金属-金属界面髋关节置换后的血清金属离子水平测定及分析

1、金属-金属界面髋关节置换后的血清金属离子水平测定及分析 中国组织工程研究 第20卷 第53期 20161223出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research December 23, 2016 Vol.20, No.53 www. CRTER.org ·研究原著· 崔 鹏，姜文学，范 猛，万彦林(天津市天津医院骨科，天津市 300211；天津市第一中心医院骨科，天津市 300192) 2 2 21 2 2016，20(53):7909-7916. DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.53.

2、001 ORCID: 0000-0001-9624-3071(姜文学) 文章快速阅读： 文题释义： 金属-金属髋关节表面置换：应用类人体髋关节臼柄式全髋假体，表面置换为髋臼帽及股骨头杯假体，覆盖重建股骨头和髋臼表面已破坏关节面，以恢复髋关节功能。表面置换可最大限度保留髋关节股骨侧骨量，方便翻修及更改全髋置换，适用于年轻患者，假体界面均为合金材料。 血清金属离子：全髋或表面假体主要成分为钴铬钼合金，界面之间摩擦产生金属碎屑，释放离子入血产生不良反应，血清中离子浓度可体现假体磨损程度，不同的假体位置会因为应力原因导致磨损程度不同。 摘要 背景：金属-金属髋关节假体适合活动量较大年轻患者，但界面之间

3、摩擦会导致金属碎屑释放金属离子入血，准确的测定及分析有助于指导临床操作。 目的：采用电感耦合等离子体质谱仪测定髋关节表面置换及金属-金属全髋置换患者不同时间血清钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)离子水平并对比探讨其影响因素。 方法：纳入髋关节表面置换患者共32例40髋，金属-金属全髋置换患者12例14髋，将6例正常人血清金属离子水平均值作为正常参考值，所有患者置换后均通过X射线及CT测量假体位置，应用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)可较准确测定髋关节置换后患者的血清金属离子水平。 结果与结论：表面置换假体Co离子水平置换后1年到达顶峰，较正常值高7.7倍；Cr离子水平置换后9个月到达顶峰

4、，为正常值7.5倍；Mo离子水平总体为上升趋势，置换后5年为正常7.8倍(P < 0.05)。全髋置换后5年Co、Cr离子水平分别为正常值10.6倍和9.8倍。应用电感耦合等离子体质谱仪可较准确测定髋关节置换后患者的血清金属离子水平，表面置换血清Co金属离子置换后1年到达峰值，Cr离子置换后9个月到达峰值，置换后5年趋于平稳。置换后5年全髋置换离子水平略高于表面置换。结果证实，金属-金属界面假体髋关节置换后金属离子水平较正常明显升高，且存在较明显的上升与趋于平稳的趋势，浓度高低与髋臼假体位置有密切关系，并受置换后关节功能影响明显。 关键词： 骨科植入物；人工假体；髋关节；表面置换

5、；全髋置换；金属-金属界面；金属离子；髋臼前倾角；髋臼外展角；Harris评分，电感耦合等离子体质谱仪 主题词： 组织工程；髋关节；髋臼 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 崔鹏，男，1985年生，山东省人，汉族， 2012年天津医科大学毕业，硕士，医师。 通讯作者：姜文学，博士，教授，硕士生导师，天津市第一中心医院骨科，天津市 300192 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2016)53-07909-08 稿件接受：2016-10-17 7909 Cui Peng, Master, Resident phy

6、sician, Department of Orthopedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China Corresponding author: Jiang Wen-xue, Ph.D., Professor, Masters supervisor, Department of Orthopedics, Tianjin First Center Hospital, Tianjin 300192, China www. CRTER.org Detection and analysis of serum metal ions concentratio

7、n level after metal-to-metal hip arthroplasty Cui Peng1, Jiang Wen-xue2, Fan Meng2, Wan Yan-lin2 (1Department of Orthopedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China; 2Department of Orthopedics, Tianjin First Center Hospital, Tianjin 300192, China) Abstract BACKGROUND: Metal-metal hip prosthesis is

