人工關(guān)節(jié)材料的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展

賀東煌

我國(guó)骨科前輩對(duì)人工關(guān)節(jié)材料的應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì)中期，初期僅淺嘗輒止，70年代以后才稍具規(guī)模，90年代以后發(fā)展迅速，患者及醫(yī)生均認(rèn)可了人工關(guān)節(jié)材料在骨科臨床中的重要地位。進(jìn)入到21世紀(jì)以后，隨著人口劇增，大量交通工具的涌現(xiàn)，事故、災(zāi)害、工傷、疾病等頻繁發(fā)生，增加了意外傷害的概率[1]。因此，各國(guó)均開始重視對(duì)生物材料的應(yīng)用，人工關(guān)節(jié)在臨床上應(yīng)用的范圍也更加廣泛。

1 陶瓷材料

作為生物材料的重要組成部分之一，人工關(guān)節(jié)材料在近百年來，尤其是近30年來得到了迅猛發(fā)展。人工關(guān)節(jié)是植入性假體，模擬人體的關(guān)節(jié)制成，當(dāng)關(guān)節(jié)出現(xiàn)病變或者損傷不能完成正常功能時(shí)，應(yīng)用人工關(guān)節(jié)則能幫助恢復(fù)關(guān)節(jié)的功能。作為植入器官中的一種，人工關(guān)節(jié)必須首先滿足生物相容性的要求，即不影響人體正常的生理功能;其次，應(yīng)與人體骨骼的強(qiáng)度、熱膨脹性及彈性模量相一致;再次，為了滿足生物力學(xué)的相容性，人工關(guān)節(jié)還應(yīng)具備良好的耐磨性。使用壽命長(zhǎng)、能夠滿足人體生理功能、不產(chǎn)生下沉及松動(dòng)、盡量不出現(xiàn)磨損碎片是人工關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。目前人工關(guān)節(jié)材料主要包括陶瓷材料、有機(jī)高分子材料、金屬材料。

陶瓷材料具有生物惰性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，因其很少出現(xiàn)假肢松動(dòng)而受到臨床骨科醫(yī)生的關(guān)注[2]。最初的陶瓷人工關(guān)節(jié)并不完善，陶瓷人工關(guān)節(jié)到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了四代工藝改進(jìn)，逐漸趨于完善。陶瓷材料之所以有良好的耐壓強(qiáng)度、化學(xué)惰性及耐磨性，主要是由于其共價(jià)鍵及強(qiáng)離子鍵。同時(shí)，陶瓷材料具有很好的親水能力，作為人工關(guān)節(jié)可以保證關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑性。而且，陶瓷材料可以在體內(nèi)保持生物惰性，不會(huì)有金屬離子析出，特點(diǎn)突出。隨著激光蝕刻、靜壓等新技術(shù)的出現(xiàn)，陶瓷材料的強(qiáng)度、尺寸及密度也有了進(jìn)一步的改善。但是，在關(guān)節(jié)置換術(shù)中，陶瓷人工關(guān)節(jié)有一嚴(yán)重的并發(fā)癥為陶瓷假體破損，常常導(dǎo)致手術(shù)失敗。手術(shù)操作錯(cuò)誤、部件不匹配、假體混配、外力創(chuàng)傷以及載荷運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度高是陶瓷假體破裂的主要誘因。相信隨著手術(shù)技術(shù)及陶瓷制作工藝的不斷進(jìn)步，陶瓷人工關(guān)節(jié)出現(xiàn)破碎的幾率將會(huì)不斷降低。

2 有機(jī)高分子材料

第一例有機(jī)高分子材料人工關(guān)節(jié)出現(xiàn)于1963年，為金屬材料與有機(jī)高分子材料相結(jié)合的人工關(guān)節(jié)(金屬股骨頭-聚四氟乙烯髖臼)，由此進(jìn)入了有機(jī)高分子材料人工關(guān)節(jié)時(shí)代。目前，有機(jī)高分子材料在臨床中也得到了比較廣泛的應(yīng)用，很多人工關(guān)節(jié)均可以采用有機(jī)高分子材料工藝，比如指關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等，在上述關(guān)節(jié)中，承受力最大的關(guān)節(jié)是膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)。但是，有機(jī)高分子材料多(臼)與陶瓷、不銹鋼等高強(qiáng)度材料(人工關(guān)節(jié)頭)結(jié)合應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)的工藝當(dāng)中。UHMWPE(超高摩爾質(zhì)量聚乙烯)相對(duì)分子量大概為30萬，是較為理想的有機(jī)高分子材料，具有很好的耐磨性，其摩擦系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不銹鋼。根據(jù)有光研究，尼龍的磨損率是UHMWPE的10倍，高密度聚乙烯的磨損率是UHMWPE的5倍。但是，有機(jī)高分子材料人工關(guān)節(jié)也有其不足之處，比如在關(guān)節(jié)滑動(dòng)過程中可能產(chǎn)生許多碎屑，關(guān)節(jié)接觸面生物膜中的巨噬細(xì)胞能被聚乙烯顆粒活化，誘導(dǎo)并加速形成生物酶。上述生物酶能夠誘導(dǎo)移植骨吸收而出現(xiàn)關(guān)節(jié)松動(dòng)。

3 金屬材料

目前，金屬材料是人工關(guān)節(jié)材料的主體，比如Ti-6Al-4V、鈷-鉻-鉬合金等，這些金屬材料人工關(guān)節(jié)加工性能及力學(xué)性能好于其他材料。但是隨著時(shí)間的推移，人們發(fā)現(xiàn)金屬材料人工關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面容易磨損，磨損后的產(chǎn)物導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)不良的生理反應(yīng)，同時(shí)Ti-6Al-4V、鈷-鉻-鉬合金中含有鉻、鈷等，如果形成離子狀態(tài)就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒害作用，這些有害金屬離子不斷積累，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生致癌作用，對(duì)機(jī)體健康十分不利。此外，有報(bào)告顯示有些金屬材料人工關(guān)節(jié)連接處腐蝕嚴(yán)重，能夠?qū)е鹿琴|(zhì)溶解缺損，產(chǎn)生了不良的后果。

總之，目前臨床廣泛應(yīng)用的三種材料人工關(guān)節(jié)均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，導(dǎo)致關(guān)節(jié)置換手術(shù)失敗的主要原因?yàn)槿斯りP(guān)節(jié)材料間出現(xiàn)的磨損，因?yàn)樵谀p的過程中能夠產(chǎn)生磨屑，置換部位因?yàn)槟バ嫉拇嬖谡T發(fā)無菌性炎癥，進(jìn)而影響了人工關(guān)節(jié)的使用效果。研究者需要對(duì)目前的人工關(guān)節(jié)材料進(jìn)一步改進(jìn)，使其具備更加優(yōu)異的耐磨性能、更好的生物相容性，進(jìn)而能夠提高人工關(guān)節(jié)的使用壽命。

[1]蔡友治，嚴(yán)世貴.陶瓷人工關(guān)節(jié)研究進(jìn)展.中華骨科雜志，2010，30(11):1157-1159.

[2]趙艷.人工關(guān)節(jié)置入材料的臨床應(yīng)用.中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2011，15(38):7205-7208.