譚 琴, 張亞麗, 張小剛, 靳忠民

(西南交通大學 機械工程學院 摩擦學研究所, 四川 成都 610031)

骨與骨之間的連接部分統(tǒng)稱為關節(jié)，由關節(jié)面、關節(jié)囊和關節(jié)腔組成.其中關節(jié)面是骨與骨的接觸面，其上具有富有彈性且可承受載荷、抵抗沖擊和減少摩擦的軟骨；關節(jié)囊作為連接骨與骨的橋梁，分內、外兩層，前者為纖維層，后者為可分泌關節(jié)液的滑膜層；關節(jié)腔是關節(jié)面和關節(jié)囊之間的空間，充滿具有緩沖和潤滑作用的滑液(或稱關節(jié)液).自然關節(jié)結構如圖1(a)所示[1].

Fig.1 (a) Schematics at articulating surfaces of the knee joint [1]; (b) photograph of a knee implant [3]圖1 (a)膝關節(jié)中各組織結構示意圖[1]; (b)膝關節(jié)假體[3]

對于關節(jié)炎病人而言，其軟骨組織遭到破壞，骨與骨之間磨損加劇，引起關節(jié)劇烈疼痛，病人不得不進行關節(jié)置換術[2]，膝關節(jié)假體如圖1(b)所示[3].目前人工關節(jié)平均壽命為10~15年，人工關節(jié)在磨損過程中產生的磨屑與骨組織發(fā)生作用，造成骨溶解和骨吸收，進而使假體因無菌性松動而失效，而摩擦磨損和潤滑失效是關節(jié)植入失效的主要原因[4-9].通過改進滑液的潤滑作用可較大程度改善人工關節(jié)的摩擦磨損[10-11]，因此，研究人工關節(jié)的潤滑機理來減少人工關節(jié)的摩擦和磨損對于延長人工關節(jié)的使用壽命有極重要的意義.

骨性關節(jié)炎病人滑液、類風濕性關節(jié)炎病人滑液、關節(jié)置換術后假體周圍液和健康關節(jié)滑液，主要成分都是白蛋白、γ-球蛋白、透明質酸(HA)、磷脂(PLs)和潤滑素，其中蛋白含量最高[1, 11].疾病關節(jié)滑液和健康關節(jié)滑液在成分和濃度方面有差異，不同疾病關節(jié)滑液組分濃度也不同[12-16].與健康滑液相比，關節(jié)炎病人滑液中透明質酸和潤滑素濃度偏低而脂質濃度偏高[17].關節(jié)置換術后滑液中γ-球蛋白濃度顯著增高的同時磷脂濃度大幅度下降[18].各種疾病關節(jié)滑液和健康關節(jié)滑液組分濃度列于表1中[1-2, 13-14, 17-20].健康滑液是自然關節(jié)的天然潤滑劑，而關節(jié)置換術可能破壞關節(jié)滑膜，引起假體周圍液的化學和物理性能變化，其對人工關節(jié)的摩擦學行為影響顯著[21-25]，從而影響假體使用壽命[18, 26-27].

表1 疾病關節(jié)滑液以及健康滑液主要組分濃度[1-2, 13, 14, 17-20]Table 1 The major concentrations of synovial fluid of both diseased and healthy joints[1-2, 13-14, 17-20]

潤滑劑是模擬體內植入物磨損機理和磨損率的重要因素[28-29]，體外試驗常用去離子水、生理鹽水、牛血清和合成滑液等替代滑液.超高分子量聚乙烯(Ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水和磷脂溶液中出現(xiàn)了臨床未見的黏著磨損[30-32]，其在磷脂溶液中的磨損率幾乎可忽略不計[28]，但在血清中的磨損率和表面形貌與臨床結果相符[33-34]，由于倫理道德問題及試驗對潤滑劑的需求等不能使用人血清，同時研究發(fā)現(xiàn)植入物的臨床結果和牛血清的摩擦學行為相似[33-34]，因此國際標準(International Organisation for Standardisation, ISO)規(guī)定以稀釋的牛血清作為關節(jié)植入物磨損測試的潤滑劑，髖關節(jié)假體使用總蛋白濃度為30 mg/ml的牛血清[35]，膝關節(jié)假體使用總蛋白濃度為20 mg/ml的牛血清[36]，牛血清的主要成分及濃度列于表2中[14].