8、suitable for young patients with a large amount of activity, but the friction between the interface will lead to metal debris, and release metal ions into blood. Accurate determination and analysis will help to direct clinical operation. OBJECTIVE: To determine serum cobalt (Co), chromium (Cr), and

9、molybdenum (Mo) ion levels at various time points in patients resurfacing arthroplasty of the hip (RSAH) and metal-metal total hip arthroplasty (M-M THR) by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), and analyze the influential factors. METHODS: We included 32 patients undergoing RSAH (4

10、0 hips) and 12 patients undergoing M-M THR (14 hips). Average metal ion value of six normal people was considered as normal reference value. Prosthesis position was measured by using X-ray and CT after replacement. ICP-MS could accurately determine serum metal ion levels in patients after hip arthro

11、plasty. RESULTS AND CONCLUSION: The concentrations of serum Co ion reached the peak at 1 year after operation, which was 7.7-fold relative to normal people. Cr ion reached its peak at 9 months after operation, which was 7.5-fold relative to normal people. Mo ion concentration kept the increased tren

12、d, reached 7.8-fold 5 years after replacement relative to normal people (P < 0.05). Five years after total hip arthroplasty, Co and Cr ions concentrations were 10.6-fold and 9.8-fold relative to normal people, respectively. ICP-MS could precisely measure serum metal ion levels after hip arthr

13、oplasty. Serum Co ions reached a peak at 1 year, and Cr ions reached a peak at 9 months, and stabilized after 5 years. Above ion levels were slightly higher than that of RSAH. These findings concluded that metal ion concentrations rose obviously compared to the normal level after metal-metal hip pro

14、sthesis, and had an obvious trend of increasing and stability. The concentrations had close relationship with the acetabulum prosthesis position, and affected by the joint function after surgery. Subject headings: Tissue Engineering; Hip Joint; Acetabulum Cite this article: Cui P, Jiang WX, Fan M, W

15、an YL. Detection and analysis of serum metal ions concentration level after metal-to-metal hip arthroplasty. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(53):7909-7916. 2-6 0 引言 Introduction 髋关节疾病多样化、年轻化的趋势，相当多的年轻患者需要行人工关节置换，而中青年患者日常活动量较大，假体寿命有限，长期疗效欠佳，因此更倾向于采用替代或保守的方法治疗。早期的金属对高分子聚乙烯摩擦界面假体近半个世纪来一直是人工关节的

16、标准配伍，然而这一“硬软”配对的人工关节中，高分子聚乙烯的磨损无法完全避免，越来越成为制约人工关节置换后远期效果的重要因素。金属-金属界面的假体材料有效的解决了这一问题，尤其是近年来的髋关节表面置换(resurfacing arthroplasty of the hip，RSAH)的兴起，假体关节面高度抛光降低了表面粗糙度且增加了润滑度。置换后股骨近端应力分布更符合生理状态，可避免应力遮挡、保留更多骨质、具备更优良的骨质条件，从而更有利于以后的翻修及全髋关节置换。 尽管金属-金属假体表面产生明显少的磨损，但其 7910 1 产生的颗粒在体内可释放金属离子。医学界对患者血 液和尿液金属离子水平升

17、高，金属假体超敏性、骨质溶解、染色体突变、致癌性、器官毒性这些问题存在普遍关注 7-8 ，而且也意识到一些行金属-金属髋关节置换的 9-10 患者通常会出现体内金属离子水平增高假体自身也会因骨溶解导致松动 11 。金属离子 水平过高有可能增加致畸、致突变及致免疫缺陷等，对 。 金属-金属假体的植入是否会增加癌变率也一直是争议的焦点。因此，实时监测及长期随访植入金属-金属假体的年轻患者体内金属离子水平，对防治并发症有重要意义。 试验的主要目的即应用电感耦合等离子体质谱仪(Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)，文章纳入试验组人群标

