金属关节全髋关节置换术后陶瓷钴和铬的血清水平 (CoM)

假体周围骨质溶解与全髋关节置换术 (THR) 的无菌性松动有关。 据了解，这是对磨损颗粒的生物反应，聚乙烯碎屑被认为是长期失效的主要原因。

随着全髋关节置换术 (THR) 患者变得更年轻、更年轻、预期更长寿，减少轴承磨损变得越来越重要。 与金属-聚乙烯轴承的磨损和骨溶解发生率相比，金属对金属 (MOM) 和陶瓷对陶瓷 (COC) 等替代轴承的历史结果通常显示磨损率低得多，骨溶解似乎相当罕见. 对于磨合阶段和稳态阶段，金属-金属轴承的实验室磨损率通常分别在 1-7 mm3/百万次循环 (Mc) 和 0.1-1 mm3/Mc 范围内。

由于耐磨性，陶瓷对陶瓷和金属对金属轴承表面通常用于全髋关节置换。 陶瓷对陶瓷和金属对金属等替代轴承表面消除了聚乙烯磨损。 由钴铬钼 (Co-Cr-Mo) 合金制成的外植金属对金属关节已被证明具有极低的线性磨损率，而陶瓷对陶瓷轴承的线性磨损率更低。 1970 年，法国首次植入陶瓷对陶瓷关节。 长期报告显示出极好的临床效果。

陶瓷对陶瓷轴承具有低磨损和高生物相容性的优点。 氧化铝陶瓷颗粒基本上不溶于有机介质，因此电离作用并不重要。 然而，它们有一些局限性：脆性是陶瓷的主要问题，这可能导致临床相关的故障率（0.004% 的头部断裂和 0.22% 的衬里断裂。 尽管金属对金属 (MOM) 关节被视为与 UHMWPE 引起的骨质溶解相关问题的一种潜在解决方案，但血清中存在的金属离子及其潜在的局部和全身毒性作用仍令人担忧。

低磨损率被认为对于延长假体关节的植入物寿命至关重要，据估计，MOM 关节产生的磨损量比金属对聚乙烯轴承低 40-100 倍。 众所周知，MOM 假肢的磨损高度取决于材料、摩擦学设计和精加工技术。 回收的第一代和第二代 MOM 髋关节假体的临床研究表明线性穿透约为 5 μm/年。 这相当于大约 1 立方毫米/年的磨损量，比传统的聚乙烯髋臼杯低两个数量级。

少数使用第一代 MOM 假体的患者在体内 20 年后表现出良好的临床和影像学结果的观察结果导致了第二代 MOM 髋关节假体的开发，并于 1988 年将 Metasul 假体引入临床实践。 这包括一个钴铬合金股骨头，关节连接在一个钴铬合金髋臼杯上。 迄今为止，已植入超过 200,000 个 Metasul 组合。 短期临床表现令人鼓舞；磨损率低，需要翻修的假肢很少。 然而，长期临床表现尚不清楚。

尽管 MOM 髋关节假体的磨损率明显低于传统的 UHMWPE 金属对，并且磨损率低于高度交联的 UHMWPE 金属髋关节假体，但仍存在与这些轴承相关的问题。 据报道，磨损颗粒在纳米尺寸范围内，比 UHMWPE 颗粒小一个数量级。 因此，尽管磨损量低于 UHMWPE 轴承，但估计产生的颗粒数量更多，每步可能在 1 到 1000 万个颗粒之间。 这些小颗粒有可能通过淋巴系统分布到全身，颗粒存在于淋巴结、肝脏、脾脏和骨髓中。 由于 MOM 髋关节假体适用于更年轻、更活跃的患者，这些颗粒将在这些部位存在很长一段时间，可能是 30-40 年。

人们对金属对金属耦合释放的金属颗粒的生物反应表示担忧。 已在成功进行 THR 的患者的血液和血清中测量了钴和铬离子的水平，但缺乏关于陶瓷对陶瓷关节可能释放铝的信息。

