢治疗中的应用

中华骨科杂志 2000年第7期第20卷 骨肿瘤保肢

作者：张鹤宇　王志义　罗先正

单位：100050　北京友谊医院骨科

关键词：骨肿瘤；化学疗法，辅助；人工关节；挽救疗法；治疗结果

　　【摘要】目的探讨人工假体在骨肿瘤保肢术中的应用价值。方法分析50例骨肿瘤患者进行人工假体置换术后的效果、生存情况、功能、并发症及处理。肿瘤类型:恶性肿瘤22例，其中骨肉瘤11例，软骨肉瘤5例，恶性纤维组织细胞瘤2例，恶性骨母细胞瘤、腺泡状肉瘤、横纹肌肉瘤、骨巨细胞肉瘤各1例；良性肿瘤28例，其中骨巨细胞瘤27例，良性纤维组织细胞瘤1例。肿瘤部位:股骨远端24例，股骨近端7例，股骨干2例，胫骨近端7例，肱骨近端7例，肱骨远端2例，肩胛骨1例。假体类型:铰链式膝关节26例，股骨近端假体7例，生物固定式胫骨近端假体7例，肱骨近端假体7例，铰链式肘关节2例，人工肩胛骨1例。结果22例恶性骨肿瘤:局部复发率为18.1％，五年生存率为38.8％，最终保肢率为81.9％，未见假体并发症。27例骨巨细胞瘤:复发率及死亡率均为3.7％，并发症发生率为40.7％，最终保肢率为84.8％。1例肩胛骨良性纤维组织细胞瘤术后16年功能良好。在所有关节中，生物固定式胫骨上端假体、铰链式肘关节、人工肱骨头功能较好，人工股骨头功能稍差，铰链式膝关节功能最差，并发症高。结论人工假体置换术可用于恶性及侵袭性骨肿瘤的保肢治疗，但应进一步改进假体的设计、固定及软组织重建，以减少并发症的发生。

The application of prosthetic replacement in limb salvage treatment of patients with bone tumors

ZHANG Heyu, WANG Zhiyi， LUO Xianzheng.

　　（Department of Orthopaedic Surgery, Friendship Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100050， China）

　　【 Abstract】 Objective To evaluate the application of prosthetic replacement in limb salvage treatment of bone tumors. Methods 50 patients with bone tumors treated with en bloc resection and prosthetic replacement were reviewed. Their survivorship, limb function, complication and the management were analysed. There were 22 malignant tumors including 11 osteosarcomas, 5 chondrosarcomas, 2 malignant fibrous histocytomas, and one each of malignant osteoblastoma， alveolar sarcoma， rhabdomyosarcoma， malignant giant cell tumor of bone. 28 benign tumors included 27 giant cell tumors of bone and 1 benign fibrous histocytoma. The types of the prostheses were as follows: 26 hinged knee prostheses, 7 proximal femoral prostheses, 7 proximal tibial biofixation prosthesis, 7 proximal humeral prostheses, 2 hinged elbow, 1 artificial scapula. Results In the patients with malignant bone tumors, local recurrence was seen in 18.1％ ; the 5－ year survival rate were 38.8％ , final limb salvage rate was 81.9％ . No prosthesis-related complications were seen. In patients with giant cell tumor of bone, the rate of local recurrence and mortality were 3.7％ ; complications occurred in 40.7％ of the patients, and the final limb salvage rate was 84.8％ . 1 patient with benign fibrous histocytoma in scapula has survived 16 years with good function. In all of the prostheses, the function of the proximal tibial biofixation prosthesis, proximal humeral prostheses, hinged elbow and artificial scapula were better than others, then followed by proximal femoral prostheses; the hinged knee had the highest rate of complications. Conclusion Prosthetic replacement can be used in the limb salvage surgery of patients with malignant or aggressive benign bone tumors; further improvements in design, fixation and soft tissue reconstruction technique of the prostheses are needed for reducing the complications.

