长沙医学院临床学院湖南长沙410219
摘要：目的：探讨假体植入术后关节腔内聚乙烯微粒浓度与假体周围骨溶解的组织学与组织化学计量关系。方法：将30只新西兰兔随机按膝关节左右分成AL、AR、BL、BR、CL、CR小组）每小组10膝），将合金棒植入股骨髁间骨隧道，缝合关节囊。各组分别于术后第2、4、6、8、10、12周向膝关节腔内注射实验液，其中AL且为生理盐水，AR、BL、BR、CL、CR组分别为不同浓度的聚乙烯微粒悬液，第14周处死动物，检测假体周围骨溶解情况,分析聚乙烯微粒浓度与假体周围骨溶解的组织学与组织化学计量关系。结果：AL组假体未见骨溶解现象，AR、BL、BR、CL、CR组可见不同程度骨溶解现象。从AR、BL、BR、CL、CR组，假体周围界膜组织内巨噬细胞和破骨细胞总个数随聚乙稀微粒浓度的增高而增多）P<0.01）；从AL组到CR组，假体周围最大溶骨宽度及溶骨面积随聚乙稀微粒浓度增大而增大，其中，AR组和BL组之间区别无统计学意义）P＞0.05）,BL、BR、CL、CR组之间区别具有统计学意义）P<0.05）：从AR组到CR组，TNF-α及IL-1的含量随聚乙稀微粒浓度的增大而增多，其中AR组和BL组之间区别无统计学意义(P>0.05）,BL、BR、CL、CR组之间区别有统计学意义(P<0.05）.结论：聚乙烯微粒浓度与假体周围骨溶解的组织学与组织化学存在正比例计量关系。
关键词：关节冲洗;聚乙烯微粒;关节松动
人工关节置换术挽救了许多病变关节的功能,提高了病人的生活质量。然而,由磨损颗粒诱导的假体无菌性松动却始终是困扰临床的一个难题,如何防治无菌性松动是延长人工关节使用寿命、避免关节翻修术的关键。多数学者认为,假体磨损产生的微小颗粒诱发假体周围组织产生一系列生物学反应.并导致假体周围骨溶解,是人工关节置换术后远期松动的主要原因[1]。许多学者从减少磨损颗粒的产生、阻止颗粒在假体-骨界面间的移动及对假体材质和设计安装的改进等方面做了很多努力,但均未彻底解决假体无菌性松动的难题。国外有人将不同大小的聚乙烯微粒与一定数量的巨噬细胞按不同比例进行了体外培养，证实直径为0.3-10μm大小的聚乙烯微粒可激活巨噬细胞引起骨溶解，并存在某种关系[2]。迄今为止，国内外各种相关研究均未能直接证明聚乙稀微粒浓度与假体周围骨溶解在体内是否存有组织学与组织化学计量关系，因此本研究通过动物实验讨论假体植入术后关节腔内，聚乙烯微粒浓度与假体周围骨溶解的组织学与组织化学的计量关系。
1材料与方法
1.1实验动物及分组
选择30只健康成年新西兰兔）由长沙医学院基础学院提供），体重2.2-3.0公斤，随机分为A、B、C三组）每组10只），再按膝关节左右侧分别进一步将三组实验动物分成AL、AR、BL、BR、CL、CR小组）每小组10膝）。
1.2实验方法
A、B、C三组实验兔均在术前肌注安定）2mg）镇静，阿托品）0.02mg/Kg）减少口腔内唾液腺的分泌，然后用3%戊巴比妥钠溶液静脉麻醉C30mg/Kg）。手术部位为后肢双侧膝关节。将实验兔用3%戊巴比妥钠溶液静脉麻醉后，取仰卧位，固定稳妥，术野备皮，络合碘常规消毒，铺巾单，取左膝关节前内侧纵行切口，长约2cm，依次切开皮肤、皮下及深筋膜，切开关节囊，将髌骨翻向外侧，显露股骨髁间，用直径3mm钻头从股骨髁间沿股骨干轴线钻一长1.5cm的隧道,生理盐水反复冲洗隧道。将直径3mm、长1.5cm的钛合金棒）模拟假体）植入股骨髁间骨隧道,确定假体无松动后，淸洗伤口，关节腔内留置庆大霉素8万单位预防感染，缝合关节囊、皮下及皮肤。同法行右膝关节假体置入术。术后三天内伤口络合碘消毒，无菌纱布覆盖伤口。术后5天内肌注青霉素，40万单位/次，每天一次；肌注庆大霉素2万单位/次，每天一次。观察伤口愈合情况、饮食情况及膝关节活动情况。术后第2、4、6、8、10、12周的最后一天，实验兔取仰卧位固定，双侧膝关节备皮，络合碘常规消毒，行膝关节腔内注射。AL组膝关节腔内每次注射生理盐水0.5ml，AR、BL、BR、CL、CR组膝关节腔内每次分别注射浓度为1X108、1X109、1X1010,1X1011,1X1012个/ml的聚乙烯微粒悬液0.5ml。术后14周，空气栓塞法处死所有实验兔，双膝关节消毒后，切开关节囊，观察假体有无明显松动，线锯截取双侧股骨远端2cm，取出假体，用薄骨刀沿隧道中央将骨标本纵行切成两半。一半骨标本用甲醛浸泡，供切片并在光镜下观察界膜骨溶解情况；另一半标本刮取假体周围全层界膜组织，分别用做细菌培养及TNF-α与IL-1含量的测定。
1.3观察指标、方法及评价
1.3.1假体周围界膜内巨噬细胞及破骨细胞总数量
低倍镜随机选择6个视野行巨噬细胞及破骨细胞总个数计数，取平均值。根据Mirra的半定量标淮，分成0+、1+、2+、3+四个等级，0+:1-5个；1+：6-10个；2+:11-15个；3+:>15个。用秩和检验法进行统计学分析。