表2 牛血清主要成分及濃度[14]Table 2 Typical constituents and concentration of bovine calf serum[14]

研究表明，增加總蛋白濃度會減小磨損[37-40]，而且白蛋白溶液中摩擦系數(shù)和磨損率比γ-球蛋白溶液中低[41].此外白蛋白和γ-球蛋白的比例對人工關節(jié)的摩擦學行為也有較大影響[42-43].透明質酸主要增加潤滑劑黏度，單一的透明質酸不會形成固體吸附膜[44-45]，且單一脂質潤滑作用不大[46]，但在蛋白質溶液中同時加入磷脂和透明質酸可以明顯改善潤滑液摩擦學行為[47-48].

運動方式同樣對植入物磨損機理起主導作用，在水或血清中，對于往復直線運動和單向旋轉運動，UHMWPE磨損率比復合運動低1~3個數(shù)量級[28, 32, 49-50]，在往復直線運動中耦合15°交叉運動，UHMWPE磨損率增大10倍以上[51-52]，復合運動改變了UHMWPE分子鏈排序，導致其斷裂，從而加劇磨損[53]，因此其更符合體內的復雜運動和臨床結果[54-55].

綜上可知，健康滑液和不同疾病關節(jié)滑液在組分和濃度上區(qū)別較大，組分濃度和組分間耦合作用對人工關節(jié)摩擦學行為均有較大影響.在體外磨損試驗中，選擇與疾病關節(jié)滑液組分和濃度相近的潤滑劑和復合運動能更接近體內實際磨損情況.單純研究某種或幾種因素并不能全面有效地描述滑液組分與人工關節(jié)摩擦學行為的關聯(lián).探索人工關節(jié)潤滑性能需將諸多因素綜合，探明其隨組分類型、濃度以及潤滑膜厚度的演化規(guī)律.

本文中將基于滑液組分和體外試驗條件等深入討論滑液中蛋白種類和構象、透明質酸和脂質對人工關節(jié)的潤滑機理及摩擦磨損影響，基于試驗和臨床研究揭示人工關節(jié)的潤滑機理，致力于將研究結果擴展至新型人工滑液的設計與開發(fā)中，綜合人工關節(jié)潤滑性能的改善.本綜述論文中的主要目的在于改進磨損測試使用的潤滑劑，改善人工關節(jié)的長期潤滑作用，以期為開發(fā)人工滑液提供參考，為延長人工關節(jié)的使用壽命提供一定的參考和指導.

1 文獻檢索及主要試驗方法

本文中在“ScienceDirect”、“Springer”、“PubMed”、“SAGA”和“中國知網(wǎng)”等數(shù)據(jù)庫進行檢索，對“artificial joint”、“prosthesis”、“implant”、“l(fā)ubrication”、“synovial fluid”、“component”、“protein”、“l(fā)ubricant film”、“absorption film”、“albumin”、“γ-globulin”、“l(fā)ipid”、“hyaluronic acid”、“wear”、“friction”、“人工關節(jié)”、“滑液”、“潤滑”、“組分”、“蛋白質”、“潤滑膜”、“吸附膜”、“摩擦”和“磨損”等關鍵字進行檢索，根據(jù)文章題目初步篩選了2 076篇相關文章.閱讀文章摘要，對“滑液組分對人工關節(jié)摩擦學行為影響”的相關性進行比較，仔細分析了82篇文章.根據(jù)滑液組分、摩擦副材料、試驗方法和條件等分類，其中試驗方法包括測量潤滑膜厚度、摩擦系數(shù)、磨損量或磨損率、磨痕深度、表面形貌和磨屑形態(tài)等；試驗條件包括使用設備、載荷、速度、運動方式、頻率和時間等，本文中對2015~2021年共12篇文章進行總結，結果列于表3中[39, 41, 44-46, 56-62].