18、准进一步考虑了置换后功能对离子水平的影响，测定功能良好患者置换后不同时间血清中钴(Co)、铬(Cr)以及钼(Mo)离子的浓度水 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 1 对象和方法 Subjects and methods 1.1 设计 回顾性调查分析。 1.2 时间及地点 于2011年5月至2014年12月在天津第一中心医院骨科及天津医院关节外科完成。 1.3 材料 表面置换假体采用Wright公司的Conserve Plus假体25髋，Depuy公司的ASR-TM 3髋，施乐辉公司 的Birmingham hip resurfacing

19、(简称BHR)假体12髋。金属-金属界面全髋置换，均为Depuy公司的ASR MOM假体。 1.4 对象 纳入天津第一中心医院行髋关节表面置换患者32例40髋，其中男15例，女17例；年龄18-64岁，平均46.8岁；随访3个月到5年，平均2.7年；单侧24例，双侧8例；术前诊断为髋臼发育不良12例16髋，股骨头坏死7例8髋，强直性脊柱炎5例7髋，类风湿性关节炎3例4髋，骨性关节炎2例2髋，色素绒毛结节性滑膜炎2例2髋，髋关节内陷症1例1髋。 天津市天津医院金属-金属界面全髋置换12例14髋，髋臼发育不良4例4髋；股骨头坏死8例10髋，纳入试验组，与髋关节表面置换组共同测定金属离子水平，男5例

20、6髋，女7例8髋，随访时间5-7年。 上述患者44例拟行髋关节置换。将术前体内无任何金属植入物患者6例，作为正常对照组，男3例，女3例，平均47.4岁。 纳入标准：所有表面及全髋置换患者均无其他手 术史及其他疾病史；Harris髋关节功能评分大于85分者；作过11等大X射线及CT复查者，测量股骨头直径、髋臼假体前倾角、外展角，股骨假体颈干角、柄干角；采用髋关节后外侧入路者；病历资料完整，患者知情同意。 排除标准：肾功能异常；金属-金属全髋关节 置换为翻修置换后者。 1.5 方法 依照共同的纳入标准及排除标准，共取试验组44例，对照组6例。所有研究对象按以下同样的取样及检测方法测血清金属离子水平

21、，试验组成员以标准仰卧体位行同样的影像学检查。 每例患者准备1支2 mL密封盖塑胶试管，1支塑料吸管，1支3.5 mL塑料真空血清分离胶管，1支10 mL去掉金属针头的塑胶注射器，1支静脉留置针。均用去离子蒸馏水反复冲洗，烘干备用。 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH www. CRTER.org 空腹状态下留置针插入肘静脉后拔去金属针芯抽取静脉血，注入真空血清分离胶管，以3 500 r/min的转速离心5 min，用吸管取上层血清注入试管密封，-20 冷冻保存。每份样本取0.5 mL加入0.5 mL硝酸，静置反应24 h，加入4.0 mL去离子

22、蒸馏水混匀定容，8 000 r/min的转速下离心3 min取上清液检测。每份样品连续检测3次以减少仪器误差。 1.6 主要观察指标 经过上述前处理，应用南开大学中心试验室ICP-MS，由试验室研究人员协助操作监控设备，设置3种金属离子水平扫描范围为ppt(×10-12 )，减少空气中成分的干扰，多次测定血清金属离子水平。随访记录患者年龄、性别、体质量等一般资料，计算体质量指数，评估髋关节功能，计算Harris评分(满分100分，90分以上为优，85-90分为良好，80-85分为中，70-80分为尚可，小于70分为差)。 拍摄置换后髋关节11等大正侧位X射线及CT图像，记录股骨头假体

23、直径、于CT水平位股骨头中心的层面作为赤道面。髋臼前倾角为髋臼前后缘连线与双侧股骨头中心连线垂直线的外侧夹角、冠状位髋臼缘连线与髋臼下缘连线夹角为为髋臼切迹外展角，X射线片通过股骨颈的长轴与股骨干纵轴之间形成的角度为颈干角、表面假体柄长轴与股骨干纵轴之间角度为柄干角。综合各角度可准确评估术前患者髋关节的结构以及术后假体相对于人体前后轴的位置。 1.7 统计学分析 计量资料用x_ ±s表示，采用SPSS 18.0 统计学软件进行数据分析。不同时间点Co，Cr，Mo离子水平的差异采用单因素重复测量资料的方差分析，与髋臼假体角度、直径、性别关系采用成组设计的独立样本t 检验方法。相关性分析

