人工關(guān)節(jié)材料的進(jìn)展.pdf

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1、人工關(guān)節(jié)材料的進(jìn)展李曉聲陳鐵柱湖南省人民醫(yī)院骨科(410005)摘要人工關(guān)節(jié)材料的發(fā)展為人工關(guān)節(jié)置換的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要介紹人工材料及其改進(jìn)技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行綜述，指出目前主要假體材料的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞人工關(guān)節(jié)材料人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)始于歐洲，1923年Smith-Petersen醫(yī)生使用玻璃材料置換病變的髖關(guān)節(jié)軟骨。隨著人口平均壽命的增加和老齡化的加劇，各種骨與關(guān)節(jié)疾病，特別是退行性疾病的發(fā)病率不斷升高?；颊邔?duì)醫(yī)療服務(wù)需求的增加極大地刺激了骨與關(guān)節(jié)外科的發(fā)展，特別是近半個(gè)世紀(jì)，隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的進(jìn)步，骨與關(guān)節(jié)外科的發(fā)展更是日新月異。1998

2、年4月，瑞典隆德大學(xué)骨科主任、歐洲骨科研究會(huì)主席LarsLidgren教授首先發(fā)起并倡議將2000年至2010年確定為國(guó)際“骨與關(guān)節(jié)十年”(BoneandJointDecades)。我國(guó)對(duì)這一倡議也給予了高度重視，并由中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨科學(xué)分會(huì)代表中國(guó)2002年10月加入了“骨與關(guān)節(jié)十年”這一國(guó)際性活動(dòng)，同時(shí)正式簽署了宣言。在此基礎(chǔ)上還成立了中歐骨科學(xué)術(shù)交流學(xué)會(huì)(SEOAEC)，進(jìn)一步加強(qiáng)了我國(guó)骨與關(guān)節(jié)外科工作者與國(guó)際同行的學(xué)術(shù)交流。近幾年來(lái)人工關(guān)節(jié)置換技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，包括材料學(xué)、生物力學(xué)、假體設(shè)計(jì)及手術(shù)技術(shù)等各個(gè)方面。本文主要介紹人工關(guān)節(jié)材料的

3、研究進(jìn)展。1人工材料的種類1．1金屬材料不銹鋼是最早的人體金屬植入材料。316L不銹鋼是制作醫(yī)用人工關(guān)節(jié)比較廉價(jià)的常用金屬材料，主要用作關(guān)節(jié)柄和關(guān)節(jié)頭材料【11。但臨床表明316L不銹鋼植入人體后，在生理環(huán)境中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生縫隙腐蝕或摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂等問(wèn)題，并且會(huì)因摩擦磨損等原因釋放出Ni2+，Cr3+和Cr5+，從而引起假體松動(dòng)，最終導(dǎo)致植入體失效【21。因此，對(duì)316L不銹鋼而言，提高耐蝕性是關(guān)鍵。鈷基合金通常指Co．Cr合金在人工關(guān)節(jié)方面有著廣泛的應(yīng)用。美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)推薦了4種可在外科植入中使用的鈷基合金，它們是：鍛造Co．Cr-M

4、o合金(F76)，鍛造Co—Cr-W-Ni合金(F90)，鍛造Co—Ni—Cr-Mo合金(F562)，鍛造Co-Ni．Cr-Mo—W-Fe合金(F563)。其．中鍛造Co．Cr-Mo合金和鍛造Co．Ni．Cr-Mo合金己廣泛用于植入體制造【31。ISO允許使用制作人工關(guān)節(jié)部件的鈷基合金達(dá)到6種，這充分說(shuō)明鈷基合金在人工關(guān)節(jié)方面有著廣泛的應(yīng)用。臨床實(shí)踐證實(shí)鈷基合金具有很高的強(qiáng)度和優(yōu)異的抗腐蝕性，無(wú)明顯毒副作用。鈦和鈦合金因其生物相容性好以及良好的綜合機(jī)械性能，在人體植入材料當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代美國(guó)和英國(guó)首先將純鈦用于生物體。我國(guó)首

5、先由北京有色金屬研究總院與天津市骨科醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的鈦人工股骨和髖關(guān)節(jié)于1973年用于臨床。后來(lái)發(fā)現(xiàn)Ti．6AI．4V合金的性能優(yōu)于純鈦，因此，Ti．6AI．4V合金作為人體植入材料得到了廣泛應(yīng)用。Ti．6A1．4V合金的生物相容性比不銹鋼和CoCrMo合金都要強(qiáng)，耐蝕性好，其彈性模量與骨骼接近，且密度輕(4．519／cm3)，可用于人工關(guān)節(jié)及骨科內(nèi)固定器的制造【4】。但由于釩能引起慢性炎癥、鋁離子與無(wú)機(jī)磷結(jié)合，使體內(nèi)缺磷，將誘發(fā)老年癡呆癥等且其彈性模量為骨彈性模量的4～lO倍。種植體與骨彈性模量之間的不匹配，使得載荷不能由種植體很好地傳遞到相鄰

6、骨組織，出現(xiàn)“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收，最終引起種植體松動(dòng)或斷裂。因此，開(kāi)發(fā)研究生物相容性更好、彈性模量更低的新型醫(yī)用B鈦合金，成為生物醫(yī)學(xué)金屬材料研究的重點(diǎn)。1．2有機(jī)高分子材料用于人工關(guān)節(jié)制備的典型高分子材料有硅橡膠、聚乙烯和超高分子量聚乙烯等。聚乙烯首先用于人工關(guān)節(jié)，隨后采用了性能更好的超高分子量聚乙烯，較好地改善了人工關(guān)節(jié)的摩擦磨損問(wèn)題，延長(zhǎng)了使用壽命。但長(zhǎng)期隨訪顯示：聚乙烯晚期的磨損問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。Charnlcy等采用放射法測(cè)定Charnley型髖臼假體內(nèi)面的磨損率為0．1"-'-0．19mm／年，這相當(dāng)于每年每個(gè)關(guān)

7、節(jié)產(chǎn)生2x107一"4x1010個(gè)小于1毗m的超高分子量聚乙烯碎屑，這些碎屑可引起人工關(guān)節(jié)周圍的骨溶解等現(xiàn)象。McCoy有等(1988)提出，髖臼磨損是磨損誘導(dǎo)骨溶解的強(qiáng)力指示，他在測(cè)量了35個(gè)Chamley型全髖臼杯厚度后發(fā)現(xiàn)其中27個(gè)發(fā)生了磨損，這些出現(xiàn)磨損的病例股骨距平均吸收了512mm。Agins報(bào)道了68例有股骨距吸收的人工髖關(guān)節(jié)術(shù)后病例髖臼磨損情況，發(fā)現(xiàn)其中40例X線檢查顯示聚乙烯磨損【5】等均表明聚乙烯磨損與假體松動(dòng)密切相關(guān)。1．3陶瓷材料整體或重要部分使用了生物陶瓷材料的人工關(guān)節(jié)統(tǒng)稱陶瓷人工關(guān)節(jié)。以氧化鋁和氧化鋯為主的陶瓷配伍假體

8、大量應(yīng)用于臨床。高純～203生物陶瓷主要用于關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)臼的制備，羥基磷灰石(HA)主要用于人工關(guān)節(jié)柄部的涂層。1972年Boutin首