馬軍峰，劉志斌，賈 托，葛郁龍

(延安大學附屬醫(yī)院骨科，陜西 延安 716000)

1 人工髖關(guān)節(jié)的研究背景

1.1 人工關(guān)節(jié)置換的發(fā)展歷史

人工關(guān)節(jié)置換外科的發(fā)展歷史，應(yīng)首先追溯到20世紀40年代人們?yōu)楦纳企y關(guān)節(jié)功能所作出的辛勤探索，正是由于這些先人的卓越才知和貢獻，才開創(chuàng)了今天人工髖關(guān)節(jié)外科的輝煌[1]。因此，人工關(guān)節(jié)置換是由髖關(guān)節(jié)起步，然后拓展到全身其他關(guān)節(jié)如膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)，繼而發(fā)展到指間關(guān)節(jié)和掌指間關(guān)節(jié)。人工椎體、人工椎間盤、人工髓核和人工骨則是近20年到30年的事，人工腕關(guān)節(jié)直到今天仍然不能令人滿意[1]。故人工髖關(guān)節(jié)的發(fā)展，很大程度上是演繹了人工關(guān)節(jié)的發(fā)展歷史。沒有人工髖關(guān)節(jié)的研究和發(fā)展，就不可能有今天人工關(guān)節(jié)的發(fā)展和完善[1]。

1.2 國外人工關(guān)節(jié)的發(fā)展歷史

Gluck(1890)對髖關(guān)節(jié)強直患者采用切斷強直部，以用象牙雕琢后作為頭臼間隔為的關(guān)節(jié)成形為起始，到1918年Delbet采用增強橡膠股骨頭治療股骨頸骨折等早期髖關(guān)節(jié)成形的努力，是人工髖關(guān)節(jié)的起源。嗣后，髖關(guān)節(jié)屢試屢敗，但始終蘊含著將來的巨大的發(fā)展前景[2]。近年來，人工髖關(guān)節(jié)外科仍然是骨科領(lǐng)域內(nèi)進展最為迅速的亞學科之一。其進展主要表現(xiàn)在:生物固定新材料、保留骨量假體、新關(guān)節(jié)面材料的制備與配伍、高屈曲膝關(guān)節(jié)假體、微創(chuàng)人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，以及計算機輔助人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)[6]。在過去的10年時間里，臨床醫(yī)生嘗試了多種人工關(guān)節(jié)材料，諸如高交聯(lián)聚乙烯(highly cross－linked polyethylene)，金屬對金屬，陶瓷對陶瓷甚至金屬對陶瓷和陶瓷化地金屬對金屬(ceramic－like coating)等多種髖關(guān)節(jié)界面[5]。大量針對磨損性能的髖關(guān)節(jié)模擬器研究屢見不鮮。但多如牛毛的文獻資料卻又常常令人迷惑，存在的問題是缺乏統(tǒng)一規(guī)范的實驗方法，同時相當數(shù)量的實驗中心獲得了商業(yè)資助。想客觀的評價某種界面選擇，現(xiàn)在下結(jié)論還為時過早，至少還需要另外10年的臨床觀察。

1.3 國內(nèi)人工關(guān)節(jié)的發(fā)展歷史

我國人工髖關(guān)節(jié)起步于20世紀60年代，以范國聲(1963)首先報告應(yīng)用Judet型塑料人工股骨頭治療內(nèi)收型股骨頸骨折為起點[3]。70年代后期，在王桂生等領(lǐng)導(dǎo)下，成立了我國最早的人工關(guān)節(jié)專業(yè)委員會，人工關(guān)節(jié)置換的知識與經(jīng)驗才在國內(nèi)逐漸推行，病例數(shù)和療效逐年擴大和提高[4]。人工髖關(guān)節(jié)的發(fā)展，反映了我國人工關(guān)節(jié)的發(fā)展歷史。我國人工髖關(guān)節(jié)外科發(fā)展所經(jīng)歷的歷程，是以我國在較長時間里一直開展著多種多種髖關(guān)節(jié)成形術(shù)為基礎(chǔ)的[6]。人工全髖關(guān)節(jié)置換成形在我國主要大中城市開展近十年左右而不衰，并逐漸在中小城市推廣，假體的材質(zhì)和加工工藝經(jīng)過幾番改進，至90年代后期，其應(yīng)用已基本在全國城鄉(xiāng)普及[5]。

2 陶瓷的特性

2.1 陶瓷的耐磨性及可濕性

陶瓷對陶瓷髖關(guān)節(jié)界面僅從磨損率來分析，陶瓷對陶瓷的界面無疑是具有明顯的優(yōu)勢的。比如，標準髖關(guān)節(jié)模擬器上測得28 mm陶瓷對陶瓷界面的磨損率低于0.1 mm/106次[7]。但由于陶瓷部件對制造的大小和形狀有限制，因此尚未出現(xiàn)大直徑的陶瓷髖關(guān)節(jié)。因此，也沒有通過增加直徑獲得接近流體潤滑機制的優(yōu)勢[8]。但陶瓷材料具有很好的可濕性(wettability)，這對它對液膜的緊密吸附又有積極作用。從陶瓷髖翻修取出的假體上觀察到表面的條紋(stripe)，這種特殊類型的磨損是無法在普通的模擬器上復(fù)制實現(xiàn)的，一些學者把這種想象歸因于髖關(guān)節(jié)假體瞬間的微小分離(micro－separation)和由此產(chǎn)生的邊緣負重(head－rim contact)[9]。采用這種方法模擬得到的陶瓷界面在有條紋時的磨損率就上升到了1.4mm/106次[10]。同等條件下測得的高交聯(lián)聚乙烯配伍金屬球頭磨損率僅較陶瓷髖高4倍[11]。如果這種特殊的磨損試驗更接近現(xiàn)實情況，那么兩種界面的磨損率就變得不那么明顯了[12]。