表3 各組分對人工關節(jié)摩擦學行為的影響[39, 41, 44-46, 56-62]Table 3 Effect of each component on the Lubrication of artificial joint[39, 41, 44-46, 56-62]

摩擦系數(shù)主要通過銷盤摩擦機、銷板摩擦機、球盤摩擦機或關節(jié)模擬器獲得.原位測量潤滑膜厚度的方法主要包括熒光標記法和光干涉法，熒光標記法根據(jù)標記物上的熒光強度定性判斷薄膜厚度，其標記潤滑液中特定組分，區(qū)分不同組分對薄膜厚度的影響[63-64]；比色干涉法通過干涉圖上的顏色和膜厚之間的關系定量測定薄膜總厚度，但不能區(qū)別各組分對膜厚的影響[65-66].兩種方法均要求光線射到薄膜表面，因此要求摩擦副中一種材料是透明的.前者鉻元素猝滅熒光對測量結果產生復雜影響，因此摩擦副中有鉻鉬合金材料會導致測量不準確；而后者常在透明材料表面鍍鉻以增強干涉條紋.

針對滑液組分對人工關節(jié)摩擦學行為影響的研究，國內外已經(jīng)取得顯著成果，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：首先，建立了組分類型和濃度與宏觀摩擦磨損規(guī)律之間的關聯(lián)；其次，揭示了滑液組分在人工關節(jié)中的潤滑作用，明晰了各組分及其耦合作用對潤滑膜的影響，進一步揭示了潤滑膜對人工關節(jié)的潤滑機理.滑液組分對人工關節(jié)的摩擦學行為影響從單一組分單一濃度到單一組分不同濃度，再到不同組分之間的耦合作用不斷深入，目前集中研究各組分對潤滑膜厚度的影響以及潤滑膜中的摩擦吸附膜對人工關節(jié)摩擦學行為的影響.

2 蛋白質對人工關節(jié)的摩擦學行為影響

滑液中總蛋白含量為88.11%~96.39%[1-2, 13-14, 17-20]，主要由白蛋白和γ-球蛋白組成.蛋白質對人工關節(jié)摩擦學行為影響復雜且重要[67-71]，滑液潤滑除了簡單的彈性流體動壓潤滑外，還包括人工關節(jié)表面形成的固體吸附膜潤滑，多數(shù)研究認為這層吸附膜的主要成分是蛋白質[61, 67, 72-75].目前集中研究蛋白質類型和構象對吸附膜的潤滑作用及其對人工關節(jié)的摩擦和磨損影響.

2.1 蛋白質對人工關節(jié)的潤滑影響

人工關節(jié)潤滑機理包括經(jīng)典的彈性流體動壓潤滑、邊界潤滑或兩種潤滑機理共同作用等[22].彈性流體動壓潤滑假設潤滑液是等黏性，不可壓縮的牛頓體[76]，但是研究表明潤滑膜的形成不服從牛頓體預測，在靜載下仍有1層薄膜存在，取出關節(jié)材料發(fā)現(xiàn)其表面吸附了1層蛋白膜[77]，同時在假體取出物表面也發(fā)現(xiàn)了摩擦吸附層，如圖2(a)所示[61, 75, 78].Mavraki等[79]認為潤滑膜由兩層組成，第一層是不具流動性的蛋白吸附層，第二層是水動力產生的彈性流體動壓潤滑膜.