24、采用Spearman秩相关分析法。P < 0.05为差异有显著性意义。 2 结果 Results 2.1 受试者数量分析 纳入髋关节表面置换者32例，全髋置换者12例，正常对照组6例，共计50例均进入结果分析，无中途退出者。 2.2 受试者基线分析 见表1。 2.3 不同时间血清金属离子水平 6例正常人血清Co质量浓度平均为0.71 g/L；Cr质量浓度平均为00.73 g/L；Mo质量浓度平均为00.84 g/L。作为3种金属离子水平的基础参照值。表面置换患者32例体内金属离子水平均较正常值显著升高，Co离子水平于置换后1年到达顶峰，平均为0 (5.46±0.31)

25、g/L，较正常值高7.7倍(P < 0.01)， 7911 )L/g (度浓 量质 子离 3个月 6个月 9个月 1年 2年 3年 4年 5年 图1 患者 32例表面置换后5年Co，Cr，Mo离子水平 Figure 1 Co, Cr and Mo ion levels in 32 patients 5 years after resurfacing arthroplasty of the hip 图注： 患者 32例表面置换后5年Co，Cr离子水平先上升后下降，并趋于稳定， Mo离子水平持续上升。 表2 非髋臼发育不良患者髋臼外展角与金属离子水平关系 (x_ ±s，n=

26、28，g/L) Table 2 Relationship between acetabular abduction angle and metal ion levels in patients without acetabular dysplasia 髋臼外展角 Co离子 Cr离子 Mo离子 < 40° ，> 45° 4.88±0.67 2.18±1.22 5.44±2.83 40° -45° 2.70±1.83a 2.40±3.80 2.94±2.24a 表注：与髋

27、臼外展角 < 40°，> 45°组比较，aP < 0.05。 表 4 试验组患者髋臼前倾角与金属离子水平关系 (x_±s，n=44，g/L) Table 4 Relationship between acetabular anteversion angle and metal ion levels in the test group 髋臼前倾角 Co离子 Cr离子 Mo离子 < 15°，> 20° 4.74±0.40 3.13±1.49 5.43±

28、;2.36 15°-20° 2.64±1.49a 1.27±0.92a 3.22±2.46a 表注：与髋臼外展角< 15°，> 20°组比较，aP < 0.05。 后缓慢下降，至置换后4年较正常值高5.6倍(4.00± 0.26) g/L情况下再次升高，置换后5年高6.3倍(4.60± 0.42) g/L，接近置换后2年(4.19±0.29) g/L水平。 Cr离子水平持续升高，于置换后9个月到达顶峰，平均(5.37±1.01) g/L，为正常

29、值7.5倍(P < 0.01)，后逐渐下降，置换后5年平均(1.00±0.04) g/L，接近正常水平(P > 0.05)。 Mo离子水平稍有起伏，总体为上升趋势，置换后5年平均(6.54±0.54) g/L，为正常7.8倍(P < 0.01)。较正常均呈现显著的高值(图1)。 全髋置换后5年Co、Cr离子水平分别为平均(7.12±0.97) g/L，(6.79±1.03) g/L，分别为正常值9.8倍和8.2倍，明显高于正常值(P < 0.01)，但与表面置换 7912 www. CRTER.or

30、g 表1 试验组与对照组基线资料比较 Table 1 Comparison of baseline data of test group and control group 项目 试验组 对照组 n 44 6 性别(男/女，n) 20/24 3/3 年龄(x_ ±s，岁) 46.83±2.67 47.41±1.82 体质量指数(x_ ±s，kg/m2 ) 26.62±1.41 27.34±2.36 随访时间(x_ ±s，年) 2.74±0.31 0 Harris评分(x_±s，分) 90.00±