2.2 陶瓷的生物活性

第三代生物陶瓷在摩擦學性質(zhì)和機械學性質(zhì)方面都有長足的進步。同金屬對金屬假體一樣，陶瓷假體的磨損微粒體積和形狀特點亦屬于低生物活性類型。由此引起的并發(fā)癥少見報道[13]。陶瓷的耐磨損和易碎裂是一對相伴而生的矛盾，近年出現(xiàn)的復(fù)合成分陶瓷在一定程度上解決了這一問題[14]。在氧化鋁中加入氧化鋯、氧化釔等成分作為添加劑，制成氧化鋯強化的氧化鋁陶瓷(Zirconia Toughned Alumina ZTA)，氧化鋯陶瓷晶體散布于氧化鋁晶格之間，利用其在外力作用下可以改變相態(tài)的特性，起到緩沖作用來吸收應(yīng)力，加入鋯、鍶等氧化物還可以在氧化鋁晶體間形成“小板”樣的晶體結(jié)構(gòu)，這樣的氧化鋁陶瓷(ZTPA)硬度和韌度進一步提高，可以被加工成更多的形狀和厚度，以適應(yīng)臨床上的多種需要[15]。使用這種特殊陶瓷材料，甚至可以在直徑只有28 mm的陶瓷球頭內(nèi)嵌入直徑18 mm的金屬適配套管，也不影響假體的強度[15]。陶瓷的高硬度使得其脆性極高，由于這個原因，早期設(shè)計的假體失敗率、顆粒磨損和假體骨折的發(fā)生率均較高。回顧失敗的機制，歸結(jié)為以下三個方面:①“邊緣－應(yīng)力”假體，即外翻角較大的假體應(yīng)力作用于髖臼假體的邊緣;②發(fā)生了半脫位或脫位;③股骨頸直接撞擊髖臼緣導(dǎo)致陶瓷碎裂。經(jīng)過相當多的臨床實踐，人們才認識到堅固的陶瓷假體的惰性特征不能誘導(dǎo)骨長入到骨－假體界面[15]。因此，移動和松動存在于早期設(shè)計的髖臼假體。由于過去使用的單一結(jié)構(gòu)的非骨水泥固定髖臼假體，如有螺紋的聚乙烯臼杯、陶瓷臼杯等效果不佳，因此開發(fā)了新的組合式髖臼假體。這種髖臼分兩部分，外層為金屬的螺旋臼或半球形的壓配合臼杯，內(nèi)層為聚乙烯或陶瓷襯墊。金屬外杯表面的涂層使骨－假體界面間具備較好的繼發(fā)穩(wěn)定性。壓配合假體的邊緣較髖臼銼稍大可提供早期的穩(wěn)定性。稍大的假體在廣泛區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生壓力并在髖臼負重區(qū)域和軟骨下骨產(chǎn)生緊密的摩擦。半球形壓配合假體要求只去除少量骨質(zhì)，而且要保護髖臼底的生理結(jié)構(gòu)[15]。襯墊采用錐形邊緣匹配概念，這種設(shè)計可保證陶瓷和聚乙烯襯墊與外杯間有較大的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，襯墊和外杯間的相對活動被消滅。影響磨損的因素很多，例如，假體的材質(zhì)、假體設(shè)計、假體植入的位置及初期的穩(wěn)定性、聚乙烯厚度與股骨頭直徑、假體撞擊，以及患者自身的因素等[16]。

3 結(jié)語

綜上所述:硬度高且生物相容性好的氧化鋁陶瓷關(guān)節(jié)的引入，是否能夠防止或至少延遲因顆粒磨損而引起的假體遠期松動目前仍有爭論。從影響磨損的因素來看:主要是磨損顆粒。如聚乙烯顆粒、骨水泥顆粒、金屬顆粒、陶瓷顆粒。聚乙烯顆粒數(shù)量是影響骨溶解的重要因素[17]。陶瓷的耐磨損和易碎裂是一對相伴而生的矛盾，近年出現(xiàn)的復(fù)合成分陶瓷在一定程度上解決了這一問題，且陶瓷碎屑可被看做是惰性物質(zhì)，不散發(fā)出離子也不發(fā)生生化反應(yīng)。第三代生物陶瓷在摩擦學性質(zhì)和機械學性質(zhì)方面都有長足的進步。僅從磨損率來分析，陶瓷對陶瓷的界面無疑是具有明顯的優(yōu)勢的。陶瓷材料具有很好的可濕性(wettability)，同金屬對金屬假體一樣，陶瓷假體的磨損微粒體積和形狀特點亦屬于低生物活性類型。由此引起的并發(fā)癥少見報道。全髖關(guān)節(jié)置換中采用大直徑股骨頭假體有著許多理論上的優(yōu)勢，如髖關(guān)節(jié)活動度更大、關(guān)節(jié)脫位可能性更低、可能提高患者的本體感覺等[18]。因此，全陶人工髖關(guān)節(jié)具有很好的發(fā)展前景，是未來生物型人工關(guān)節(jié)研究的主要熱點之一。

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