陶瓷全髖人工關節置換

背景                                                                

全髖關節置換手術是骨科最常用且最成功的手術之一1。嚴重髖關節炎、股骨頭壞死或其他複雜的髖關節問題，全髖關節置換術可以有優秀的治療成果。長期研究呈現優異的成績，超過 95%的患者疼痛有很大的緩解且日常例行活動的功能也能有效的改善，髖關節置換10 年後約 90%的病人仍有好的工作，20 年後80%的病人仍有正常運作的髖關節功能2。由於全髖關節置換手術的成功，越來越多的年輕患者正接受此手術。但問題是傳統的金屬和聚乙烯人工關節面(圖一)

隨著時間的長久，關節面會開始磨損，平均傳統全髖人工關節耐用大約 20至25 年， 一些更長，有些更短。然而，全髖關節置換在更年輕、活力更高的病人身上磨損會更快更嚴重。當全髖關節置換術磨損時，必須執行全髖關節再置換(revision)。不幸的是，全髖關節再置換手術是更複雜的，手術的結果不如初置換好。因此，骨科醫師會盡一切努力來延遲全髖關節置換的年齡，希望一旦人工髖關節植入後就可以耐用一輩子。很明顯，沒有人可以精確地預測全髖關節置換到底能耐用多長時間。因此，骨科醫師正在不斷尋找新方法來改進的全髖人工關節耐用的時間，陶瓷髖關節(圖二)

植入物是最新的發展之一，陶瓷髖關節植入物被一些骨科醫師認為具有較高耐磨的能力，耐用的時間將比傳統的金屬和聚乙烯植入物長久3,4,5。

最新的發展                                                          

為減少關節磨損，最近有全金屬(metal on metal)與陶瓷髖關節相繼上市，但前者因有金屬離子毒性的問題，使用上仍有疑慮，目前仍未被廣泛接受。陶瓷髖關節因植入物質地堅硬，且非常光滑，可以有效減少髖關節的磨損6,7，且沒有離子釋放的問題，目前可以被廣泛接受。傳統的金屬和聚乙烯(polyethylene)全髖關節置換，隨著時間的推移聚乙烯會慢慢地厲害磨損。磨損本身就會引起關節疼痛，而且聚乙烯的磨損會引起聚乙烯碎片小顆粒(debris)的生成，這聚乙烯碎片會觸發身體一連串的反應，造成骨吸收而導致植入物的鬆動(loosening) 8。聚乙烯磨損是相當慢的--平均每年0.1毫米，但是，即使這微小的磨損程度會也生成數以百萬計的的磨損粒子，這些粒子會導至人工關節鬆動。陶瓷的全髖關節磨損的量只是這一數額的一小部分而已，而且生成較少的磨損碎片，因此理論上陶瓷人工髖關節的鬆動會較慢9,10。不過問題是，陶瓷全髖關節置換的結果目前仍沒有長期的研究報告，沒有人能肯定知道這些髖關節植入物隨著時間的推移表現會如何？此外，傳統金屬和聚乙烯的植入物已經確定有很好的治療結果，並有優異的歷史記錄，目前仍是全髖關節置換的第一選擇，雖然陶瓷髖關節置換的結果可能更好，但目前只有有限的證據來支持這種假說。

陶瓷髖關節的優點                                                    

陶瓷髖關節手術是骨科髖關節置換手術中的一個最新且有吸引力的發展。陶瓷髖關節手術解決了一些傳統全髖關節置換的問題。因為隨著時間的推移，關節磨損程度與植入物的鬆動有很大的關係，如何減少關節磨損以防止鬆動是骨科最熱門的研究主題之一。最新的陶瓷人工全髖關節植入物跟傳統金屬和聚乙烯的關節植入物比起來，是比較不容易磨損的，不但耐用且不易鬆動。對髖關節植入物有高磨損危險的病人，如年輕或高活動的病人，陶瓷髖關節置換是一個較好的選擇。