Fig.2 (a) The adsorption layer on the cup of the hip joint [78];(b) graphite layer on the surface of the prosthesis[85]圖2 (a)髖關節(jié)臼杯上的吸附層[78]；(b)假體表面的石墨層[85]

關于滑液中蛋白質對人工關節(jié)的潤滑影響，目前潤滑機理主要有4種：(1)邊界潤滑，兩接觸表面分別形成一層蛋白質薄膜，人工關節(jié)的潤滑依靠蛋白吸附層[1]；(2)蛋白質聚集潤滑，剪切力作用使蛋白質聚集，兩表面相對運動時將其帶入接觸區(qū)，增加潤滑膜厚度從而改善磨損[69, 80-81]；(3)分層潤滑，γ-球蛋白先吸附到材料表面，透明質酸和脂質使γ-球蛋白層均勻且穩(wěn)定，中間由抗剪切力弱的白蛋白填充，潤滑膜厚度增加從而促進潤滑[56, 82]；(4)固體潤滑，摩擦過程中，材料中的金屬元素催化蛋白質成為石墨層，石墨作為良好的固體潤滑劑，促進人工關節(jié)的潤滑，如圖2(b)所示[83-86].

2.1.1 蛋白種類對潤滑膜的影響

在CoCrMo合金配副中，γ-球蛋白溶液濃度(6 mg/ml)低于白蛋白溶液濃度(10 mg/ml)，但形成了更厚的潤滑膜[80]，如圖3(a)所示[80]；在金屬和UHMWPE配副中，相近濃度白蛋白溶液和γ-球蛋白溶液中，白蛋白溶液中形成較厚的薄膜，如圖3(b)所示[58].在白蛋白溶液中加入γ-球蛋白后，金屬和UHMWPE之間薄膜厚度約減少一半?yún)s更穩(wěn)定[46, 61, 77]，因此兩種蛋白之間可能存在競爭吸附行為，且γ-球蛋白吸附能力更強，如圖3(c)所示[46, 59, 87].因此γ-球蛋白首先在摩擦副表面形成邊界層，白蛋白吸附到γ-球蛋白層之間，進一步增加薄膜厚度[56, 82, 88]，同時白蛋白分子二級結構呈螺旋結構，抗剪切能力較差，有助于改善人工關節(jié)的潤滑.

Fig.3 (a) Film thickness curves in albumin and γ -globulin solutions of CoCrMo alloys[80]; (b) relationship between film thickness and protein concentration in metal and UHMWPE complexes [58]; (c) schematic of γ -globulin inhibiting albumin adsorption [59]圖3 (a)鈷鉻鉬合金配副中白蛋白和γ-球蛋白溶液中薄膜厚度變化曲線[80]；(b)金屬和UHMWPE配副中薄膜厚度和蛋白濃度的關系[58]；(c) γ-球蛋白抑制白蛋白分子吸附示意圖[59]

單一組分潤滑作用不能全面反映關節(jié)液的潤滑機理，進一步研究各組分耦合作用對人工關節(jié)的潤滑影響極其重要.同時試驗時間是關鍵因素，多數(shù)試驗僅在短時間內觀察潤滑膜厚度變化，對人工關節(jié)的長期潤滑能力仍不清楚.吸附膜在長期磨損過程中可能和摩擦副材料發(fā)生反應從而生成新物質，目前對于吸附膜形成以及長期磨損狀態(tài)下演化機理和潤滑機理尚不清楚.為延長人工關節(jié)使用壽命，需要對吸附膜的穩(wěn)定性和長期潤滑能力進行深入研究.

2.1.2 蛋白構象對潤滑膜的影響

蛋白質共有四級結構，活性白蛋白的特征二級結構為α-螺旋結構，活性γ-球蛋白的特征二級結構是β-折疊結構[89]，蛋白質的空間結構也叫蛋白構象，蛋白構象發(fā)生變化不能行使特定功能的過程稱為蛋白失活或蛋白變性.滑液中蛋白質在60~80 ℃下開始失活，α-螺旋結構減少，β-折疊結構增多，蛋白發(fā)生不可逆變性，如圖4所示[90-95].目前主要認為人工關節(jié)表面相對運動產生的局部高溫[14, 24, 96]或剪切力作用[81]使蛋白質失活，失活蛋白質聚集形成蛋白質薄膜[97-102]，進而影響人工關節(jié)的摩擦學行為.蛋白構象變化影響吸附性能[103-107]，其在不同摩擦副材料中表現(xiàn)出的摩擦學行為不同[41, 57, 60].

