賀東煌

我國骨科前輩對人工關節(jié)材料的應用始于上個世紀中期，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)生均認可了人工關節(jié)材料在骨科臨床中的重要地位。進入到21世紀以后，隨著人口劇增，大量交通工具的涌現(xiàn)，事故、災害、工傷、疾病等頻繁發(fā)生，增加了意外傷害的概率[1]。因此，各國均開始重視對生物材料的應用，人工關節(jié)在臨床上應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。人工關節(jié)是植入性假體，模擬人體的關節(jié)制成，當關節(jié)出現(xiàn)病變或者損傷不能完成正常功能時，應用人工關節(jié)則能幫助恢復關節(jié)的功能。作為植入器官中的一種，人工關節(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，應與人體骨骼的強度、熱膨脹性及彈性模量相一致;再次，為了滿足生物力學的相容性，人工關節(jié)還應具備良好的耐磨性。使用壽命長、能夠滿足人體生理功能、不產(chǎn)生下沉及松動、盡量不出現(xiàn)磨損碎片是人工關節(jié)的設計目標。目前人工關節(jié)材料主要包括陶瓷材料、有機高分子材料、金屬材料。

陶瓷材料具有生物惰性、耐磨性等優(yōu)點，因其很少出現(xiàn)假肢松動而受到臨床骨科醫(yī)生的關注[2]。最初的陶瓷人工關節(jié)并不完善，陶瓷人工關節(jié)到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了四代工藝改進，逐漸趨于完善。陶瓷材料之所以有良好的耐壓強度、化學惰性及耐磨性，主要是由于其共價鍵及強離子鍵。同時，陶瓷材料具有很好的親水能力，作為人工關節(jié)可以保證關節(jié)的潤滑性。而且，陶瓷材料可以在體內(nèi)保持生物惰性，不會有金屬離子析出，特點突出。隨著激光蝕刻、靜壓等新技術的出現(xiàn)，陶瓷材料的強度、尺寸及密度也有了進一步的改善。但是，在關節(jié)置換術中，陶瓷人工關節(jié)有一嚴重的并發(fā)癥為陶瓷假體破損，常常導致手術失敗。手術操作錯誤、部件不匹配、假體混配、外力創(chuàng)傷以及載荷運動強度高是陶瓷假體破裂的主要誘因。相信隨著手術技術及陶瓷制作工藝的不斷進步，陶瓷人工關節(jié)出現(xiàn)破碎的幾率將會不斷降低。

2 有機高分子材料

第一例有機高分子材料人工關節(jié)出現(xiàn)于1963年，為金屬材料與有機高分子材料相結(jié)合的人工關節(jié)(金屬股骨頭-聚四氟乙烯髖臼)，由此進入了有機高分子材料人工關節(jié)時代。目前，有機高分子材料在臨床中也得到了比較廣泛的應用，很多人工關節(jié)均可以采用有機高分子材料工藝，比如指關節(jié)、髖關節(jié)、肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)、膝關節(jié)等，在上述關節(jié)中，承受力最大的關節(jié)是膝關節(jié)及髖關節(jié)。但是，有機高分子材料多(臼)與陶瓷、不銹鋼等高強度材料(人工關節(jié)頭)結(jié)合應用于人工關節(jié)的工藝當中。UHMWPE(超高摩爾質(zhì)量聚乙烯)相對分子量大概為30萬，是較為理想的有機高分子材料，具有很好的耐磨性，其摩擦系數(shù)也遠遠低于不銹鋼。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，有機高分子材料人工關節(jié)也有其不足之處，比如在關節(jié)滑動過程中可能產(chǎn)生許多碎屑，關節(jié)接觸面生物膜中的巨噬細胞能被聚乙烯顆?；罨T導并加速形成生物酶。上述生物酶能夠誘導移植骨吸收而出現(xiàn)關節(jié)松動。

3 金屬材料

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

總之，目前臨床廣泛應用的三種材料人工關節(jié)均有其各自的優(yōu)缺點，導致關節(jié)置換手術失敗的主要原因為人工關節(jié)材料間出現(xiàn)的磨損，因為在磨損的過程中能夠產(chǎn)生磨屑，置換部位因為磨屑的存在誘發(fā)無菌性炎癥，進而影響了人工關節(jié)的使用效果。研究者需要對目前的人工關節(jié)材料進一步改進，使其具備更加優(yōu)異的耐磨性能、更好的生物相容性，進而能夠提高人工關節(jié)的使用壽命。

[1]蔡友治，嚴世貴.陶瓷人工關節(jié)研究進展.中華骨科雜志，2010，30(11):1157-1159.

[2]趙艷.人工關節(jié)置入材料的臨床應用.中國組織工程研究與臨床康復，2011，15(38):7205-7208.