人工关节假体周围骨溶解发病机理的研究

假体无菌性松动是人工关节置换术后常见的并发症之一,也是限制人工关节使用寿命的主要因素.近年来的研究表明,假体周围骨溶解是引起人工关节松动的主要原因.骨溶解,曾被称之为"骨水泥病",初认为是与骨水泥有关的一种假体周围骨的吸收性损害.但随后研究发现,无论骨水泥型或非骨水泥型假体都可以发生类似现象.引起假体周围骨溶解的原因及其发展过程尚未完全清楚,目前认为主要与假体磨损产生磨损颗粒诱导的生物学反应有关.其它因素如应力遮挡、关节液压力等对骨溶解发生、发展也起一定的作用.

磨损颗粒体内诱导血管内皮生长因子的表达

[目的]研究植骨气囊模型体内血管内皮生长因子(VEGF)的表达及变化规律,探讨其在人工关节无菌性松动发生过程中的作用.[方法]建立人工关节无菌性松动小鼠植骨气囊模型,在实验组小鼠气囊内注入磨损颗粒悬浮液,对照组气囊内注入生理盐水,分别于植骨后1、2、3周分批处死小鼠,取囊壁连同颅骨片组织行HE染色观察囊壁炎症反应、骨片边缘溶解情况,半定量RT - PCR及免疫组织化学染色法观察VEGF基因及蛋白表达量的变化.[结果]接受磨损颗粒的实验组在各时间点VEGF基因表达量及阳性细胞率均明显高于对照组(P＜0.05),其中以2周时表达量高(P＜0.05)；且实验组炎症反应、骨片边缘溶解情况及微血管数量也相应地明显于对照组.[结论]磨损颗粒在体内可以诱导VEGF的表达,VEGF在假体周围微血管的生成、炎性细胞浸润及骨溶解中起重要作用.

真空球磨法体外制备人工关节金属磨损颗粒

本实验研究了一种体外制备人工关节金属磨损颗粒的方法,验证其在人工关节无菌性松动的实验研究中应用的可行性.[方法]通过真窄球磨法体外制备人工关节金属磨损颗粒,同时对磨损颗粒进行元素分析,扫描电镜观察,激光粒度仪检测,并与RAW264.7细胞共培养,检测细胞毒性.[结果]真空球磨法体外制备人工关节金属磨损颗粒直径<5μm,与体内分离的人工关节金属磨损颗粒理化性质一致,在试验浓度(通常低于1mg/ml)没有显示细胞毒性.[结论]真空球磨法体外制备人工关节金属磨损颗粒简便易行,重复性好,可以用于相关的细胞学研究.

药物抑制磨损颗粒所致骨溶解的动物实验研究

[目的]探讨药物预防人工关节磨损颗粒致假体周围骨溶解及无菌性松动的可能性.[方法]成年新西兰兔双侧股骨髁和胫骨平台横向钻4 mm×8 mm孔洞,不同部位分别植入CoCr合金(平均5.38 μm)、Ti合金(平均3.21 μm)及超高分子聚乙烯(UHMWPE)颗粒(12～200 μm)各1 mg,植入组配相同者为1组,共4组,每组3只.随机确定给药组,分别经口饲给予非选择性COX阻断剂-消炎痛0.5 mg/kg体重、钙通道阻滞剂-尼群地平0.1 mg/kg体重以及破骨细胞抑制剂-阿仑膦酸钠0.1 mg/kg体重,生理盐水为空白对照,2次/d,双盲实验.术后12周处死取材,脱钙切片,组织学观察、计算机图像分析测量并计算BA/TTA比值.[结果]CoCr合金和Ti合金颗粒各组切片中少见颗粒,正常松质骨表现.空白对照组双折光性UHMWPE颗粒周围大量炎性纤维组织细胞反应;消炎痛与尼群地平组相似,组织细胞反应相对空白对照组稍弱,偶见增生纤维组织中骨样组织存在.阿仑膦酸钠组UHMWPE颗粒包埋于骨组织中,组织细胞反应及纤维组织增生少见,间有髓样组织.UHMWPE颗粒阿仑膦酸钠组BA/TTA比值明显高于空白对照组(P<0.01),消炎痛和尼群地平组之间及其与空白对照组之间则无显著性差异(P>0.05).[结论]药物抑制或预防磨损颗粒性骨溶解及假体无菌性松动具有一定的可行性,其中阿仑膦酸钠的作用较为肯定,值得进一步作体内外相关研究及临床验证.

