世界初の人工股関節置換術は.1891年にドイツの外科医グルックが象牙製の大腿骨頭を使って行ったもので.真の人工股関節全置換術は.おそらくイギリスの外科医フィリップ・ワイルズがステンレス製の人工関節を用い.6回の手術で行ったものである。 これらの手術は決して成功したとは言えませんが.この先駆者たちは現代の人工股関節全置換術に欠くことのできない貢献をしています。
人工股関節の寿命は.骨と人工股関節の固定.寛骨臼・大腿骨頭の摩耗率.術者の技術.患者さんの状態などに左右されます。
I. プロテーゼの固定
補綴物の固定方法が異なると効果も異なりますし.同じ補綴物の固定方法でも患者さんによって効果が異なります。
1.骨セメントによる固定
最新の人工股関節は.初期に骨セメントで固定されます。 理論的には.骨セメントは術後すぐにプロテーゼを固定できるため.術後早期の体重負荷活動でプロテーゼがゆるみ.沈み込む心配はない。
初期のセメントによる人工関節固定は失敗率が高く.15年後の失敗率は最大で40%に達します。 失敗の原因は.セメント技術や人工関節の設計と密接に関係している。 骨セメントの技術は.骨表面の洗浄.セメントの真空混合.中和.加圧注入という第3世代まで進んでいる。 デザインも.かつての鋭角で荒々しいものから.角が丸く.円錐形のものまである滑らかなプロテーゼへと変化しています。 一連の改良の結果.セメント系人工関節の長期生存率は大幅に改善されました。
しかし.セメント充填技術の向上は.大腿骨ステム人工関節の15年生存率を最大95％と大幅に改善しただけで.寛骨臼人工関節の長期生存率は術後15年で最大24％.特に50歳未満の患者さんでは大きな改善には至っていないのが現状です。 そのため.現在.ほとんどの医師がセメント製の人工寛骨臼は高齢者や重度の骨粗鬆症の患者さんにのみ使用するものと考えています。 また.セメント系人工大腿骨については.再置換が困難なため.50歳以下の若い患者さんへの使用を推奨しない医師も少なくありません。
2.非セメント系固定術
初期のセメント人工関節はゆるみが多く.このゆるみはセメントの疲労破壊が主な原因で.摩耗による破片がマクロファージを活性化し.骨溶解を起こすため.1970年代から非セメント人工関節の研究が始まった。
現在の非セメント人工関節には.表面マイクロポーラス（骨吸収）.ラフサーフェス（骨吸収）.ハイドロキシアパタイトコーティング（共有結合）.アナトミカル髄内インレータイプなどがあります。 表面微多孔質寛骨臼はセメント寛骨臼より有意に優れていることはよく知られていますが.他のタイプの寛骨臼については現時点では同じ結論は導き出せません。 非セメント人工大腿骨は.セメント人工大腿骨とほぼ同じ成績です。
現在では.重度の骨粗鬆症の患者さんにはセメント固定.70歳以上で余命15年程度の患者さんにはセメント固定.60歳未満で余命25年以上の患者さんには非セメント固定またはハイブリッド固定（セメント固定臼蓋と非セメント固定大腿骨）が適切と考える医師がほとんどである。 一方.50歳以下の若い患者さんでは.ほとんどが非セメント固定式人工関節を希望しています。
II.寛骨臼・大腿骨ヘッド素材ミックス
現在.多くの人工股関節は.硬い金属やセラミックの大腿骨ヘッドと超高分子ポリエチレン製の寛骨臼カップの組み合わせで作られていますが.この組み合わせで生じるポリエチレン粒子が.人工股関節の後期無菌性ゆるみの大きな原因であるという証拠がたくさんあります。 ポリエチレンの摩耗という問題に対して.さまざまな取り組みが行われています。 ポリエチレンの耐摩耗性を高める.ポリエチレンの構造を変える.高架橋ポリマーポリエチレン材料を開発するなどの考え方がある一方で.発想を転換してポリエチレンを捨てて金属対金属やセラミック対セラミックの人工関節を設計したり.セラミック対金属の人工関節も実験的に開発されています。 異素材を合わせると.摩耗の速度がかなり変わる。
まだ実験段階にある人工関節のひとつに.大腿骨頭の人工関節表面に小さな凹みを設け.大腿骨頭表面に液体を保持させ.潤滑油として作用させるメタルトゥメタル人工関節があります。 セラミック-メタル人工股関節も実験段階にある人工関節の一つで.in vitro試験での摩耗率はメタル-メタル間の1/2です。
最近のセラミック加工と材料技術の進歩により.セラミックからセラミックへの人工関節は.0.005mm/年の線摩耗率で再び人気を集めています。 さらに臨床研究により.セラミックの摩耗粉は金属よりもさらに体への炎症反応が少なく.特に若い患者さんに適していることがわかりました。
III.小切開股関節置換術