31、2.79 96.00±1.31 血尿素氮(x_ ±s，mmol/L) 4.36±0.91 3.93±0.66 血肌酐(x_ ±s，mol/L) 92.07±3.79 97.13±4.02 表注：除例数与随访时间，各组基线资料差异无显著性意义。 表3 髋臼发育不良患者髋臼外展角与金属离子水平关系 (x_ ±s，n=16，g/L) Table 3 Relationship between acetabular abduction angle and metal ion levels in patients with a

32、cetabular dysplasia 髋臼外展角 Co离子 Cr离子 Mo离子 < 40°，> 45° 4.09±0.71 4.16±1.33 5.01±2.46 40°-45° 2.62±0.93a 3.78±1.82 4.82±2.01a 表注：与髋臼外展角< 40°，> 45°组比较，aP < 0.05。 表5 金属离子水平与各项指标的相关性分析 (rs) Table 5 Correlation a

33、nalysis between metal ion levels and various indicators 指标 Co离子 Cr离子 Mn离子 年龄 0.109 0.120 0.107 体质量指数 0.120 0.106 -0.091 术前Harris评分 -0.305 0.039 -0.088 置换后Harris评分 -0.490a 0.093 -0.205 股骨侧颈干角 0.338 -0.108 -0.037 假体柄干角 0.216 0.354 0.321 表注： aP < 0.05。 后离子水平无明显统计学差异(P > 0.05)，Mo离子水平接近正常(P

34、 > 0.05)。 2.4 金属离子水平与髋臼假体位置的关系 测量所有髋臼假体前倾角及外展角，与相应金属离子水平分组比较。髋臼发育不良患者髋臼及股骨侧术前可能存在比较大的畸形及股骨头的脱位，故术前髋臼大部分患者已存在较大形变，假体位置需做出相应调整，共计16例髋臼发育不良患者，髋臼假体外展角处于45°-50°时Co、Mo离子水平较< 45°或> 50°时显著降低(P < 0.05)，Cr未见明显变化，28例非髋臼发育不良患者Co离子水平于外展角处于40°-45°时较低前倾角处于1

35、0°-20°时各金属 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org CRTER.org 离子水平明显较低(P < 0.05)，不同前倾角间3种金属离子水平未见明显差异(表2-4)。 2.5 金属离子水平与股骨头假体直径的关系 金属对金属界面假体均为大头假体，但假体设计不同，表面置换与全髋置换股骨头直径行按术式分组，行组内分段直接电解腐蚀，再就是运动时假体界面间的摩擦产生的金属碎屑，前者反映了静态时假体材质流失，后者与患者活动量及假体安放位置有较大关系。有研究通过在体外将假体置于模拟体液的环境中再进行测定，已明确静态

36、下假体电解腐蚀量甚微，因此金属离子的产生主要来对比。表面置换假体股骨头直径最小40 mm，最大 自活动时假体界面磨损，金属离子的浓度水平反映了假 52 mm，以2 mm为组距分组对比，相邻两组间未出现明显差异。股骨头直径大于48 mm时，Co离子平均(4.02±2.12) g/L，低于股骨头直径小于48 mm时(5.73±2.34) g/L的平均值(P=0.045)。Cr，Mo离子水平不同直径间未见明显差异。全髋假体股骨头直径最小 44 mm，最大54 mm，以2 mm为组距分组对比，并以48 mm为界，未出现明显统计学差异。 2.6 金属离子水平与试验组患者年龄、性别、体

37、质量指数、Harris评分及股骨侧假体位置的关系 患者Co，Cr，Mo离子水平与年龄，性别，体质量指数，术前Harris、颈干角、外展角未见明显相关性(P > 0.05)，Co离子与置换后Harris评分存在负相关(rs=-0.490，P=0.039)(表5)。 3 讨论 Discussion 3.1 髋关节置换后血清金属离子水平及变化特点 国内外不同研究表明，体内金属离子水平的变化存在一定的规律性。目前关于髋金属-金属界面假体置换后体内金属离子的研究由于测定方法的不同与地域差异，离子水平的绝对值水平无很好的可比性，还未形成统一的标准。但相关研究普遍表示金属界面髋关节置换后，血中