磨损颗粒诱导基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白酶9生成实验研究

[目的]研究和比较氧化铝陶瓷和高分子聚乙烯磨损颗粒在air-pouch动物模型体内诱导基质金属蛋白酶2(MMP-2)和基质金属蛋白酶9(MMP-9)产生及表达变化,探讨在不同磨损颗粒作用下明胶酶表达规律及其在人工假体无菌性松动病理过程中的意义.[方法]构建小鼠air-pouch动物模型.实验组分别注射氧化铝陶瓷颗粒悬液3 ml (A组)和高分子聚乙烯颗粒悬液3 ml (B组) ,对照组注射磷酸盐缓冲盐水3 ml.分别于注射后第3、7、14 d后各处死动物8只取出air-pouch囊壁组织,光镜下细胞计数反映炎性细胞浸润和增殖程度,半定量RT-PCR及免疫组织化学染色法观察MMP-2、MMP-9基因及蛋白表达量的变化.[结果]实验组炎性细胞计数、MMP-2、MMP-9基因表达量和MMP-2、MMP-9阳性细胞率差异均有显著性(P<0.05);且各时间点B组均高于A组(P<0.05);第14 d时,B组明显高于A组(P< 0.01).[结论]两种磨损颗粒均能诱导MMP-2、MMP-9 mRNA及蛋白的表达,并且高分子聚乙烯颗粒组高于氧化铝陶瓷磨损颗粒组.

人工关节金属磨损颗粒体外制备分离方法的实验研究

[目的]设计一种体外制备、分离人工关节金属磨损颗粒的方法,并验证这种颗粒用于医学实验的可行性.[方法]用钛铝钒合金、钴铬钼合金材料分别制成球磨罐(国家发明专利,申请号:03142073.7), 球磨罐内装有用同种材料制成的磨块;向该球磨罐内注入模拟生物体液;震动球磨得到颗粒混悬液.梯度离心获得金属颗粒.对颗粒进行:(1)元素成分鉴定;(2)颗粒大小鉴定和粒度分析;(3)扫描电镜对颗粒的表面形态观察;(4)将颗粒与J774A.1巨噬细胞共同培养,观察细胞吞噬颗粒的情况.[结果]通过此方法成功产生并分离出大量直径1 μm左右的钛合金和钴铬钼合金颗粒.(1)元素分析证实整个处理过程中无杂质成分污染;(2)钛合金颗粒的平均直径Dv90∶1.009,钴铬钼颗粒的平均直径Dv90∶1.008,粒度分布曲线基本成正态;(3)扫描电镜图象显示颗粒大小均匀,形状多为不规则,与体内颗粒极为相似;(4)J774A.1巨噬细胞能完整吞噬2种材料的颗粒.[结论]此方法能持续大量产生人工关节假体金属材料的磨损颗粒,产生的颗粒能在各方面很好地模拟体内磨损颗粒,为今后人工关节假体松动相关研究的体内、体外研究提供可靠的颗粒来源.

红霉素抑制磨损颗粒诱发体内骨溶解的研究

[目的]通过小鼠体内磨损颗粒颅骨溶解模型研究红霉素(erythromycin,EM)抑制磨损颗粒诱发骨溶解的效果.[方法]24只8周龄的C57BL/J6雄性小鼠随机分为4组:聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl-methacrylate,PMMA)组接受PMMA 30 mg颗粒植入颅顶部,PMMA+2EM组接受30 mg PMMA颗粒植入加每天EM 2 mg/kg腹腔内注射,PMMA+10EM组接受PMMA 30 mg颗粒植入加每天EM 10 mg/kg腹腔内注射,对照组接受假手术.7 d后取出颅骨进行病理学分析.[结果]颅骨破坏面积对照组为0.079 mm2±0.011 mm2,PMMA组0.335 mm2±0.129 mm2,PMMA+2EM组0.094 mm2±0.019 mm2,PMMA+10EM组0.091 mm2±0.028 mm2.对照组颅骨实验区域内破骨细胞计数为5.3±1.0 个,PMMA组为19.2±5.3 个,PMMA+2EM组为6.6±1.1 个,PMMA+10EM组为6.1±1.9 个.与对照组相比,PMMA颗粒可以诱发骨溶解(P＜0.001),而EM治疗可以抑制PMMA颗粒诱发的颅骨溶解(P＜0.001),及破骨细胞生成(P＜0.001).[结论]EM可以抑制PMMA磨损颗粒诱发的骨溶解.