Fig.4 The denaturation of proteins [95]圖4 蛋白質的變性過程[95]

活性蛋白呈親水性，親水性材料更易吸附活性蛋白，抵抗失活蛋白的吸附，形成厚密的薄膜以減少摩擦，如圖5所示[91].對UHMWPE材料表面做等離子體處理，使疏水性材料呈親水性，也發(fā)現(xiàn)親水表面吸附更多活性蛋白，形成更厚的蛋白層，同時相對于等離子體處理前摩擦力約減小一半[108-109].但是蛋白質變性后暴露出疏水基團，分子與分子之間易發(fā)生聚集[110-112]，變性蛋白更易吸附在疏水性材料上[113]，進而引起更大的摩擦力[91].

Fig.5 Schematic of selective adsorption of protein by hydrophilic and hydrophobic materials (N stands for native albumin and D stands for irreversibly denatured albumin)[91]圖5 材料親疏水性對蛋白的選擇性吸附示意圖(N表示天然蛋白，D表示不可逆變性蛋白)[91]

進行關節(jié)置換術后，體內不斷修復更新失活的蛋白質，而在體外試驗中，隨著磨損試驗的進行蛋白質構象可能發(fā)生變化[114]，吸附到材料表面的蛋白質是否具有活性，可能和摩擦副的其他條件有關[58, 80].因此在體外試驗中，蛋白是否具有活性是影響人工關節(jié)摩擦學行為的關鍵因素.但是目前關于蛋白質的失活機理、吸附機理和潤滑機理尚不明確.

2.2 蛋白質對人工關節(jié)摩擦和磨損的影響

研究發(fā)現(xiàn)牛血清中總蛋白質濃度增加，金屬的磨損率顯著降低[37]，而UHMWPE的磨損率增加, 如圖6(a)所示[38, 40].由于前者呈親水性促進蛋白吸附，薄膜增厚從而改善磨損，而后者疏水性較強，抑制蛋白質吸附，因此磨損加劇.此外，滑液中蛋白類型對人工關節(jié)的摩擦和磨損也差異，對于相同濃度(30.7 mg/ml)的白蛋白和γ-球蛋白溶液，白蛋白溶液中的摩擦系數(shù)和磨損率比γ-球蛋白溶液中低，如圖6(b)[41, 60]所示.而不同濃度梯度的人血清白蛋白和人免疫球蛋白作為潤滑劑，研究發(fā)現(xiàn)白蛋白和γ-球蛋白的比例越高，人工軟骨材料(Poly vinyl alcohol, PVA)對玻璃的摩擦系數(shù)越高[42]，而對于磨損性能而言，增加白蛋白濃度，降低γ-球蛋白濃度不僅改善PEEK的磨損性能[39]，而且降低了CoCrMo合金的磨損率[37].上述結論與體內實際情況相符合，自然關節(jié)液中白蛋白濃度遠大于γ-球蛋白濃度，是自然界中良好的潤滑劑.

Fig.6 (a) Relationship between wear volume of UHMWPE and total protein concentration in bovine serum [40]; (b) curves of friction coefficient in the same concentration of albumin and γ-globulin [41]圖6 (a) UHMWPE的磨損體積和牛血清中總蛋白濃度的關系[40]；(b)同濃度白蛋白和γ-球蛋白溶液的摩擦系數(shù)變化曲線[41]