　　【 Key words】 Bone neoplasms; Chemotherapy, adjuvant; Joint prosthesis; Salvage therapy; Treatment outcome

　　随着材料学及近代外科技术的进步，尤其是化疗的开展，使恶性骨肿瘤患者的生存率明显提高，肿瘤局部切除、人工关节置换保肢术备受推崇。以下将我院进行的骨肿瘤切除人工关节置换术病例进行总结。

　　临床资料

　　1971年1月～1998年4月，我院共开展了60余例骨肿瘤人工关节置换术。随访资料完整的50例，男29例，女21例；平均年龄30岁（7～56岁）；平均随访7.9年（1年2个月～21年）。

　　恶性肿瘤22例，包括骨肉瘤11例(股骨远端4例,股骨干2例,胫骨近端1例，肱骨近端3例,肱骨远端1例)，软骨肉瘤5例(股骨远端及近端各2例,胫骨近端1例)，恶性纤维组织细胞瘤2例(股骨远端及近端各1例)，恶性骨母细胞瘤(股骨远端)、腺泡状肉瘤(肱骨远端)、横纹肌肉瘤(股骨远端)、骨巨细胞肉瘤(股骨远端)各1例。

　　良性肿瘤28例，包括骨巨细胞瘤27例(股骨远端14例，股骨近端4例,胫骨近端5例，肱骨近端4例),肩胛骨良性纤维组织细胞瘤1例。

　　人工关节类型包括：铰链式膝关节26例（股骨远端和股骨干肿瘤），人工股骨头7例（股骨近端肿瘤），生物固定式胫骨上端假体7例（胫骨近端肿瘤），人工肱骨头7例（肱骨近端肿瘤），人工肘关节2例（肱骨远端肿瘤），人工肩胛骨1例（肩胛骨纤维组织细胞瘤）。

　　一、保肢手术适应证

　　恶性肿瘤：(1)一般要求EnnekingⅠ期或Ⅱ期，即无远处转移(个别有孤立肺转移的患者亦可考虑，本组有1例骨肉瘤患者属于此情况)；(2)无重要的神经血管侵犯；(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。

　　良性肿瘤：侵袭性，关节面破坏严重或(和)伴病理性骨折以及曾经刮除植骨再次复发者。

　　二、手术步骤

　　手术前先切开活检证实诊断，但对于股骨头颈区因切开活检有一定困难，且会影响决定性的手术治疗，应行冰冻活检。如为恶性肿瘤时才进行假体置换术；已发生股骨颈骨折的肿瘤则不论良、恶性均予假体置换。本组病例除4例外,所有恶性肿瘤的手术均为整块切除（广泛切除或边缘切除）。广泛切除即一端关节离断，另一端截骨距肿瘤边缘5cm以上，肿瘤周缘均需包绕一层正常的软组织。边缘切除亦是在正常组织内切除肿瘤，与广泛切除的区别是非关节端的截骨不足5cm，但断端髓腔刮除活检未见肿瘤细胞，或(和)切除周围的正常软组织厚度不足，部分区域肿瘤假包膜被暴露(尤其在大的神经血管周围)。4例未达到整块切除的恶性肿瘤，其中3例由于判断失误，手术时进入瘤体，另1例系并发病理性骨折的股骨头颈交界区软骨肉瘤，由于术中冰冻报告为良性内生软骨瘤误行刮除术。还有1例软骨肉瘤患者曾在外地接受切刮术。良性肿瘤亦尽可能行边缘切除，部分患者结合刮除术。肿瘤切除后放置人工关节：膝关节假体为铰链式，早期为单纯铰链式,后期为旋转铰链式，股、胫骨假体部件间以旋转轴相连，故除了屈伸运动外，允许轻微的旋转与轴向拉伸；人工股骨头为Moore型，柄部加长；人工肘关节亦为铰链式。这三种假体均采用骨水泥固定。人工肱骨头柄部为螺纹，拧入髓腔固定；胫骨近端假体系我院自行设计^[1]，术后早期靠假体接骨板与胫骨残端用螺钉机械性固定，后期靠假体中央的植骨和胫骨残端融合，以及前交叉韧带、髌韧带、内侧副韧带在植骨块上的生长附着获得伸膝力与稳定性，采用腓肠肌内侧头翻转覆盖假体改善局部血运；人工肩胛骨为克氏针、牙托粉自制，中部有几个窗孔供肩部肌肉穿过缝合固定。铰链式膝、肘关节置换时不进行特殊的软组织重建，仅将肌肉断端就近缝合于附近的深筋膜上；人工股骨头置换时需将臀中小肌与臀大肌缝合于假体外侧的金属孔上或股外侧肌与阔筋膜上；人工肱骨头置换时需将肱二头肌长头腱穿过颈外侧的金属孔以悬吊假体。