陶瓷髖關節的缺點                                                                                  

災難性破裂(catastrophic fracture)：在實驗室研究和短期的臨床調查中，陶瓷髖關節置換有很好的治療成果。然而，他們並不完美，並沒有人能確定它們在植入後的10年、20或30年後仍然能發揮好的功能。陶瓷的全髖關節置換有一個最受矚目的併發症，雖然這種併發症的機率很低，那就是所謂的災難性破裂。因為陶瓷全髖關節材料是硬而脆的，它的破裂就像個陶瓷盤子掉在瓷磚地上一樣，好發生在長蹲跪或跑跳病人身上。過去這是一個不小的問題，但現在新的陶瓷人工髖關節材料與製作改善很多，有效的降低破裂的風險，但這個災難性破裂的問題目前仍然為許多醫師關注。陶瓷全髖關節置換術可說是有點類似「受過教育的賭博(educated gamble)」，我們儘管知道陶瓷髖關節置換可能優於金屬和聚乙烯的植入物，但我們並不能確定。對於大多數的病人，陶瓷全髖關節置換術不一定是值得的，因為傳統的金屬和聚乙烯植入已有很完美的成果。因此，雖然陶瓷髖關節置換長期的結果仍未可知，但對於很容易出現磨損併發症的年輕病人而言是值得的賭博。

吱嘎響(Squeaking)：吱嘎響是陶瓷髖關節一個特殊的併發症，但它不是一個主要的臨床問題，有時只要改變活動的方式往往就可以避免。但是，在罕見的情況下會有持久性的吱嘎響，例如每一步的行走都會有吱嘎響聲（https://www.youtube.com/watch?v=rviIIuGC1Xw），聲音非常刺耳，因此髖關節需要再置換，理解吱嘎響發生的原因並改善它是很重要的課題，雖然目前對此問題仍未完全解決11,12,13。吱嘎響的發生，需要一個衝擊(impulse)與放大(amplification)的過程。受力關節表面的摩擦引起衝擊，然後經由人工關節元件的共振(resonance)後放大出來。吱嘎響是由粘滑摩擦(stick slip frictoion)所引起的間歇運動所發出的聲音。在好的潤滑條件時，接觸面的摩擦力很低，不足以啟動粘滑摩擦，例如新的人工關節由於接觸面很平滑，接觸面的摩擦力很低，所以不會吱嘎響，但以下幾種機制可以增加接觸面的摩擦而導致吱嘎響，最主要的是邊緣承載(edge loading)，缺乏潤滑的邊緣承載與接觸表面的磨損會產生高接觸應力而引起粘滑摩擦，其他的機制如陶瓷碎片掉入關節內，金屬轉移(metal transfer)至人工關節頭及潤滑條件差時都會增加接觸面的摩擦。臨床觀察到某些病人特徵，手術技術及植體的設計和吱嘎響有關，如肥胖或高承重之病人，不良元件位置會導致邊緣承載而增加機械荷載引起吱嘎響。陶瓷內襯(insert)不完全放入導致金屬髖臼的共振，也會增加吱嘎響的風險。植入物的設計，例如Trident的髖臼與Accolade股骨柄(stem) 合用比和Omnifit股骨柄合用會有較高機會的吱嘎響，因為前者之鈦合金股骨柄會產生人耳可聽見範圍的共振頻率14。預防吱嘎響的方法包括正確的植入物位置與陶瓷內襯的置入。如果遇到韌帶鬆弛的患者，因會有元件鬆動情況而導致吱嘎響，所以應使用聚乙烯內襯，以減少元件鬆動後所引起的關節面摩擦。選擇合適的人工髖臼與股骨柄的配對，可減少元件共振與放大的效應並減少吱嘎響的機率15。

