陶瓷人工关节应用进展

    陶瓷人工关节假体具有耐磨、生化惰性等特点，临床上假体松动发生率较少，正备受关注。陶瓷人工关节经历了四代工艺技术的改进，现日趋完善。第一代人工陶瓷关节从1974到1988 年，第二代从1988 年到1994 年，第三代陶瓷关节从1994 年至今，第四代陶瓷关节已于2003年开始应用临床。人工陶瓷关节历经变迁，在临床治疗上取得了长足发展。本文就陶瓷关节在临床应用的现状和发展综述如下。河南省洛阳正骨医院髋部疾病研究治疗中心陈献韬
    1.陶瓷性能
    强离子键和共价键赋予陶瓷材料很高的耐磨、耐压强度和硬度及很好的化学惰性。而且，陶瓷材料的亲水能力保证了其参与构成的关节有更大的润滑性。此外，陶瓷材料不会析出金属离子，在体内可保持生物惰性。这都是陶瓷突出的优点。而随着工艺改进，陶瓷关节假体的物化性能得到提升。如运用热等静压技术（hot isostatic pressed）和激光蚀刻技术等，使得材料密度、尺寸和强度等都明显改进，颗粒尺寸仅1.8um，材料密度却达到3.98g/cm3 。
    第三代陶瓷对陶瓷界面磨损率约为0.004mm/年，在各类假体中具有明显优势。上述这些，使陶瓷假体发生磨损和溶骨现象减少，假体使用寿命延长。这在年轻而富于运动的关节置换患者中特别有优势。
    2.第四代陶瓷关节
    陶瓷耐磨性带来的是脆性增大，在临床上容易引起假体破损。第三代陶瓷假体存在裂纹扩展（crack  propagation），为发生破损的前兆。为此，第四代人工陶瓷关节复合了氧化锆等数种氧化晶体材料，其组分为Al2O3(约82%)、ZrO2(约17%)、SrO 等(约1%)，其性能已较大幅度地优越于第三代陶瓷关节，单断裂韧性就从3.2 升至6.5 MPam1/2。之所以选择氧化锆，是因为其具有良好的韧性和强度，其抗牵引强度可达900-1200MPa，抗压缩能力达2000MPa。
    复合这种特殊陶瓷材料后，晶体颗粒会更小。更重要的是，氧化锆可以分散和吸收断裂的能量，抑制裂纹扩展。第四代陶瓷关节已于2003年开始用于临床，代表产品为Biolox@delta。其不但具有极强的抗碎裂性能，而且有极高的抗断裂韧性。实验室研究显示，在Biolox delta 对Biolox delta 关节面，条状磨损（stripewear）发生率比第三代陶瓷关节假体明显减少[10]。通过对破损的Biolox?delta 球头进一步研究，该条状磨损面的粗糙高度仅为55nm，仍低于正常金属球头和同类假体的表面粗糙程度。据Chevalier报道，法国在过去5 年，已有250000例Biolox delta 人工关节相继用于临床。
    3.临床研究
    陶瓷假体破损是严重并发症之一，直接导致手术失败。临床引起陶瓷假体破裂的诱因有巨大外力创伤、高强度载荷运动、部件不匹配、手术操作错误和假体混配等。
    20 世纪70 年代，法国外科医生Boutin 首次应用人工陶瓷关节。而后Mittelmeier 医师于1974年设计出全陶瓷界面的人工关节，并于80年代开始应用于临床。但第一代人工陶瓷关节存在很高的破损率。而后的第二代人工陶瓷关节破损率高达3.4%。因此，早期人工陶瓷关节假体未广泛应用。通过对第三代陶瓷生产工艺进行严格的力学实验和破损实验，使其平均载荷达到46kN,接近5倍人体重的载荷，使假体破损率降至0.004% 。
    目前，使用最为广泛的是由德国CeramTec 公司制造的第三代氧化铝人工陶瓷关节。而第四代陶瓷关节假体已于2003年用于临床，临床疗效已有报道。对第四代陶瓷假体随访六年，65000 个球头和40000 个植入物均未见破损。但是Hwang 报道了一例Biolox delta假体出现臼缘破损，此假体使用了forte 陶瓷球头。