　　恶性骨肿瘤中除2例软骨肉瘤外,均施行了化疗或(和)放疗。化疗主要用于骨肉瘤、Ewing肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、腺泡状肉瘤及部分软骨肉瘤，药物以大剂量氨甲喋呤为主，配合阿霉素、顺铂、异环磷酰胺、足叶乙甙等。主要采用的化疗方案为RosenT7、T10，但因经济原因及术后常出现严重的化疗反应，化疗不很规范，一般只能达到规定化疗强度的1/3～2/3。放疗主要用于Ewing肉瘤、横纹肌肉瘤、骨巨细胞肉瘤、恶性骨母细胞瘤及部分软骨肉瘤，放疗剂量一般在5000～7000cGy。

　　结果

　　一、恶性骨肿瘤

　　共22例,平均随访4.8年。随访5年以上者18例，5例无瘤生存,1例复发再截肢7年后死亡，1例复发再截肢8年后无瘤生存，11例死亡；4例随访不足5年者，均无瘤生存。五年生存率为38.8％（7/18）。5例患者由于施行了不恰当的手术，属适应证选择不当，若将其去除，五年总生存率为53.8％（7/13），五年无瘤生存率为38.5％（5/13）。

　　4例复发者，均行截肢术。1例股骨远端软骨肉瘤患者曾在外地施行过局部切除，8个月后复发来我院行人工关节置换，37个月后又复发，再行截肢术，术后5年（第一次术后8年）无瘤生存；1例股骨干骨肉瘤术后7个月复发，行截肢术，术后6个月因肺转移死亡；另1例股骨下端骨肉瘤术后9、12、15个月三次复发，两次局部切除，最后一次截肢，术后21个月死亡；最后1例股骨干骨肉瘤术后26个月复发，局部切除8个月后又复发，改行截肢术，4年后（第一次术后7年）因肿瘤转移死亡。总的复发率为18.1％（4/22），最终保肢率则为81.9％。

　　术后2年内死亡8例，其中4例为上述适应证选择不当患者。

　　目前此组患者中尚未发现人工关节折断与松动下沉等并发症。在存活超过5年的7例患者中有2例做了截肢术，剩下的5例包括2例生物固定式胫骨上端假体，2例铰链式膝关节，1例人工肘关节，功能均较好。尤以我院自行研制的生物固定式胫骨上端假体功能最好，膝关节稳定，伸膝力接近5级，不痛，伸屈活动0°～130°，步态基本正常（图1）。

a术前CT片b肿瘤切除、生物固定式

1右胫骨近端骨肉瘤胫骨上端假体置换术后5年

　　二、骨巨细胞瘤

　　共27例，平均随访10.4年，随访中24例健在，3例死亡（1例系术后1年复发并转为恶性，最终因肺转移死亡；另2例则为术后2年和16年因其他疾病死亡）。随访中15例患者未出现并发症，11例患者出现了16例次并发症，1例胫骨近端肿瘤因术后转移到相邻股骨而行截肢术，但患者合并肺转移瘤现已存活19年，且转移瘤有缩小。

　　无并发症的15例患者中除1例在行走中（铰链式膝关节）出现严重的疼痛并需服用止痛药外，其余患者9例基本无疼痛，5例轻度疼痛但无需服用止痛药物。关节均有一定的活动度，铰链式膝关节伸屈在0°～130°（平均67°），侧向稳定，髋关节伸屈0°～70°（平均52°），外展10°～20°，旋转10°～20°；生物固定式胫骨上端假体伸屈0°～120°（平均78°），侧向稳定，伸膝有力；人工肱骨头伸20°～40°（平均26°），屈30°～90°（平均37°），外展0°～30°，旋转10°～20°，肘关节伸屈10°～80°。复发率和恶变率均为3.7％（1/27）。

