骨解——骨组织逐渐丧失——仍然是继全关节造型术之后最具挑战性的并发症之一,由于每年有数百万患者接受臀部和膝盖的重置,由于骨解导致植入失败,因此需要进行昂贵的修正手术。虽然长期以来人们一直认为磨损碎片的炎症反应是首要的罪魁祸首,但越来越多的证据强调了机械装载在保护过路性骨骼健康方面的关键作用。本条探讨了有针对性的机械刺激如何能抵消骨解、改善骨解融合和延长植入寿命。

穿戴碎片的病理学-干燥的骨解

矫形植入虽然为耐久性而设计,但随着时间的推移会产生微粒碎片。聚乙烯、金属和陶瓷磨损颗粒释放到联合空间和周围组织中。 这些颗粒被免疫系统确认为异质,引发了慢性炎症级联。 巨噬细胞将碎片进行血栓细胞化,释放亲炎细胞,如肿瘤坏死因子-α(TNF ⁇ )、间链细胞1(IL ⁇ 1)和间链细胞6(IL ⁇ 6),这些细胞刺激了骨质链的分化和激活,而骨质再吸收的细胞同时抑制骨质细胞的活动。

由此造成的骨骼重新吸收和形成之间的不平衡导致植入物周围的焦骨丢失,这种疾病被称为透视性骨解。 随着时间的推移,这种损失削弱了骨骼-植入物界面,导致骨质疏松。 根据美国矫形外科医生研究院[,由于败血性松弛仍然是修订臀部和膝盖节肢造型的最常见指标,在相当大比例的情况下,骨质疏松是其基本机制。

骨制Homestasis和机械转换

骨质是一种动态组织,不断适应机械需求。这一过程被称为机械传导,涉及物理刺激转化为生化信号。骨细胞 — — 最丰富的骨细胞 — — 作用于机械传导器,检测骨质基质内流体流动、压力和压力的变化。在受到生理负荷影响时,骨细胞释放信号分子,通过骨质增生促进骨质形成,抑制骨质增生活动。

相反,机械装载减少(由于疼痛或活动限制,在联合替换后常常出现),触发了不使用骨质疏松症。 如果没有充分的机械输入,骨细胞会降低骨质的成形信号,并增加诸如抑制骨质形成的斯克莱罗素等因素的表达。 这种卸载会加速磨损碎片炎的影响,使植入物周围的骨骼流失复杂化。

因此,机械装载对骨解具有天然的制衡作用,不仅保持骨质,而且调节炎热环境,研究表明,中度循环装载可以降低宏观phage object细胞基,提高抗炎调节器,如间链素10(PubMed研究)。

机械加载如何防止渗漏

抑制骨灰活动

机械力直接影响到RANK-RANKL-OPG轴,即调节骨质解剖的导线。 装入会增加骨质解剖素(OPG)的产值,这种诱饵受体会将RANKL捆绑起来,防止其激活骨质解剖前体。 与此同时,动态菌株会减少RANKL在骨质解剖细胞和结构细胞中的表达。 由此而来的OPG/RANKL比的转变会抑制骨质解解解剖形成和活动,减缓过骨的再吸收。

促进奥塞奥一体化

骨骼吸收——活骨与植入表面之间的直接结构和功能联系——对于长期植入稳定性至关重要。机械加载为骨骼在界面上的重塑提供了必要的刺激。 受控微运动(通常在20至50微米之间)鼓励骨骼生长为多孔植入表面,而过度运动(>150微米)可能导致纤维组织封存和失败。 早期、手术后逐步加载有助于引导治疗反应向强骨骼融合的方向发展。

减少民兵的火力攻击

除了对骨细胞的影响外,机械加载还调节了局部免疫反应. 丙烯酸激酶已被证明可以将巨噬细胞从亲炎(M1)转移到抗炎(M2)的苯基,从而减少了TNF ⁇ 和IL ⁇ 1的释放,同时增加了抗炎细胞的生成以及TGF ⁇ 和BMP ⁇ 2等生长因子的生长. 这些变化创造了一种更有利于骨质再生,更不易受到粒子引起的骨解的组织环境.