    3.1.1. 球头破损
    陶瓷头破损是最严重的并发症。一旦球头发生破裂，即尽早手术。残留的碎片不仅会破坏假体其他部件，而且加快破损进度，出现关节并发症。虽然目前对陶瓷头破损的机理不甚清楚，但一般认为，保持锥管-陶瓷界面干洁对锥管-陶瓷头的稳固起重要作用，而锥管-陶瓷界面的稳定性正是陶瓷头破损的主要原因之一。
    实验证实，一滴黏附在锥管上血垢（30mg）可以使陶瓷界面抗破损能力降低近60%。翻修时常选用较前更坚硬的材料，比如金属球头，第四代Biolox delta 球头。值得注意的是，用陶瓷假体翻修时，需要一并更换假体柄，以防旧柄存在磨损或颗粒使新球头再次破损。
    3.1.2.臼衬破损
    陶瓷臼衬破损是另一常见并发症。这跟假体柄设计选择和手术技术有关，球头移位和前倾角过大也会导致臼衬破损。在高屈曲度和外旋位时，球头撞击陶瓷内衬和聚乙烯臼缘，最终引起假体破裂松动。另外陶瓷内衬的破裂，还发生在调整髋臼假体位置时。当使用大直径陶瓷头时可以减少破损发生。
    3.2.脱位
    陶瓷对陶瓷人工关节假体另一并发症就是脱位。据Mai 等临床报道，336 例陶瓷对人工陶瓷关节置换病例中（1997-2005 年），有2例发生脱位，且都为术后一年内，进行闭式复位后未再次脱位。而另一项病例研究显示，总共行1635 份陶瓷对陶瓷人工关节置换术，共发生3 例前脱位和15例后脱位，占到 1.1%。17例行闭式复位后未再脱位，有一例行置换翻修手术。而后随着关节置换中采用更大直径的陶瓷头，临床上减少或避免了脱位发生。
    临床研究表明，使用32mm 或36mm的大直径球头，相对于28mm的球头（4.63%），其关节半脱位、脱位及破损的总体发病率只有0.88%。这使关节活动度增大，关节脱位的风险降低，可使陶瓷关节假体耐用性和安全性提高。
    3.3. “咯吱”异响
    除了并发陶瓷碎裂外，临床报道发现陶瓷对陶瓷关节假体在全髋关节置换后会出现“咯(squeaking)”声。常见于行走、上楼梯、前屈等动作时常见，但和发生关节疼痛和功能障碍无直接联系。各临床中心有关“咯吱”声的发生率报道不尽相同。一些报道指出，这种声音的发生率约为1%，且有些病例存在一段时间后自行消失。而据Jarrett等报道，在2003 年-2005 年手术的131例全髋人工陶瓷关节置换术病人，随访一年以上，有14 例（10.7%）曾出现过“咯吱”声，其中有10人症状随后消失，仅有一例因“咯吱”声较严重而行人工关节翻修术。Keurentjes 等统计2002年-2003 年共43 例人工陶瓷关节全髋置换术，随访约4年，期间共有9 例出现咯吱声，发生率高达21%，其分析认为如果颈长-4mm或更短，异响的风险会加大。目前对体内出现咯吱声的原因尚未清楚，临床观察发现人工陶瓷关节假体出现“咯吱”声的患者有共同的生理特点，即平均年龄小于56 岁，身高179 cm 以上，体重大于90kg。这似乎预示着该并发症在亚洲黄种人中发生率较低，因为该病人一般比较矮小，体重偏轻。
    4.陶瓷关节展望
    随着制作工艺和手术技术不断改进，陶瓷人工关节破碎发生率将进一步降低。一方面，需要进一步研究如何使晶体颗粒更小，颗粒硬度更大；另一方面，寻找研发新型复合材料和工艺途径，以此进一步降低陶瓷破碎风险。随着关节置换更多应用于年轻患者，追求假体更大的活动度以及避免溶骨反应将是另一个方向。同时具有良好生物活性或富含活性因子的生物性股骨柄和臼杯植入材料将受到进一步关注。对于陶瓷人工关节，临床长期疗效和远期效价比均需加以认真考量。