　　11例出现的16例次并发症包括：迟发感染5例次，假体折断3例次，假体松动下沉5例次，假体脱位1例次，术中损伤腓总神经1例次，术后臂丛神经刺激1例次。

　　5例次患者发生迟发感染，分别为术后3个月、1、3、4、6年，平均为2.8年（注：此时间为距前次手术或前次并发症术后的时间，下同）。1例为胫骨近端肿瘤，生物固定式胫骨上端假体；另4例则为股骨远端肿瘤，铰链式膝关节。1例经清创及腓肠肌肌瓣转移覆盖假体，现术后1年1个月余，伤口愈合良好；2例被迫截肢；1例经清创后置闭式引流管，抗生素灌洗，窦道愈合1年2个月余，目前膝僵，但可完全负重行走，无痛；1例取出假体清创，2年后植骨行关节融合，现已手术后17年，下肢缩短约5cm，跛行但无疼痛。

　　3例次患者发生人工假体折断，分别为术后2、3、5年，平均3.3年，均系铰链式膝关节，行翻修术。1例翻修后4年反复感染，予截肢；1例系外伤引起的假体折断，翻修后6年松动下沉，第2次翻修已4年，现膝关节僵硬但无疼痛；1例翻修后10个月，因伴腓总神经损伤，肌力较差。

　　5例次患者发生人工假体松动下沉，分别为术后6、9、11、11、18年，平均11年。1例为人工股骨头，其余4例为铰链式膝关节，均行翻修术。其中1例出现迟发感染，另4例为无菌性松动。1例翻修术后2年，行走不痛，膝僵；1例翻修后半年，股、胫骨假体部件结合处脱位(下面详述)；1例翻修术后2年，因出现窦道而截肢；1例翻修术后1年半，轻痛，伸屈10°～80°，扶单拐可步行1km；1例曾因外伤致假体折断而行翻修术，6年后松动，再行翻修术，现已4年，行走不痛。

　　假体脱位1例次，为股、胫骨假体旋转轴间聚乙烯垫断裂所致，因术中无法更换此垫，只好取出，然后假体复位、石膏外固定，拟近期更换整个假体（现术后2个月）。

　　1例次腓总神经损伤的患者随访2年10个月无恢复。1例次人工肱骨头置换患者术后1年9个月出现手麻、无力等臂丛神经刺激症状，随访19年无恢复，考虑与上臂肌无力、人工肱骨头下坠压迫腋窝神经束有关。

　　由于4例截肢，总的保肢率为85％（23/27），并发症发生率为40.7％（11/27），其中5例发生了2次以上的并发症。需要指出的是，行人工关节翻修术后的患者，肢体功能均较第一次手术后降低，尤其是肌力下降较多，关节活动度亦明显减少。

　　三、肩胛骨良性纤维组织细胞瘤

　　1例，随访16年无复发，可以从事轻体力劳动及家务，无明显疼痛。肩肱关节主动活动伸20°，屈30°，外展10°，被动活动平均比主动活动多10°。

　　讨论

　　一、保肢手术适应证

　　本组22例恶性骨肿瘤患者采用了人工关节置换手术，局部复发率为18.1％，与传统的截肢术相似^[2]，仍属较高。究其原因，考虑与以下几点有关：(1)化疗剂量强度不够，本组所有恶性肿瘤患者均未完成方案规定的化疗，最多者接受10次化疗，最少者仅接受过4次化疗，而且间隔较长；(2)部分病例切除未达广泛性边界，1例复发的骨肉瘤患者非关节端的切除仅距肿瘤边缘1.5cm，复发原因可能与此有关，虽然现代MRI技术使我们对肿瘤的边缘判定更为精确，有人据此主张切除可以较以前保守（1cm以上即可），但我们认为，除非在大的神经血管周围，其他部位均应达到广泛切除；(3)适应证选择不当，在不能保证恶性肿瘤整块切除时不宜行保肢术，本组复发的软骨肉瘤患者曾在外地接受过局部切刮术，我院进行的二次关节置换不能认为是严格意义上的广泛切除术。尽管如此，恶性肿瘤的五年生存率还是明显高于传统截肢术，为38.8％。由于5例适应证掌握不当，可将这5例除外，如此五年生存率为53.8％。这5例患者中4例在术后2年内死亡，说明在保肢手术中，严格掌握肿瘤完整大块切除的原则及手术适应证是非常必要的，否则会带来十分严重的后果。恶性肿瘤中有4例复发，尽管再行了截肢术，仍有3例死亡，说明局部控制是患者获得长期生存的必要条件。患者的最终保肢率为81.9％，大部分患者获得了一个有一定功能的肢体。良性肿瘤一般宜行刮除植骨术，但对于反复复发的侵袭性肿瘤，尤其是造成关节面严重破坏以及伴有病理性骨折的患者，在采用其他方法修复存在困难时亦应考虑关节置换。