38、金属离子的浓度普遍上升，并有一定的趋于平稳的现象 5-28 。分析这种现象的原因，假体关节 面要经过一个磨合磨损阶段，达到稳定磨损阶段后磨损会大大降低，金属颗粒相应减少从而减少了离子释放面积，与肾脏的代谢速度持平，从而趋于稳定。血中金属离子水平的常规监测和临床结果结合起来，更有助于评估置换后疗效 12 。文章测得Co，Cr离子水平在置换后均不 同程度升高，变化趋势与以往的研究相似。但不同于Co，Cr浓度水平的是，Mo离子水平并没有出现类似的起伏变化，这可能与代谢途径相异有关，不同离子的器官富集也不一致，另外假体中Mo含量较Co-Cr合金占假体近60%的比例来说是非常小的，是否会在更长时间后Mo

39、的释放与代谢才会出现平衡，从而出现类似的变化趋势，还需长期的随访观察。 置换后体内金属离子主要有2种来源：一是体液的 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 体的耗损程度，界面之间相对运动越多，之间的磨擦作用越多，对界面的影响逐渐积累增多。试验结果是Co离子与置换后Harris评分呈负相关，Co是假体的主要成分，可反映出功能障碍的状态下界面之间的相对运动受到限制，不良磨擦增多，局部的金属碎屑产生增多，导致金属离子的释放增多。但是Harris评分反映的是一个综合性的评价，量化参数比例较小，因此文章设定了大于85分的限制，这类人群置换后功能感觉满意度较高

40、且相似，减少了主观性判断的影响。 3.2 假体因素对金属离子水平的影响 假体安放位置影响了假体之间的接触面位置，不同的相对位置存在不同的应力效果，相对的磨擦程度也随之改变，影响了金属离子的释放，尤其是髋臼假体的外展角和前倾角对承重和摩擦的影响较大。离子水平很可能反映了假体是否安放合适，作为手术效果预后的参照14-15 。有效的假体 置入可降低骨质的边缘负载和撞击 16 。早在1978年， Lewinnek的经典文献就有髋臼假体安置的论证，安全范围为外展角30°-50°，前倾角5°-25°，此范围内脱位率最低。近年的研究更加具体，全髋置换臼杯位置和角度对假

41、体寿命和屈伸活动安全性有较大影响17 ，Hart 等 18 应用3D-CT测量发现，髋臼假体外展角大于55°， 前倾角小于15°或大于20°时，磨损会加重，Co、Cr离子水平会明显上升。最近David等 19 通过对723例髋关 节表面置换置换后的统计发现，外展角处于45°-50°时金属离子水平最低，失败案例中有80%超过了50°，过大的外展角在步态周期中股骨颈后部与臼杯撞击增大，保持10°-20°的前倾既能减少屈曲时的撞击，又提供了有效覆盖。本组研究的结果比较接近，髋臼前倾角处于15°-20°

42、时，血清金属离子水平较低，这个范围内髋臼假体对股骨头的覆盖较好，比较符合正常的髋关节解剖结构，髋臼与股骨头表面接触较多，因此应力分布均匀，关节稳定，磨损率低。如果髋臼不存在前倾，屈髋渐增至90°时，外展角则随之渐减为0°，股骨头会完全失去臼头的覆盖，但如果前倾角过大，在直立及行走时受力方向会偏向假体的后上方，会加大接触面的磨损。 关于髋臼外展角，术者在安放假体时一般放置外展 7913 假体直径是否影响了金属界面的磨损程度有待验证。2008年澳大利亚国家关节置换注册系统登记显示，股骨假体直径小于44 mm时，翻修风险较大于55 mm的高5倍。Langton等 20 通过76例