人工関節の改良が進むと同時に.手術の技術も向上しています。 小切開人工股関節置換術はその一つで.手術の切開長さはわずか6～10cmです。
傷跡が少なく.痛みが少ない.入院期間が短く.回復が早いなどの利点があります。
手術手技.器具.装置の発達により.小切開人工股関節置換術は.単に切開創を10cm程度に縮小するだけでなく.初心を取り戻すこと.すなわち軟部組織.特に筋肉や筋膜への侵襲を少なくすることが第2段階.筋肉を侵襲しないことがより深い条件となり.現在はMSSと呼ばれるようになっています。 手術器具は常にアップデートされています。
小切開の人工股関節手術では視界が制限されるため.正確な人工関節の設置の難易度は非常に高くなります。 この問題を解決するために.多くの外科医が手術中にコンピュータ・ナビゲーション・システムを使用しています。 外科用ロボットによる人工関節置換術の臨床利用は.より正確な人工関節の選択.大腿骨髄腔の充填性向上.より正確な人工関節の設置という利点があり.注目されていることがわかりました。
IV.股関節表面置換術
人工股関節全置換術は.特に高齢の患者さんにとって.大腿骨頭壊死症.臼蓋形成不全.変形性股関節症に対する徹底的かつ耐久性のある治療法であることは間違いありません。 しかし.人工股関節全置換術は.特に男性で.より活動的な職種や術後のスポーツで.早期再置換の割合が高いという.若年層には大きなデメリットがあります。 この問題に対して.股関節表面置換術はユニークな利点を提供します。
股関節表面置換術は.外傷が少なく.術後の可動性が良好で.大腿骨側面の骨量を多く保存できるという利点がある股関節再建手術です。 この手術は1950年代から臨床で使用されていますが.その発展の歴史はかなり紆余曲折しており.その限界は手術手技よりもプロテーゼそのものに起因しています。 近年.材料科学の進歩や技術的な細部の改良により.臨床での使用が徐々に増え.有望な臨床結果が得られています。
股関節表面置換術は.股関節全置換術と異なり.大腿骨頸部が温存されることが特徴であり.下肢のバイオメカニクスへの悪影響は極めて少なく.解剖学的再建に近いと言えます。 また.大腿骨の構造そのものを最大限に保存するため.従来のTHAよりも技術的に容易であり.将来的なTHA再置換の実現性も高いと言えます。
また.前項で述べたように.摩耗による破片を減らすために.金属同士の人工股関節を使用していることも特徴の一つです。
股関節表面置換術の第三の特徴は.元の大腿骨頭のサイズに近い.通常36mm以上の大径の大腿骨頭を使用することです。 人工関節の直径が大きくなることで.関節の安定性が向上し.脱臼の発生率が低下するほか.安定した関節により全方向の動きが確保されます。
もちろん.新世代の股関節表面置換術で報告されている追跡調査期間はまだ比較的短く.安定性の証明は中長期の追跡調査結果によって裏付けされるに過ぎません。 若い股関節疾患の患者さんには.痛みの軽減と動きの回復の両方を達成するために.表面置換術が推奨されています。
V. 人工股関節の問題点と解決への展望
人工股関節は.痛みの軽減や可動性の面ではすでに正常な関節に近い状態になっていますが.その耐用年数をいかにしてさらに向上させるかが課題です。
人工関節の寿命を向上させるために解決しなければならない最大の問題は.デブリによる骨溶解が原因の人工関節のゆるみであることは間違いありません。 セラミック・トゥ・セラミックやメタル・トゥ・メタル人工関節は.破片の発生を著しく減少させたが.骨溶解を完全になくすことはできなかった。 骨溶解の根本的な原因を突き止め.骨溶解を全く発生させないようにするためには.さらなる研究が必要です。
骨溶解の外科的治療の進歩は.主に非セメント固定式人工関節の領域で見られる。 非セメント固定式人工関節周囲の骨溶解は広範囲に及び.症状を伴わないこともあるが.その場合はfocal debridement + bone graftingで対応し.人工関節のゆるみが生じた場合は再置換術が論じられることはない。
また.手術以外の方法で骨溶解を治療するための努力もなされており.主に摩耗粉による前炎症性シグナルの生成と伝達を抑制し.抗骨芽細胞活性という2つの方向から研究が行われています。 消炎鎮痛剤.ヘキサノンコカイン.アラントインリン酸ナトリウムは.人工関節周囲の骨溶解を抑制することが示されています。 しかし.骨溶解の治療薬として臨床使用が承認された薬剤はまだありません。
RANKタンパク質の拮抗薬は最も有望な治療手段として同定されており.その中でもOPGは最も重要で.現在.人工関節の周囲にOPGタンパク質を持続的に分泌させる遺伝子治療により.骨溶解の治療が試みられています。