1.3.2假体周围最大溶骨宽度及溶骨面积的计算
显微镜下观察界膜全长，选择骨溶解最宽的视野，测量骨溶解的最大宽度。标出骨溶解的边界及范围，分析系统测量骨溶解的面积。
1.3.3假体周围界膜组织中TNF-α与IL-1含量的测定。
取0.2g界膜组织，放射性免疫测定假体周围界膜组织中TNF-α与IL-1含量。
1.4统计学分析与处理
计量资料釆用秩和检验比较组间差异，计数资料采用x2检验。所有数据采用SPSS21.0统计软件处理。
2结果
2.1假体周围界膜组织内巨噬细胞及破骨细胞总数量
从AL至CR组，假体周围界膜组织内巨噬细胞及破骨细胞总数量逐渐增多，其组间区别具有显著统计学意义）P<0.01），见表1。
2.2假体周围最大溶骨宽度及溶骨面积
AL组未观察到骨溶解现象，其它各组假体周围的最大溶骨宽度及溶骨面积随聚乙稀微粒悬液浓度的增高均有所增加。其中，AR组与BL之间最大溶骨宽度及溶骨面积区别无统计学意义（P>0.05）;从BL组到CR组，各相邻组间假体周围最大溶骨宽度及溶骨面积区别显著）P<0.01），见表2。
2.3假体周围界膜组织中TNF-α与IL-1含量
AL组TNF-α及IL-1含量显著低于其它组(P<0.01）；BL组TNF-α与IL-1含量较AR组髙，但区别无统计学意义）P>0.05）;BL组到CR组，随聚乙稀微粒悬液浓度的增加，TNF-α与IL-1含量呈迅速递增趋势，各相邻组间区别具有统计学意义）P<0.05），见表3。
3讨论
磨损颗粒引起假体周围骨溶解正受到学术界的广泛关注。相关研究资料表明[3-4]，引起人工关节假体周围骨溶解的磨损颗粒主要为聚乙稀微粒。KeppleNJ等[5]通过动物实验已证明了一定大小、形态的聚乙稀微粒可引起假体周围骨溶解。张杰[6]等在人工关节假体周围界膜组织中发现了大量巨噬细胞、异物巨细胞及被其吞噬的聚乙稀微粒，并通过实验证明了假体周围骨溶解与巨噬细胞释放的TNF-α及IL-1关系密切。AbboodHM等[7]的研究结果显示TNF-α可以在核因子受体激动子配体）RANKL）存在的条件下直接诱导破骨细胞前体细胞分化成熟，从而导致骨溶解。PeixotoD[8]等研究表明IL-1可促进破骨细胞产生并延长破骨细胞寿命；李永祥[9]等亦证明了假体周围骨溶解现象与TNF-α及IL-1的含量呈正相关。
国外有人将聚乙烯微粒与巨噬细胞按不同比例进行了体外培养,证实了聚乙烯微粒可激活巨噬细胞引起骨溶解并存在着一定的比例关系[10]。但国内外各种相关研究均未能直接证明聚乙稀微粒浓度与假体周围骨溶解在体内是否存有量效关系[11]。以前研究者进行动物实验时使用的聚乙稀微粒平均直径大于2um,但近来研究表明[12]，关节磨损颗粒中的90%的聚乙稀微粒直径小于1um,平均直径为0.5um而体外研究表明[13]，聚乙稀微粒直径大于7um或小于0.2um，对巨噬细胞的刺激作业就会明显下降。本课题实验采用的聚乙稀微粒直径为0.5um，其微粒大小更接近于人体关节内聚乙稀微粒的直径。通过假体周围界膜组织内巨噬细胞及破骨细胞总数量、骨溶解的最大宽度、溶骨面积及假体周围界膜组织中TNF-α及IL-1含量等五个指标来评价聚乙稀微粒浓度与假体周围骨溶解的量效关系，结果比较客观和直接。
结果表明，当假体周围无聚乙稀微粒时，假体周围界膜为一层结构致密，细胞成分稀少的胶原纤维，未观测到溶骨现象，界膜内巨噬细胞及破骨细胞总个数较少，界膜组织中TNF-α及IL-1含量低；其中TNF-α含量为5.30ug/g,与范卫民[8]测量的人体骨折内固定钢板周围界膜的含量相近。当关节腔内注射的聚乙稀微粒浓度为1X108个/ml时，光镜观察到假体周围界膜组织内巨噬细胞及破骨细胞总数量与关节腔内无聚乙稀微粒时差别不大，无统计学意义。实验结果还表明，聚乙稀微粒浓度与假体周围骨溶解之间在体内存在“量效关系”，且当聚乙稀微粒浓度超过1X109个/ml时，假体周围骨溶解即呈迅速上升的趋势，该结果从理论上支持，如果减少有效关节腔内已经存在的聚乙稀微粒数量就能不同程度的减少进入骨-假体界面的聚乙稀微粒数量，从而缓解骨溶解，改善聚乙稀微粒与假体周围骨溶解之间的恶性循环。本实验中，实验兔饲养时间为3个半月，而在人体内，关节置换的假体使用时间一般为15年左右，聚乙稀微粒与假体周围组织的生物学反应时间远远大于本课题实验兔的反应时间；另外，限于动物实验部规定，本组实验兔均为单笼喂养，动物的活动幅度、活动时间及活动范围均有限，而人体关节的活动幅度、活动时间及活动范围均远远大于实验兔，聚乙稀微粒进入人体骨-关节界面的机会及数量也会更多，故在人体内聚乙稀微粒浓度与假体周围骨溶解呈正相关的趋势也会更显著。
参考文献
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