人工关节研究的报告

人工关节研究的报告
【摘要】目的：人工关节置换术是治疗关节疾病的主要发展方向，随着医疗水平的提高，针对临床上关节缺损采用人工关节置换的病例也逐年增多，需求的增加难免对人工关节质量和工艺水平要求提出更高的要求，故加快人工关节的开放进度是当前人工关节研究的主要议题。

目前使用的人工关节材料主要包括钛合金为代表的金属材料，陶瓷材料，有机高分子材料等，各种材料制作人工关节优劣不同，但都难以达到完全的生物相容性，故对于制作人工关节新型材料的渴求也愈加强烈，是今后临床医生及工程材料技术人员需要追求的方向。

【关键词】人工关节；骨科；关节
全球每年接受人工关节置换术的患者超过60万，仅我国就有10万左右，人工关节置换已经成为当前骨关节治疗的主要发展方向之一[1]。

我国对于人工关节研究近年来开展的如火如荼，在很多领域已经达到国际先进水平，但某些方面也存在着显著差距，笔者就当前人工关节相关领域的研究进行汇总报告，并提出自己的某些观点，以供参考。

一、概述
随着医疗水平的提高，针对临床上骨组织或关节缺损疾病采用假体替代治疗越来越多，人工关节置换术也是在逐年增加，据相关统计显示，欧美国家人工关节需求每年增长率超过7%，每年接受人工关节置换术者超过50万例，中国每年约10万例[2]。

需求的增加难免对人工关节质量和工艺水平要求的增高，故加快人工关节的开发应用是当前人工关节研究的主要议题。

其实人工关节研究很早就已经开展，1891年Gluck报道了首例人体应用人工关节置换术的研究，采用象牙制作下颌关节作为替代骨，为关节疾病假体置换治疗提供了新思路，后逐渐有采用金属材料、陶瓷材料及有机高分子材料作为人工关节行置换术的报道，具体如下：
二、各类型人工关节研究
2.1金属材料
上世纪30年代iles采用不锈钢制作的股骨头和髋臼对Still氏病患者进行了关节置换术，但由于金属碎裂而未达到预期效果，不过开辟了采用金属材料制作人工关节的篇章。

不锈钢材料虽然强度尚可，加工也方便，但是在体内生理环境下，也较容易出现摩擦腐蚀、破裂等情况的发生，但是以当时的科技水平采用此种材料应用于关节置换已是创新。

后逐渐又研究开始探索应用钴合金，其强度相对较高，弹性模量低，耐磨耐腐蚀，曾一度在临床推广应用，但后期研究发现采用钴合金假体的患者，过敏反应及其他与钴金属重度相关疾病发病率增加，且在尿液和血液中可检测到较高的钴离子，此后应用受到限制[3]。

直到上世纪60年代，生物材料选择才逐渐以钛及钛合金为主导并延续至今。

钛合金密度与人骨密度相近，其重量相对较轻，强度高，弹性模量较低，耐磨耐腐蚀，抗疲劳等，相对其他合金材料性能好且更安全可靠[4]。

目前常用的合金材料众多，如β钛合金TLM，Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr合金，氮化钛等，其中氮化钛是钛材料经离子氮化学工艺处理后的材料，在保持原有钛材料的优点外，硬度、耐磨性及耐腐蚀性均显著增强。

另有新型的多孔钽金属材料应用于人工关节研究，但其材料理论尚不完善，需要今后深入研究证实。

2.2高分子材料
上世纪40年代国外开始采用高分子材料研究合成人工关节，采用的主要有聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯等材料，其中聚乙烯是最早应用于人工关节制作的高分子材料，后使用超高分子聚乙烯应用于人工腕、膝关节，使用寿命相对延长，同时减轻了摩擦和磨损问题，但临床随访结果表明此两类材料晚期磨损严重，患者可出现关节松动，且人工关节磨损后分解微粒可造成无菌性炎症，产生关节旁积液，给患者增添额外疾患负担[5]。