磨损颗粒诱导细胞外基质金属蛋白酶诱导因子表达及机制研究

[目的]观察磨损颗粒诱导EMMPRIN产生及PDTC对EMMPRIN表达影响,探讨EMMPRIN在炎症反应中的作用及其调节机制.[方法]构建小鼠air-pouch动物模型,实验组囊腔内注射颗粒悬液3 ml(B、C组),对照组注射磷酸盐缓冲盐水3ml(A组),即日起A组、C组每天腹腔注射0.1 ml PDTC溶液,B组注射等量生理盐水,给药后第3、7、14 d后各处死动物8只取出air-pouch囊壁组织,行大体、组织学观察,半定量RT-PCR、免疫组织化学、westem-blot检测.[结果]在B组、C组小鼠背部可见一白色、质脆椭圆形囊壁组织,光镜下可见大量炎性细胞浸润,A组背部皮下可见一透明壁薄囊腔,磨损颗粒均能诱导囊壁组织EMMPRINmRNA及蛋白的表达,且呈时间依赖性.7、14dC组EMMPRIN mRNA、蛋白及NF-κBP65的表达少于B组(P＜0.05),A组明显少于C组(P＜0.01).[结论]磨损颗粒可以刺激EMMPRIN的产生,EMMPRIN的生成可能受NF-κB的调节.

髋或膝置换术后磨损颗粒在肝脾和腹腔淋巴结的分布

髋膝关节置换术后磨损颗粒在肝脾及腹部淋巴结的弥散

目前人们已认识到关节置换假体磨损和腐蚀产生的颗粒可诱导骨溶解和假体松动。本文 研究了全髋、膝关节置换术后，假体磨损颗粒弥散至肝、脾、腹部淋巴结的机率及其造成的 病理改变。　　取29人尸检标本及2名假体置换失败患者的活检标本进行分析。对组织切片染色后用光学显 微镜观察，可以看到颗粒集中及相关组织的反应。金属颗粒用电子显微镜来观察。聚乙烯颗 粒经“油红-O”染色后用相差显微镜观察，聚乙烯颗粒成分可用红外线光谱和热阶分析来得 到证实。　　在经尸检的人中，死因都与关节置换无关。21人生前仅做过一次全关节置换，11人的髋假体 平均使用69个月(43～117月)，10人的膝关节假体平均使用84个月(31～179月)。另8个接受 尸 检的人中生前进行了髋关节置换，他们的人工关节有一个以上的部件发生松动，并且进行了 翻修。从初行关节置换到死亡平均174个月(47～292月)，从后一次假体翻修到死亡的时 间平均71个月(1～130月)。在经过髋关节假体翻修手术的8人中，肝、脾内出现金属磨损颗 粒 的机率是7/8，明显高于假体功能良好的髋关节置换(2/11)及膝关节置换(2/10)的病人。磨 损 颗粒的主要来源是非负重面，而不是负重面。尸检取出28名患者的腹主动脉旁淋巴结，发现 其中19人(68%)有金属磨损颗粒。在尸检的29人中发生金属磨损颗粒弥散至肝、脾的有11人( 38%)，而且在他们的肝、脾中出现没有明显病理意义的 少量巨噬细胞聚集成团的现象。聚乙烯颗粒会引起同样的反应，即主动脉旁淋巴结弥散者68 %(19/28)，肝、脾弥散的占14%(4/29)。弥散的金属颗粒大小多在1.0um以内。目前尚缺少具 有敏感性和特异性的方法去观察微量的聚乙烯颗粒沉积的情况，因此，聚乙烯颗粒在肝、脾 中的实际沉积量可能比我们测得的要多。

人工全髋关节硬对硬界面的选择

在导致人工关节中远期失败的原因中,磨损和松动是重要的因素.磨损产生的颗粒及由此引起的组织反应是假体中晚期松动的原因,在减少止磨损颗粒的产生,降低磨损颗粒引起的组织反应,以防止假体松动发生的研究中,硬对硬界面因具有良好的滑动性和极低的摩擦系数,越来越受到关注.所谓硬对硬界面是相对于金属或陶瓷股骨头对聚乙烯内衬这种硬质材料对软质材料的搭配而言的.目前的硬对硬界面有陶瓷对陶瓷(CoC,常被简称为全陶)、金属对金属(MoM)和陶瓷对金属(CoM)三种.三种组合各有利弊.