白蛋白溶液濃度小于20 mg/ml時，膜厚隨滑動速度增加而增加，從而改善磨損；而濃度大于20 mg/ml時則相反[80].將白蛋白加入γ-球蛋白溶液中，摩擦副相對運動使蛋白質聚集，低速(10 mm/s)促進蛋白質吸附，溶液中出現(xiàn)可見的蛋白沉淀，薄膜厚度顯著增加，從而減少摩擦；高速(50 mm/s)使吸附蛋白膜變性并從材料表面脫落，從而增加材料表面的摩擦[58, 115-116].在硬對硬的球盤試驗機中，純滾動時薄膜厚度隨試驗時間增加而增加，并且在短時間內穩(wěn)定，潤滑膜的主要成分是白蛋白，速度大小對薄膜厚度幾乎沒有影響；但當球速和盤速不相等時，速度明顯影響潤滑膜厚度：當球速大于盤速時，滑膜厚度只有幾納米，γ-球蛋白含量增加，薄膜厚度隨著球和盤速度增加先增加后降低，摩擦系數(shù)幾乎不變；當球速小于盤速時，薄膜厚度顯著增加，但是增大兩者速度，膜厚降低，同時摩擦系數(shù)減小，如圖7所示[57, 75, 88].蛋白質對人工關節(jié)的摩擦和磨損影響主要體現(xiàn)在蛋白濃度、白蛋白和γ-球蛋白比例、蛋白構象及吸附能力方面，載荷和速度影響蛋白構象從而改變其吸附能力，吸附膜增厚促進人工關節(jié)的摩擦和磨損.

Fig.7 (a, b) Development of film thickness and fluorescence intensity of labelled proteins as a function of time[88]; The relationship between velocity and friction coefficient under (c) negative and (d) positive sliding conditions[57]圖7 (a, b)薄膜厚度和熒光強度隨時間變化曲線[88]；在(c)負和(d)正滑動條件下，速度和摩擦系數(shù)的關系曲線[57]

3 透明質酸和脂質對人工關節(jié)摩擦學行為的影響

透明質酸是多糖長鏈分子，透明質酸降低UHMWPE的摩擦和磨損[117-118]但不會形成固體吸附膜[44-45]，主要用以增加潤滑劑黏度[19-20, 119]，部分關節(jié)置換術后通過注射透明質酸來改善人工關節(jié)的摩擦磨損.脂質層可以改善摩擦[120-125]，脂質的碳鏈越長，材料之間的摩擦系數(shù)就越低[126-127].

透明質酸中加入少量脂質能顯著改善摩擦副的摩擦和磨損，目前有兩種模型說明透明質酸和脂質的耦合作用：(1)脂質和透明質酸形成復合物起邊界潤滑作用改善磨損，如圖8(a)所示[48]；(2)脂質吸附到其他分子表面或與其他分子聚合，摩擦副在脂質雙分子層之間滑動以減少摩擦，如圖8(b)所示[128].大量研究表明，蛋白質在人工關節(jié)的潤滑作用中起關鍵作用，單一組分的透明質酸和脂質對人工關節(jié)的潤滑作用不明顯[46]，透明質酸、脂質和蛋白質之間的耦合作用顯著影響吸附膜的吸附行為，進而影響人工關節(jié)的摩擦學行為.

Fig.8 (a) A complex of lipids and hyaluronic acid[48]; (b) schematic of lipids adsorbing to or polymerizing with other molecules [128]圖8 (a)脂質和透明質酸形成的復合物[48]；(b)脂質吸附到其他分子表面或與其他分子聚合示意圖[128]

滑液中脂質和蛋白的耦合作用對人工關節(jié)的潤滑性能十分重要.γ-球蛋白含量較低時，脂質起邊界潤滑作用以減少磨損，γ-球蛋白濃度含量增多，增加脂質濃度導致UHMWPE的磨損率增加[129]，在牛血清中加入的脂質濃度越高，UHMWPE的磨損率越低[130].因此在蛋白溶液中加入一定比例脂質可以改善UHMWPE的磨損.

另外，脂質和透明質酸對蛋白膜厚也有影響.正常情況下，在蛋白溶液中吸附膜厚度隨著試驗進行不斷增加然后穩(wěn)定，但是增加透明質酸和脂質濃度，薄膜厚度減小[44]，卻形成均勻且穩(wěn)定的蛋白質薄膜[46, 61]，明顯改善滑液的潤滑性能[47-48, 60].此外，當脂質增加時，白蛋白薄膜厚度增加，但是γ-球蛋白薄膜幾乎沒有變化[45].而在蛋白質混合液中同時加入透明質酸和脂質，能促進白蛋白吸附而抑制γ-球蛋白吸附[46]，表明透明質酸可能會抑制γ-球蛋白吸附.