目前的結論

為了解決過去的問題，骨科手術的歷史充滿了「新發展」。陶瓷髖關節置換可以解決全人工髖關節置換手術中常見植入物磨損的問題，陶瓷人工關節植入物有更好的磨損特性，可能耐用的時間將比傳統的金屬和聚乙烯的植入物好，特別是在年輕的病人身上。陶瓷髖關節置換背後的科學理論是優越的，不幸的是，陶瓷全髖關節置換目前仍有一些疑慮包括災難性破裂和缺乏長期使用的研究。但在第四代陶瓷材料Biolox delta上市後，由於它有更高的強度與韌度，過去陶瓷(Biolox forte)人工關節磨損破裂的缺點就小很多，而且可以有大股骨頭來減少術後脫臼風險。目前健保對陶瓷髖關節置換是採差額給付，患者得自付台幣四萬多元，但第四代陶瓷髖關節費用較高大約是十萬元。

References

1.   Bierbaum BE, Nairus J, Kuesis D, Morrison JC, Ward D. Ceramic-on-ceramic bearings in total hip arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2002; (405):158–163.

2.   Saikko VO, Paavolainen PO, Slatis P. Wear of the polyethylene acetabular cup. Metallic and ceramic heads compared in a hip simulator. Acta Orthop Scand. 1993; 64(4):391–402.

3.   Garino JP. Modern ceramic-on-ceramic total hip systems in the United States: early results. Clin Orthop Relat Res. 2000; (379):41–47.

4.   Kim YH, Choi Y, Kim JS. Cementless total hip arthroplasty with ceramic-on-ceramic bearing in patients younger than 45 years with femoral-head osteonecrosis. Int Orthop. 2010; 34(8):1123–1127.

5.   Restrepo C, Parvizi J, Kurtz SM, et al. The noisy ceramic hip: is component malpositioning the cause?J Arthroplasty. 2008; 23(5):643–649.

6.   Keurentjes JC, Kuipers RM, Wever DJ, Schreurs BW. High incidence of squeaking in THAs with alumina ceramic-on-ceramic bearings. Clin Orthop Relat Res. 2008;

7.   Hamadouche M, Boutin P, Daussange J, Bolander ME, Sedel L. Alumina-on-alumina total hip arthroplasty: a minimum 18.5-year follow-up study. J Bone Joint Surg Am. 2002; 84(1):69–77.

8.   Oonishi H, Clarke IC, Good V, Amino H, Ueno M. Alumina hip joints characterized by run-in wear and steady-state wear to 14 million cycles in hip-simulator model. J Biomed Mater Res A. 2004; 70(4):523–532.

9.   Lee YK, Ha YC, Yoo JJ, et al. Alumina-on-alumina total hip arthroplasty: a concise follow-up, at a minimum of ten years, of a previous report. J Bone Joint Surg Am. 2010; 92(8):1715–1719.

10.    Stafford GH, Islam SU, Witt JD. Early to mid-term results of ceramic-on-ceramic total hip replacement: analysis of bearing-surface-related complications. J Bone Joint Surg Br. 2011; 93(8):1017–1020.

11.    Sexton SA, Yeung E, Jackson MP, et al. The role of patient factors and implant position in squeaking of ceramic-on-ceramic total hip replacements. J Bone Joint Surg Br. 2011; 93(4):439–442.

12.    Restrepo C, Post ZD, Kai B, Hozack WJ. The effect of stem design on the prevalence of squeaking following ceramic-on-ceramic bearing total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2010; 92(3):550–557.

13.    Bonnaig NS, Freiberg RA, Freiberg AA. Total hip arthroplasty with ceramic-on-ceramic bearing failure from third-body wear. Orthopedics. 2011; 34(2):132.

14.    Chevillotte C, Trousdale RT, Chen Q, Guyen O, An KN. The 2009 Frank Stinchfield Award: “Hip squeaking”: a biomechanical study of ceramic-on-ceramic bearing surfaces. Clin Orthop Relat Res. 2010;

Jarrett CA, Ranawat AS, Bruzzone M, et al. The squeaking hip: a phenomenon of ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2009; 91(6):1344–1349.