人工关节后期无菌性松动的研究进展

人工关节置换术历经近半个世纪的发展和改进,使病废的关节功能得以恢复,明显提高了患者的生活质量和工作能力,因此接受人工关节置换术的病人迅速增加.但人工关节长期使用导致的无菌性松动是导致人工关节置换术失败的主要原因.因此人工关节后期无菌性松动已成为目前困扰人工关节外科医生的严峻课题,并随时间推移越加突出.而针对这一严峻课题的各项研究也正在不断深入,虽然这方面的研究还不完善,其病因病机还没有完全明确,但已有众多研究表明,人工关节后期无菌性松动主要与以下五方面的因素有关:磨损颗粒的产生和扩散、界面膜组织的形成、破骨细胞的激活和骨溶解、应力遮挡及对金属微粒的致敏,现综述如下.

药物防治假体周围骨溶解研究进展

全关节置换术后的磨损与磨损颗粒的生物学对关节的影响仍然是关节外科重要的问题.虽然在改进关节负重面特性上做了大量工作以使假体更耐磨.然而,负重面总是有磨损颗粒产生,用药物去干预磨损颗粒所继发的炎症反应和骨破坏是防治假体周围骨溶解的一个重要手段.现将有关药物防治假体周围骨溶解的研究状况整理如下.

人工关节松动与磨屑及细胞因子的关系

人工关节置换历经了30多年的发展与改进,使用寿命已大大提高.过去,人工关节置换术后的感染是重要的并发症,如今,因操作技术改进与抗生素水平的提高,假体的松动逐渐成为人工关节置换术的首要并发症.随着临床实践和研究的深入,人们开始认识到"磨屑"即假体磨损颗粒是引起松动的重要因素.

NF-κB抑制剂PDTC抑制UHMWPE磨损颗粒诱导界膜组织产生TNF-α的实验研究

目的 探讨NF-κB抑制剂PDTC对高分子量聚乙烯磨损颗粒(UHMWPE)诱导的假体周围界膜组织产生TNF-α的影响,寻找防治假体周围骨溶解的方法.方法 用昆明小鼠24只构建air-pouch模型,随机分成两组,每组8只,阳性对照组(囊内注入UHMWPE颗粒悬液,腹腔注射生理盐水);实验组(囊内注入UHMWPE颗粒悬液,腹腔注射PDTC),阴性对照组(囊内注入生理盐水,腹腔注射PDTC),7天后处死动物,ELISA法检测囊壁组织中TNF-α的含量.结果 阳性对照组囊壁组织TNF-α含量为6.342910.7475(OD/克);实验组囊壁组织中TNF-α含量为5.0428±0.8105;阴性对照组囊壁中TNF-α含量为3.5010±0.7248.其中阳性对照组与实验组、阳性对照组与阴性对照组、实验组与阴性对照组之间两两对比均有显著统计学差异(P＜0.01).结论 NF-κB抑制剂PDTC能够抑制UHMWPE颗粒诱导的界膜组织中TNF-α的产生,对假体周围骨溶解有防治作用.

髋假体高分子聚乙烯磨损的研究进展

人工髋关节假体的磨损不仅能造成关节假体本身的破坏而引起机械性失败,还能产生大量磨损颗粒(weardebris)诱导假体周围骨溶解(osteolysis).无菌性松动的病例行翻修手术时,在骨与假体之间可见一层纤维结缔组织-界膜(interface membrane).1983年Goldring等[1]首先对其进行了描述,并证实该界膜组织具有产生骨吸收因子PGE2和胶原酶的能力.通过对界膜组织的大量研究发现,界膜组织中存在大量假体磨损颗粒.目前认为,这些磨损颗粒是引起局部骨溶解,继而导致假体松动的重要原因.任何人工髋关节的制造材料经磨损后都能产生磨损颗粒并出现在界膜组织中,而其中以高分子聚乙烯的磨损颗粒数目多且生物活性强,成为假体无菌性松动的重要原因.