　　二、人工关节并发症

　　由于平均随访时间较短，恶性肿瘤中未见松动下沉等并发症。27例骨巨细胞瘤患者中，最后保肢成功率为85％,大多数患者关节使用良好。由于存活的年限普遍高于恶性骨肿瘤患者，故有较多出现并发症的机会，并发症的发生率高达40.7％。尽管大部分患者经过恰当的处理和翻修，术后仍成功保肢，但翻修术后肢体功能明显下降。同时需要指出的是，迟发感染是人工关节最严重的并发症，重度感染者常常被迫截肢使保肢失败。人工关节折断发生的年限较早，这可能与假体材料的力学性能有关。松动下沉发生的年限较晚，这在目前的人工关节手术中是尚可接受的。继续改进人工关节的生物力学性能和固定方式有可能降低并发症的发生率，改善患者的肢体功能^[3]。

　　三、恶性肿瘤的放、化疗

　　本组患者中的恶性肿瘤除2例软骨肉瘤外均接受了大剂量的放、化疗,这是患者生存率较过去明显提高的原因,说明在现代有效放、化疗的保驾下，保肢手术是可行的。

　　四、假体的设计、固定与软组织重建

　　(一)假体的设计：设计假体时一定要考虑到恢复骨关节切除部分的生物力学功能。在肩关节可用Neer型假体；在肘关节多用铰链式设计；对髋关节的要求较高，单纯股骨头置换只适用于预期存活时间短的患者，由于远期可出现关节疼痛与骨质磨损，给翻修术带来困难，故对于预期存活时间长的患者宜行全髋置换术，如本文1例股骨头置换患者10年后出现了髋臼侧严重的骨质缺损，翻修时不得不用钛丝网修补并植骨；在膝关节，多数学者采用铰链式设计，现代铰链膝不仅可伸屈而且有轻度的旋转功能，但对于股骨髁在胫骨平台上的滚动与滑动仍未能解决，加之膝关节负重大，所以铰链式膝关节的并发症仍较高。假体长度则主要由需切除的肿瘤范围而定，一般认为，置换假体后肢体长度的变化应控制在1.5cm之内，过长与过短均可导致并发症发生，如脱位、假体折断等，本组1例股骨下端肿瘤假体置换患者翻修术后半年即发生聚乙烯垫磨损折断与关节脱位，我们考虑与该下肢过短有很大关系（5cm)。

a左肱骨近端骨巨细胞瘤伴病理性骨折术前b肿瘤

　　切除、人工肱骨头置换术后17年，人工肱骨头固定牢靠

2左肱骨近端骨巨细胞瘤伴病理性骨折

　　(二)假体的固定：假体的固定通常有三种形式，即机械固定、生物固定、复合固定。(1)机械固定,包括骨水泥固定、接骨板螺丝钉固定、压配固定及柄部拧入髓腔固定（图2）。机械固定能达到即时的力学稳定性，利于早期开展关节功能锻炼和负重。但由于骨肿瘤患者大多年轻，活动量大，且切除的软组织广泛，远期的假体松动和折断的发生率较高，故单纯的机械固定较适合于预期存活时间短的患者，尤其是老年人与转移癌患者。(2)生物固定有多种方式，其目的都是希望假体与骨“长”成一体，使之获得长久的稳定性，解决假体的松动下沉与折断。一种形式是将假体插入髓内的柄部或与骨相连的肩部表面进行多孔化处理，使骨或植骨可长入其内，获得稳定；另一种方式是在假体表面喷涂羟基磷灰石，通过骨传导作用达到固定。(3)复合固定，即同时采用机械固定和生物固定。结合这两种方法的优点，一方面可以获得即时稳定，另一方面由于后期达到生物固定，可获得长期稳定的目的。皮质外骨桥形成与长入性生长（extracortical bone bridge and ingrowth,EBBI）即为较典型的复合固定形式[4]，插入髓腔的假体柄采用骨水泥固定，假体肩部做多孔化处理，植入松质骨和皮质骨，早期靠骨水泥，后期则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，达到生物固定的目的。实验及临床研究都已表明假体柄、肩的负荷减少，松动下沉与折断的发生率降低^[5]。目前，我院自行研制的胫骨近端假体为同时采用接骨板螺钉与植骨，故亦属复合固定。