更好地了解冶金学和摩擦学对部件磨损的影响以及制造技术的改进使得在全髋关节置换术中重新引入金属对金属关节成为可能。 据报道，新一代金属对金属组件具有出色的早期临床效果。 对以前的金属对金属轴承和现代植入物的检索研究表明磨损率较低。 这些坚硬的承重表面特别适合年轻和活跃的患者。 虽然金属对金属轴承产生的磨损碎片明显少于金属对聚乙烯轴承表面，但产生的碎片会导致身体长时间暴露在金属离子中。 对金属超敏反应、骨质溶解、染色体突变、致癌性和胎儿暴露于高离子水平存在担忧。 这些问题需要进一步调查，特别是年轻患者的长期暴露以及一些患者可能具有异常高的离子水平的认识。 从摩擦学研究、联合模拟测试和临床试验中，已经提出可以通过使用具有较大直径和合金中高碳含量 (0.2%) 的部件来减少磨损程度，调整部件的间隙，更好的种植体球形度和更低的表面粗糙度。

虽然研究表明，高浓度的纳米级金属磨损颗粒在体外对人类成纤维细胞和巨噬细胞具有细胞毒性，但也有人担心金属离子从这些小颗粒中释放出来，以及这些离子对细胞和细胞的潜在影响纸巾。 据报道，植入金属部件的患者的血液和尿液中离子浓度升高。 此外，与预期相反，没有确凿的证据表明在 MOM 假体的床上用品之后体内离子水平下降，在此期间假体的磨损更高。 钴和铬离子具有高毒性，人们非常担心亚致死剂量的金属离子的影响，这些金属离子已被证明会导致 DNA 损伤。 这种损害表现为染色体畸变和染色体易位。 担心的是，长时间接触会导致某些类型的癌症的发展，例如白血病和淋巴瘤。 在动物模型中，钴、铬和镍水平升高与癌症发病率增加相关。 然而，文献中关于全髋关节或膝关节置换手术后发生恶性肿瘤的报道极为罕见。 在八项关于 TJR 后癌症相对风险的流行病学研究中，只有一项研究专门针对 MOM 植入物。 与接受金属对聚乙烯髋关节假体的受试者相比，本研究未发现接受 MOM 髋关节假体的受试者患癌症的风险增加。 然而，就显示两种假体类型之间的差异所需的患者数量而言，迄今为止的所有研究都大大不足。

尽管如此，在接受金属对金属 (MOM) 髋关节置换术的患者的血液和尿液中仍检测到高浓度的钴和铬离子，即使这些元素会因轴承表面的磨损而释放出来。 金属离子水平升高的临床影响包括局部组织反应，其特征是髋关节周围组织中 T 细胞和 B 细胞的增加，并且与髋关节过早衰竭有关。 系统地，一份报告表明 CD8 阳性 T 细胞数量减少。 金属敏感性也是一个潜在的问题。 金属离子，无论是继发于磨损碎片还是通过腐蚀产生，都可能引发超敏反应。 可能会发生延迟细胞介导的反应或延迟型超敏反应，其中细胞因子由 T 淋巴细胞释放，并观察到巨噬细胞活化增加，这可能导致 T 细胞介导的假体周围骨质溶解。 许多金属可以引发超敏反应，最常见的是镍，其次是钴和铬。 因此，随着 MOM 髋关节植入物患者体内钴和铬离子浓度的升高，理论上存在发生超敏反应的风险。 最近，已经描述了与第二代 MOM 髋关节假体完全相关的免疫反应。 组织形态学变化表明对全金属植入物有一种超敏反应。 观察到这些患者在 11-60 个月（平均 29 个月）时出现早期临床失败，以及接受第二个 MOM 假体的患者没有出现任何症状缓解这一事实进一步加强了超敏反应假说。 相反，接受金属对聚乙烯或陶瓷对聚乙烯夫妇的患者报告说，他们的症状完全消失了。 在使用不含钴、铬或镍的关节假体的对照组患者中，不存在这些免疫反应迹象。 此类反应的报道越来越普遍；然而，这方面还需要更多的研究。 目前尚不清楚这些患者是否因为预先存在的金属敏感性而经历假体失败，或者是否由于高磨损轴承和升高的金属离子水平而发展为金属敏感性。 从理论上讲，对升高的金属离子水平产生超敏反应的可能性会增加，因此植入失败的风险也会增加。

为了减少这些限制的影响，例如 COM 轴承中陶瓷插入件的破损和减少 MOM 轴承中的离子释放，提出了陶瓷-金属混合耦合。 这种新型联轴器的理论优势可能会导致整形外科医生不加选择地使用它。