Ne?as等[45]提出新的組分分層潤滑模型，即γ-球蛋白先吸附到材料表面，透明質酸和脂質使γ-球蛋白層均勻且穩(wěn)定，如圖9(a)所示[45]，然后低抗剪切的白蛋白吸附到γ-球蛋白層上，增加潤滑層厚度從而改善人工關節(jié)的摩擦磨損，如圖9(b)所示[56, 82].

Fig.9 (a) The effect of coupling effect of different components on film thickness [45];(b) lubrication of model total knee replacement [56] 圖9 (a)各組分耦合作用對薄膜厚度的影響[45]；(b)滑液組分的分層潤滑示意圖[56]

4 總結與展望

人工關節(jié)的摩擦學行為復雜多樣，直接影響人工關節(jié)使用壽命.本文中從蛋白質類型和濃度、各組分之間的耦合作用、摩擦副親疏水性和試驗條件等方面綜述了滑液對人工關節(jié)摩擦學行為的影響，主要結論和展望如下：

a.總蛋白質濃度增加能改善金屬的磨損，但是加劇UHMWPE的磨損.其中白蛋白和γ-球蛋白的比例增大能改善金屬和UHMWPE的磨損性能，這和體內白蛋白濃度大于γ-球蛋白濃度的實際情況相符合.

b.在單一蛋白溶液或含有蛋白質的潤滑劑中，摩擦副表面快速形成吸附膜并穩(wěn)定，多數(shù)研究認為吸附膜有助于人工關節(jié)的潤滑.在硬對硬摩擦副中，γ-球蛋白先吸附到材料表面，透明質酸和脂質使γ-球蛋白層均勻且穩(wěn)定，然后白蛋白吸附到γ-球蛋白層上增加薄膜厚度，從而促進人工關節(jié)的潤滑.

c.蛋白種類和構象影響潤滑膜的形成，進而影響人工關節(jié)的摩擦學行為.磨損過程中產生的局部高溫或剪切力可能使滑液中蛋白構象發(fā)生變化，活性蛋白易吸附到親水性材料表面，形成厚密的薄膜以減小摩擦，而失活蛋白更易吸附到疏水性材料表面進而增大摩擦.

d.單一組分透明質酸和脂質對人工關節(jié)的潤滑不明顯，但是將兩者加入蛋白溶液中后顯著改善了人工關節(jié)的摩擦和磨損.此外，加入蛋白溶液后能使吸附膜穩(wěn)定且均勻，進而促進人工關節(jié)的潤滑.

目前關于人工關節(jié)摩擦學行為的研究主要集中在探究人工關節(jié)表面形成的吸附膜，其摩擦學行為和穩(wěn)定性是延長人工關節(jié)使用壽命的關鍵因素，但是各組分包括滑液中的微量成分對人工關節(jié)摩擦學行為仍不清楚.而且多數(shù)試驗只對人工關節(jié)的短期摩擦學行為進行了研究，對長期摩擦學行為的研究較少.薄膜厚度、摩擦系數(shù)、磨損率、蛋白質構象和組分間耦合作用之間的關系尚待研究.對于薄膜形成、穩(wěn)定性、潤滑機理、長期磨損下的演化機理和摩擦學行為需深入研究.

ISO中規(guī)定的總蛋白濃度均低于人體滑液中蛋白濃度，而且牛血清中蛋白種類和比例、透明質酸含量和脂質種類均與滑液有較大差別，這些因素對人工關節(jié)的摩擦學行為均有不同程度影響，因此體外試驗潤滑劑的選擇需要接近疾病關節(jié)的滑液組分和濃度，濃度在30~40 ml較好.此外，總蛋白濃度、白蛋白和γ-球蛋白的比例以及生理濃度范圍內的透明質酸和脂質也同樣非常重要.進一步加深對人工關節(jié)摩擦學行為的認識，為人工滑液的研究提供一定理論依據(jù)，對改善人工關節(jié)的潤滑性能和延長人工關節(jié)的使用壽命具有重要意義.