　　(三)软组织重建：软组织重建特别是韧带、肌腱与假体的直接附着或假体－植骨复合结构的直接附着不仅对肢体与关节功能活动的动力是重要的，同时对平衡与减少假体的负荷，降低植入物的松动下沉与折断也是很重要的^[6]。目前使用的肿瘤假体大多不能提供这种功能，只能在假体上做些小的环孔，将肌腱、韧带机械的缝合悬吊在上面^[7,8],已证明这种方式只能达到正常附着强度的15％，这显然不能满足我们的要求，尤其是胫骨上段切除需要重建髌腱附着点时。我院自行研制的胫骨近段假体较好地解决了这一问题，因而其远期效果较为满意，但其材料及制作工艺仍有许多需要改进的方面。此外，还有人提出将肌腱用一些特殊的装置固定在多孔化的假体表面上，如增强腱锚（enhancetendonanchor，ETA），当新生骨与假体产生生物固定的同时，肌腱也自然获得了牢固的附着。动物实验表明这种方式可以达到几乎和健侧一样的拉脱强度^[9]，但应用在临床上尚需检验。

　　人工假体置换在恶性骨肿瘤和侵袭性骨肿瘤治疗中的应用是可行的，大多数患者可以保存一个有一定功能的肢体，且使用的寿命较长。人工假体的并发症有:迟发感染，松动下沉，折断等，尤以迟发感染的危害最大，常导致最终保肢失败。改进材料的生物力学性能和采用新的固定方式（如复合固定）能降低并发症的发生率，提高疗效。人工假体置换术一定要按照肿瘤大块切除的原则进行，尤其是恶性肿瘤还需强力的放、化疗治疗来配合，否则会带来十分严重的后果。相信随着材料性能和化疗的进步，采用人工假体的保肢手术会得到更广泛的应用。

　　参考文献

　　1王志义，郭艾，罗先正,等.生物固定式胫骨上端假体的研制和临床应用.中华骨科杂志，1996，16：279－281.

　　2，Simon MA, Aschliman MA, Thomas N, et al. Limb－ salvage treatment versus amputation for osteosarcoma of the distal end of the femur. J Bone Joint Surg (Am)， 1986， 68: 1331－ 1337.

　　3，Hsu RW， Sim FH， Chao EY. Reoperation results after segmental prosthetic replacement of bone and joint for limb salvage. J Arthroplasty, 1999, 14:519－ 526.

　　4，Chao EY, Sim FH. Composite fixation of salvage prostheses for the hip and knee. Clin Orthop, 1992, (276):91－ 101.

　　5，Sim FH, Beauchamp CP, Chao EY. Reconstruction of musculoskeletal defects about the knee for tumor. Clin Orthop, 1987, (221):188－ 201.

　　6，Sim FH, Chao EY. Hip salvage by proximal femoral replacement. J Bone Joint Surg (Am), 1981, 63:1228－ 1239.

　　7，Ward WG, Johnston KS, Dorey FJ, et al. Extramedullary porous coating to prevent diaphyseal osteolysis and radiolucent lines around proximal tibial replacement:a preliminary report. J Bone Joint Surg (Am), 1993, 75: 976－ 987.

　　8，Chao EY, Sim FH. Modular prosthetic system for segmental bone and joint replacement after tumor resection. Orthopaedics, 1985, 8: 641－ 651.

　　9，Gottsauner－ Wolf F, Egger EL, Schultz FM, et al. Tendons attached to prostheses by tendon－ bone block fixation: an experimental study in dogs. J Orthop Res,1994, 12:814－ 821.

(收稿日期：2000-05-04)