43、髋关节表面置换研究 报道称金属离子水平与股骨头假体直径呈负相关，小于51 mm时Co，Cr离子水平明显高于大于53 mm。试验结果表明Co离子水平在股骨头假体直径大于48 mm时明显较低，大直径的假体造成的金属离子释放要更少。原因可能是大直径假体在设计上更加能保持了界面半径间隙的均匀, 形成更加完整的润滑层，并且受变形影响小，可以维持充足的流体膜厚，这是降低假体间磨损率重要因素。小直径的假体更类似是一个承重点，而不是承重面，局部的磨损更为严重。但是文章的研究中，2-4 mm的小范围直径差假体之间并未出现明显的区别，可能与每组的样本量过少有关，国外的对照研究也提出金假体直径选择导致属离子的升高并

44、不意味着手术的失败 21 。金属-金属全髋假体相对与表面置换假 体相比，同等条件下全髋关节假体拥有相对更大的股骨头直径，但浓度略高，原因可能是此组假体随访时间相对较长，金属离子更加富集，假体柄在髓腔中虽然不存在大范围的相对运动，但也可能存在应力性磨损与电解释放，综合之下导致了这一结果，仍需进一步验证。 不同假体设计的因素也被部分研究单项列出。当前全髋置换，金属-金属全髋假体相对于主流的陶瓷-陶瓷界面假体，除外材料因素，大头径金属对金属髋关节假体拥有更好的关节活动度，更小的脱位机会和更小的磨损，对于年轻或较大运动量的患者有着良好的早期疗效，更多还原了髋关节的生理结构。表面置换目前使用 7914

45、www. CRTER.org 的假体主要为 Conserve Plus，BHR或 BMHR 假体，目前没有因为金属离子的不良反应而导致行翻修手术的病例报道 22-23 。澳大利亚骨科协会统计ASR假体因 金属过敏导致的5年累积翻修率为1.7%，但认为置换后早期高失败率与患者及医师因素无明确关系，假体离子水平偏高的原因可能是由产品本身因素引起。应力方式及制作工艺的原因，引起置换后金属离子的过度释放，导致手术失败24 。小尺寸ASR假体置换后金属颗 粒不良反应更高 25 。文章的研究中，各类假体的入组数 量相差较大，单独比较存在较大的误差率，因此未进行分组对照，有待进一步积累随访数据。 3.3 测

46、定方法对离子水平的影响 金属离子水平的测定，主要在于测量仪器的选择与检验样本的选取，先进的测量器材具有更广范围的检测阈值的敏感性，更加精确，有益于有效统计。正确的检验样本也决定了检测过程的稳定性与准确度。在较早的关于金属离子的研究中，大多采用原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry，AAS)，但人体中Co，Cr，Mo离子含量极低，而AAS的检出限一般仅为ppm(×10-12 )，检出率不高，无法完成有效对照。后来应用了石墨炉原子吸收法(graphic furnace atomic absorption spectrometry，GFAAS)，可以达

47、到较高的检出限，获得了离子水平的有效数据。但是无论AAS还是GFAAS，都只能进行单样本单元素的分析，且线性动态范围较窄，仅两三个数量级，检测不同元素需要进行不同的前处理，效率较低，误差率大。另外，鉴于它们是根据被测元素的基态原子对特征谱线吸收程度来进行分析的工作原理，血中其他元素会对目标元素产生很大的谱线干扰，准确性会明显下降。ICP-MS在环境科学及药物分析的研究中已开展应用，已被证实有较高的灵敏度与精确性，误差小，检出限高，可以达到ppt(万亿分之一) 26-27 ， 弥补了前述二者的不足。国外关于金属-金属假体置换后体内离子水平的研究ICP-MS已成为主要手段，可以进行单样本多元素测定

48、，样品消耗量少，耗时短，试验的重现率高，所得的结果可二次验证，测得的离子水平均在ppb水平(亿分之一)，且背景干扰程度低，误差率较小 28 。 选择血清为分析物基于以下考虑。ICP-MS对样品清洁度及纯度要求较高，高速离心血清基本可以去除血细胞等固体杂质，防止ICP-MS仪器损坏。国外同类研究中有的选择了同体的全血、红细胞作为分析物测得的离子水平均低于血清，文章认为，这可能与血清制备过 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 29 ，血清中含量与全血基本一致。也有采用24 h尿中金属离子水平与血清比较来反映假体磨损的研究，且有研究对金属离子水