姜黄素调节核转录因子-κB信号通道抑制磨损颗粒诱导骨溶解

目的 建立颗粒诱导骨溶解体外模型,探讨姜黄素调节核转录因子-κB(NF-κB)信号通道对骨溶解的作用.方法 将超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)和小鼠单核/巨噬细胞株RAW264.7细胞共培养,构建磨损颗粒诱导模型,加入姜黄素干预,分为4组:A:空白组;B:聚乙烯颗粒诱导组;C:聚乙烯颗粒诱导+低浓度姜黄素处理组;D:聚乙烯颗粒诱导+高浓度姜黄素处理组.提取每组细胞的蛋白,用Western blot检测NF-κB通路中的关键蛋白核转录因子抑制蛋白(IκBα)、磷酸化核转录因子抑制蛋白(p-IκBα)的表达.相同的分组方法处理细胞后,提取每组细胞的总RNA,使用实时定量聚合酶链反应(Real-time PCR)法检测NF-κB通路中转录因子c-Fos和活化T细胞核因子1蛋白(NFATc1)的表达.结果 (1)Western blot实验结果,B组IκBα与内参β-肌动蛋白(β-actin)灰度值之比IκBα/β-actin(0.029±0.004)低于其余3组(P=0.001)(A组:0.321 ±0.014,C组:0.352 ±0.019,D组:0.554 ±0.009),C组与D组比较(P=0.001);B组磷酸化IκBα/β-actin(1.450 ±0.081)高于其余3组(P=0.001)(A组:0.593±0.041,C组:0.480±0.023,D组:0.511 ±0.024),C组与D组比较差异无统计学意义(P=0.163).(2)Real-time PCR实验结果,B组中c-Fos (1.243 ±0.040)和NFATc1(1.255±0.009)的表达量高(P=0.000),C组中c-Fos(0.868 ±0.032)高于D组c-Fos(0.814 ±0.009,P=0.015),C组中NFATc1 (0.956 ±0.016)高于D组中NFATc1(0.624 ±0.009,P=0.001).结论 姜黄素可通过抑制NF-κB通道的激活抑制假体周围骨溶解的发生.

小鼠遗传背景对磨损颗粒诱发骨溶解的研究

遗传因素可能会影响患者对磨损颗粒的反应,从而解释当存在磨损的情况下有的患者不产生骨溶解,而有的产生严重的骨溶解.我们通过小鼠体内磨损颗粒诱发颅骨溶解模型来观察不同遗传背景对于磨损颗粒诱发骨溶解的影响[1,2].

氧化铝陶瓷和高分子聚乙烯颗粒诱导体内生物学效应和细胞凋亡的研究

人工假体磨损产生的颗粒诱导假体周围界膜的慢性炎症反应,终导致假体周围骨溶解[1,2].炎性细胞吞噬磨损颗粒后可以出现凋亡现象[3].本研究旨在观察磨损颗粒刺激后肿瘤坏死因子(TNF-α)的释放,并探讨细胞凋亡的动态变化与Caspase-3信号转导的相关性.

低剂量X线对钛颗粒干预成骨样细胞后的影响

目的 观察低剂量电离辐射(LDI)对钛(Ti)颗粒干预成骨样细胞MC3T3-E1后的影响.方法 不同浓度Ti颗粒与MC3T3-E1细胞共同培养后,接受LDI干预,采用细胞计数试剂盒(CCK-8)、酶联免疫吸附试验法(ELISA)、碱性磷酸酶(ALP)试剂盒、实时荧光定量聚合酶链反应(Real-time PCR)及茜素红染色法检测MC3T3-E1细胞的增殖、分化、矿化及炎性因子白细胞介素-6(IL-6)的表达.结果 照射后24h,Ti颗粒各组细胞活性(0.78±0.03、0.61 ±0.04、0.63 ±0.07)与对照组(1.00±0.10)比较显著下降(P＜0.01),但LDI对细胞活性没有显著影响.LDI对MC3T3-E1细胞的活性在照射48 h和72 h表现出抑制效应(P＜0.01).照射后7d,照射各组Ⅰ型前胶原羧基端肽(PICP)的浓度[(3.97±1.00)、(3.70±2.00)、(3.78±0.39)、(2.22 ±1.53) ng/g]与假照射各组[(3.32±0.84)、(2.47±0.94)、(2.51±0.50)、(1.39 ±0.40) ng/g]比较均升高,差异有统计学意义(P＜0.05);ALP结果显示照射后14 d,各个Ti颗粒浓度组ALP活性[(0.0123±0.0002)、(0.011 7 ±0.0006)、(0.011 5 ±0.0006)、(0.0120±0.0002)μmol/(min· μg)]均高于假照射组[(0.0108 ±0.0005)、(0.0091±0.0005)、(0.0095±0.0006)、(0.010 1±0.000 2)μmol/(min·μg)],差异均有统计学意义(P＜0.05).Real-time PCR结果显示LDI可有效降低Ti颗粒刺激后MC3T3-E1细胞IL-6的表达(0.86 ±0.12,P＜0.05).茜素红染色结果显示在Ti颗粒存在的情况下LDI仍具有促进矿化的效应.结论 LDI早期会加重Ti颗粒对成骨样细胞增殖的影响,但在Ti颗粒存在的情况下仍具有促进成骨样细胞分化、矿化的作用,同时可下调Ti颗粒刺激后成骨样细胞IL-6的表达.