人工关节材料的临床应用现状及进展

贺东煌

我国骨科前辈对人工关节材料的应用始于上个世纪中期，初期仅浅尝辄止，70年代以后才稍具规模，90年代以后发展迅速，患者及医生均认可了人工关节材料在骨科临床中的重要地位。进入到21世纪以后，随着人口剧增，大量交通工具的涌现，事故、灾害、工伤、疾病等频繁发生，增加了意外伤害的概率[1]。因此，各国均开始重视对生物材料的应用，人工关节在临床上应用的范围也更加广泛。

1 陶瓷材料

作为生物材料的重要组成部分之一，人工关节材料在近百年来，尤其是近30年来得到了迅猛发展。人工关节是植入性假体，模拟人体的关节制成，当关节出现病变或者损伤不能完成正常功能时，应用人工关节则能帮助恢复关节的功能。作为植入器官中的一种，人工关节必须首先满足生物相容性的要求，即不影响人体正常的生理功能;其次，应与人体骨骼的强度、热膨胀性及弹性模量相一致;再次，为了满足生物力学的相容性，人工关节还应具备良好的耐磨性。使用寿命长、能够满足人体生理功能、不产生下沉及松动、尽量不出现磨损碎片是人工关节的设计目标。目前人工关节材料主要包括陶瓷材料、有机高分子材料、金属材料。

陶瓷材料具有生物惰性、耐磨性等优点，因其很少出现假肢松动而受到临床骨科医生的关注[2]。最初的陶瓷人工关节并不完善，陶瓷人工关节到目前为止已经经历了四代工艺改进，逐渐趋于完善。陶瓷材料之所以有良好的耐压强度、化学惰性及耐磨性，主要是由于其共价键及强离子键。同时，陶瓷材料具有很好的亲水能力，作为人工关节可以保证关节的润滑性。而且，陶瓷材料可以在体内保持生物惰性，不会有金属离子析出，特点突出。随着激光蚀刻、静压等新技术的出现，陶瓷材料的强度、尺寸及密度也有了进一步的改善。但是，在关节置换术中，陶瓷人工关节有一严重的并发症为陶瓷假体破损，常常导致手术失败。手术操作错误、部件不匹配、假体混配、外力创伤以及载荷运动强度高是陶瓷假体破裂的主要诱因。相信随着手术技术及陶瓷制作工艺的不断进步，陶瓷人工关节出现破碎的几率将会不断降低。

2 有机高分子材料

第一例有机高分子材料人工关节出现于1963年，为金属材料与有机高分子材料相结合的人工关节(金属股骨头-聚四氟乙烯髋臼)，由此进入了有机高分子材料人工关节时代。目前，有机高分子材料在临床中也得到了比较广泛的应用，很多人工关节均可以采用有机高分子材料工艺，比如指关节、髋关节、肩关节、肘关节、腕关节、膝关节等，在上述关节中，承受力最大的关节是膝关节及髋关节。但是，有机高分子材料多(臼)与陶瓷、不锈钢等高强度材料(人工关节头)结合应用于人工关节的工艺当中。UHMWPE(超高摩尔质量聚乙烯)相对分子量大概为30万，是较为理想的有机高分子材料，具有很好的耐磨性，其摩擦系数也远远低于不锈钢。根据有光研究，尼龙的磨损率是UHMWPE的10倍，高密度聚乙烯的磨损率是UHMWPE的5倍。但是，有机高分子材料人工关节也有其不足之处，比如在关节滑动过程中可能产生许多碎屑，关节接触面生物膜中的巨噬细胞能被聚乙烯颗粒活化，诱导并加速形成生物酶。上述生物酶能够诱导移植骨吸收而出现关节松动。

3 金属材料

目前，金属材料是人工关节材料的主体，比如Ti-6Al-4V、钴-铬-钼合金等，这些金属材料人工关节加工性能及力学性能好于其他材料。但是随着时间的推移，人们发现金属材料人工关节的关节面容易磨损，磨损后的产物导致机体出现不良的生理反应，同时Ti-6Al-4V、钴-铬-钼合金中含有铬、钴等，如果形成离子状态就会对人体产生毒害作用，这些有害金属离子不断积累，当到达一定量时就会产生致癌作用，对机体健康十分不利。此外，有报告显示有些金属材料人工关节连接处腐蚀严重，能够导致骨质溶解缺损，产生了不良的后果。

总之，目前临床广泛应用的三种材料人工关节均有其各自的优缺点，导致关节置换手术失败的主要原因为人工关节材料间出现的磨损，因为在磨损的过程中能够产生磨屑，置换部位因为磨屑的存在诱发无菌性炎症，进而影响了人工关节的使用效果。研究者需要对目前的人工关节材料进一步改进，使其具备更加优异的耐磨性能、更好的生物相容性，进而能够提高人工关节的使用寿命。

[1]蔡友治，严世贵.陶瓷人工关节研究进展.中华骨科杂志，2010，30(11):1157-1159.

[2]赵艳.人工关节置入材料的临床应用.中国组织工程研究与临床康复，2011，15(38):7205-7208.