临床证据支持机械装载

几项临床研究都证明了在近缘骨密度上进行体重和体育活动的好处,在临床矫形学和相关研究[ 中发表的一份预期组群研究发现,在总臀部节肢造型术后进行定期体重运动的病人,12个月后进行近缘骨矿物质的密度比固定控制要高得多,同样,关于膝盖更换的研究也表明,强调逐渐加载的早期康复方案与放射线减少和植入存活率提高有关。

然而,装载物质的类型、强度和时间。运行或跳跃等高影响活动可能会增加粒子的产生,并在骨-植入界面上造成过度的压力。 低影响、控制装载(包括步行、骑自行车和强度培训)看来提供了最佳平衡。 国家卫生研究所[强调术后康复是防止植入失败的关键可调因素。

促进有利装载的实用战略

早期手术后动员

直接保护的体重和动员(通常在手术后24小时内)现在已经成为许多联合替换方案的标准协议。 这种早期接触机械力量有助于维持骨细胞功能,减少肌肉萎缩,刺激植入界面的骨骼形成。 标准化协议,如快速恢复方案,已被证明可以改善功能效果和骨密度。

有针对性的康复方案

康复应根据患者的年龄、骨质、体征和植入类型逐个进行。

  • 低影响有氧运动(行走、固定循环),以刺激骨骼内的流体流动和营养扩散。
  • 渐进抵抗训练,训练对象是通过关节(如四聚体,谷胱)传递力量的肌肉.
  • 进行平衡和自主培训,以减少下降和不均匀装载的风险。
  • 定期进行放射和密度监测,以评估骨骼反应并相应调整活性水平。

活动修改和监测

患者应该了解适当的装载和过度压力之间的平衡。 使用活动跟踪器和可穿戴传感器可以提供步数、步态对称和装载力的实时反馈。 研究表明,模仿正常行走的装载模式 — — 由中度地面反应力和平滑的装载 — — 最能防止骨解。

增强装入的植入式设计创新

现代植入技术被设计成与自然机械负荷协同工作。 薄膜金属表面(如:曲棍球金属、钽)鼓励骨骼生长和更均匀地分配压力,减少可能造成微损害的顶部菌株。 此外,先进的承载表面(交叉连接聚乙烯、陶瓷)产生较少的磨损颗粒,从而降低炎症负担。 一些设计包含灵活的根状或模块状组件,允许一些受控微运动,促进向近缘股骨或头骨转移更多的生理负荷。

生物机械模型和有限元素分析现在被用于优化植入形状和表面纹理。 这些工具有助于预测不同装载情景如何影响骨植入界面,并允许设计者尽量减少压力屏蔽 — — 这是一种植入物承担大部分负荷,导致邻近骨骼重生的现象。 最终目标是创造一个植入物,以与自然关节几乎完全相同的方式移动和装载骨骼。

未来方向和研究差距

虽然机械装载的好处已经确定,但若干领域仍在调查之中,装载的最佳 " 剂量 " -- -- 频率、规模、持续时间 -- -- 尚未确定不同的植入类型和病人群体,此外,装载与系统因素(如骨质疏松药物、代谢条件)之间的相互作用尚未得到充分理解,对脉冲电磁场和低强度振动疗法的新兴研究表明,非侵入性机械刺激也可能在防止骨解方面发挥作用。

另一个有希望的领域是使用生物活性涂层,释放出反转录剂,以响应机械提示,这种“智能”植入物能够提供当地剂量的BMP ⁇ 2或双磷酸盐,确切地说,在何时何地需要装载引起骨骼形成,临床试验目前正在评估这些方法([]临床试验。 gov)。

结论

机械加载是对抗过敏性骨解的强大、非药物工具。 通过抑制骨髓活性、促进骨骼融合、将免疫反应转向抗炎状态,适当的加载可以保护骨质并延长植入存活。 外科医生、理疗师和病人必须合作设计能够提供正确类型和数量机械刺激的康复方案。 结合植入设计和耐穿材料的进步,全面的加载策略可以大幅降低植入松动的发生率,并改善数百万联合替代受体的生活质量。