49、平变化与肾功能的关系进行了追踪，认为术前肾功能对金属离子的浓度影响并不是很明显，置换后短时间内对金属离子的代谢速率比较稳定，尿中金属离子含量与尿体积正相关，与血清水平无关，且不存系统分布不均的问题 30-31 。但置换后金属离子释 放后，对肾脏会产生损害，虽然实验室检查肾功能各项指标可能仍处于正常范围内，但尿液中金属离子的浓度会上升，致使血清中的离子水平也随之上升，不适合进行金属植入 32 。文章认为，Co，Cr等金属离子主要通 过肾脏代谢，肾功能的良好与否对尿液中离子水平影响较大，不能反映循环系统中的金属离子水平高低。金属离子主要通过体内富集对人体产生影响 33 ，因此，尿液 测定结果临床意

50、义要小于血清。而关节液的离子水平可以较直观的反映假体磨损程度，但仅是局部的检验结果，且抽取关节液是有创操作，不能避免进针过程中有血液混入，影响了结果的准确性。 目前中国关于金属-金属界面髋关节置换，尤其是髋关节表面置换后金属离子释放的同类研究较少，中国人群仍缺少相关的大样本随访统计。坎贝尔骨科手术学中明确指出，虽然髋关节表面置换早期失败率相对较高，但其更适合年轻、活动量大的患者的优势不容置疑，股骨近端骨量保留大，不改变肢体长度与偏心距，利于翻修，对年轻人群，可作为首选的治疗方案。试验通过应用ICP-MS测定血清中金属离子水平，并仔细的根据统计学原理减少很多易混淆的因素，保持相当的可比性，但自身

51、仍存在样本量以及患者依从性、随访时间的限制，这影响了结果的精确度。但假体的正确置入，确实是减少同等条件下金属离子释放的关键，相信随髋关节表面置换患者数量的积累，通过对髋关节表面置换患者金属离子水平的进一步长期随访监测，文章可以逐渐克服研究的弱点，得到更加可靠的结果，指导临床操作规范的制定。 作者贡献：课题设计为通讯作者。试验设计及实施为第一作者。试验评估为通讯作者及第二作者。资料收集为第一、三作者。 利益冲突：所有作者共同认可文章内容无相关利益冲突。 伦理问题：试验方案已经与天津市天津医院及天津第一中心医院伦理委员会批准，血样的采取已取得经患者和 ISSN 2095-4344 CN 21-15

52、81/R CODEN: ZLKHAH www. CRTER.org 相关家属知情同意，检测结果予以告知并进行相关专业解释。 文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。 文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。 作者声明：第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据(包括计算机数据库)记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。 文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。 4 参考文献 References 1 姜文学,尤佳,李轶津,等.髋关节表面置换的近期疗效及其 并发症分析J.中华骨

53、科杂志,2009,29(9):858-863. 2 王晓永,张卫国,吕德成,等.金属对金属全髋关节置换与全 膝关节置换后早期钴铬钼离子的释出J.中华骨科杂志, 2009,29(10):920-923. 3 Back DL, Young DA, Shimmin AJ. How do serum cobalt and chromium levels change after metal-on-metal hip resurfacing? Clin Orthop Relat Res. 2005;438:177-181. 4 Kim PR, Beaulé PE, Dunbar M, et a

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56、resurfacing differ from metal-on-metal THA at midterm? Clin Orthop Relat Res. 2011;469(1): 180-187. 8 Visuri T, Borg H, Pulkkinen P, et al. A retrospective comparative study of mortality and causes of death among patients with metal on metal and metal on polyethylene total hip prostheses in primary osteoarthritis after a long term follow up. BMC Musculoskelet Disord. 2010;11:78. 9 Khan M, Takahashi T, Kuiper JH, et al. Current in vivo wear of metal-on-metal bearings assessed by exercise-relate