当前临床实践中应用较为广泛的高分子材料为硅橡胶，多应用在指关节、肘关节等非重力关节部位。

有研究认为硅橡胶人工指关节明显好于金属人工指关节，对于有掌指关节伸屈肌腱损坏者最为适用。

但同时也有远期随访观察发现硅橡胶引起异物反应的病例报道，这与人工关节断裂及磨损微颗粒诱发炎症不无关系。

2.3 陶瓷人工关节
Boutin于1972年首次使用陶瓷人工关节进行全髋关节置换术，为人工关节研究提供了新的方向。

陶瓷人工关节材料优势在于材料强度高、耐磨耐腐蚀，但劣势也较显著，如硬度较大，弹性模量高，抗弯强度低及生物力学匹配性差等，使用中可出现断裂及骨损伤等情况，或许正是出于对如此劣势的考虑，Boutin使用的陶瓷人工关节严格意义上讲为陶瓷复合材料，是讲陶瓷头结合于钛合金的柄上后应用于置换术。

近年来集中在增强陶瓷韧性的研究开展较多，利用二氧化锆相变增韧取得了良好效果，但由于此种陶瓷人工关节加工难度大，且置入体内有关脆性及疲劳性破坏的研究尚不完善，故目前并未广泛应用于临床[6]。

2.4复合材料人工关节
基于追求能够与人体骨组织间弹性模量相匹配的理想假体材料的想法，目前已经有一羟基磷灰石为基础的复合材料的研究。

如正处在探索阶段的羟基磷灰石/金属生物复合材料，羟基磷灰石/高分子聚合物生物复合材料，碳纤维增强高分子基生物复合材料，羟基磷灰石/生物惰性陶瓷生物复合材料等，理论上基本能够达到与骨组织间弹性模量相匹配的程度，但仍处在实验室研发阶段，且对于远期并发症是否能真正改善很难给出确切答案[7]，但可作为今后人工关节材料研发的方向之一。

3. 展望
研发具有良好生物相容度、耐磨耐腐蚀、强韧耐疲劳、高匹配人骨组织间弹性模量的人工关节材料是临床医生及材料技术人员的共同追求，应当紧随挡墙科技发展步伐，寻找最佳制作材料。

当前在仿生学人工关节上的研究是今后关注的重点方向之一[8]，理论上讲该种材料具有高结构功能顺应性，自愈性及运动稳定性等特点，可在人工关节表面引入人工软骨增强抗磨损能力。

已有研究发现聚乙烯醇水凝胶与天然软骨结构性能极为相似，是制作人工软骨的绝佳材料，但其机械强度相对较差，需要处理改善以适应需求[9]。

目前人工纳米材料研究理论知识丰富，今后可考虑在人工关节表面加工出纳米结构以减少磨损，或在关节表面制造纳米微孔联合自体骨细胞克隆增殖，以增强生物相容性，不失为最理想的方法[10]。

4. 结论
人工关节研究是伴随材料科学发展而进行的，当前人工关节研究重点应当放到加紧对新型高科技材料应用于假体制作的探索中来。

目前来看尚未有可完全顺应人骨关节结构功能的人工关节出现，研发原则可转移到以提高生物相容度，增强耐磨耐腐蚀性及高匹配人骨间弹性模量上，可在原有研发材料的基础上创新改
革，实验室研究成熟并应用于临床后需对远期疗效进行客观评价。

在临床实践中人工关节的的选择应当以结合具体情况，考虑患者对材料经济成本承受能力及适应能力，选择最符合的人工材料。

参考文献：
[1]赵艳.人工关节置入材料的临床应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15:
[2]钱正瑛,金伟.人工关节假体材料的研究现状[J].国际生物医学工程杂志，2009，32:4.
[3]陈锐,戴闽,熊平, et al.金属离子对人工关节松动影响的相关研究[J].生物骨科材料与临床研究，2010，07:
[4]《中国组织工程研究与临床康复》学术部.让昨天告诉今天:人工髋关节研究的学术与技术进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2009，13:2.
[5]蔡运火,鲍航行,王金法, et al.人工关节假体周围骨溶解的发生机制及防治[J].浙江中医药大学学报，2012，36:
[6]蔡友治,严世贵.陶瓷人工关节研究进展[J].中华骨科杂志，2010，30:
[7]陈治宇,张晖,阮正上, et al.含银涂层人工关节抗感染性能的实验研究[J].中国实用医药，2009，4:3.
[8]孟昭琴.人工关节材料的仿生性能及临床应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14:
[9]李锋,王成焘.关节软骨和人工关节材料接触角的测定[J].润滑与密封，2009，34:5.
[10]黄成龙,赵常利,韩培, et al.纳米化表面钛合金内植物的界面组织学和生物力学评价[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15:。