上海长征医院：全陶瓷关节假体在髋关节置换术中的应用进展

全髋关节置换术目前已在我国很多地方得到开展，并且随着相关材料科学的高速发展，人工髋关节的临床应用也不断得到发展。在以往的手术中，金属股骨头与超高分子量聚乙烯髋臼的组合是使用最多的关节假体；但因金属的弹性模量与人体骨骼的差异相当大，术后关节假体极易发生松动与不稳定；而陶瓷材料由于其生物惰性，不仅具有很好的机械强度，而且在机体内有十分强大的稳定性。虽然全陶瓷关节假体的术后并发症相比以往其他材料假体已降低很多，但仍存在发生并发症的风险。

正文

以往的观点认为全髋关节置换术更适用于60岁以上的老年人，原因主要是由于关节假体日积月累的磨损，导致其仅具有有限的使用寿命。但人工髋关节置换对于各种原因引起的股骨头坏死或强直性脊柱炎（AS）等疾病，是非常必要的、有效的甚至是唯一的治疗方法；即使若干年后由于关节假体的松动或磨损，许多患者常需要接受翻修或二次手术。而陶瓷关节假体的出现降低了人工关节的磨损率，延长了关节假体的使用寿命，并由此增加了髋关节的活动范围与稳定性，减少了各类并发症的发生。

一、全陶瓷关节假体的起源与应用进展

人工髋关节的概念最早由Charnley在1962年提出，他发明了金属及聚乙烯材料的组合假体之后，髋关节置换手术立刻成为最主流的术式[1]。随着时间的推移，有观点认为由于人工关节的磨损与使用寿命有限，髋关节置换术仅适用于年龄较大、关节运动程度与年轻人相比没有那么剧烈的患者，因为人工材料能够在这类患者体内使用更长的年限[2]。但在临床上很多由于股骨颈骨折造成股骨头无菌性坏死或是AS患者，因为各种原因仍需要接受全髋关节置换，部分情况下全髋关节置换甚至是其唯一的选择。

全髋关节置换术后最常见的问题是关节假体的无菌性松动，这种情况在聚乙烯材料的人工髋关节置换术后最为常见，主要是由关节假体表面的磨损微粒所形成的骨溶解所导致的。在关节假体松动之后，患者不得不接受翻修手术，不仅对躯体造成了较大痛苦，而且对于部分经济条件较差的患者来说，更是无法承担手术的费用[3]。为了避免人工髋关节置换后发生磨损及松动的情况，大量临床医师与生物医学工程师进行了许多研究。1970年法国的Boutin里程碑式地在髋关节置换术中使用了氧化铝陶瓷制成的人工关节，开创了陶瓷关节假体在临床应用的先河。

有实验[4-5]表明，陶瓷的高硬度使得全陶瓷关节假体的磨损率仅为每年30μm。陶瓷假体优良的亲水性使得关节面始终处于润滑的状态，相比于传统的聚乙烯材料，其黏附性磨损大大降低。传统由金属搭配聚乙烯组合的人工关节所释放的金属离子在与血浆蛋白结合后，会随着循环系统运输到机体的各个器官，长期存在则有致癌、致畸的风险；而陶瓷材料的生物活性较低且较稳定，机体不会因异物的置入而发生超敏反应及感染。1996年美国食品与药品管理局进行的临床调研显示，使用全陶瓷关节假体的患者术后并发症的发生率明显降低[6]。在欧洲，全陶瓷关节假体也已经被使用将近百万次。日本、澳洲、韩国等发达国家的报道也显示，全陶瓷关节假体在全髋关节置换术后的使用十分稳定，且患者的满意度也十分理想[7-8]。

二、全陶瓷关节假体尚存在的问题

虽然全陶瓷关节假体具有许多传统金属与聚乙烯组合的人工关节所不具备的特点，但是其仍存在着一些问题。首先，全陶瓷关节假体的价格更为昂贵，在医保制度尚未普及的我国，经济情况不佳的患者难以承受其价格；即使患者有能力负担，由于陶瓷假体的型号相比聚乙烯假体要少，且没有防脱位凸缘或偏心髋臼[9-10]，患者有时也难以确定较为合适的型号。

其次，早期因陶瓷关节假体的刚度太大，无法对抗强度较大的张力，所以其抗折弯能力也较弱，这就造成了陶瓷关节的易碎性。而假体碎裂是全陶瓷关节假体术后很常见的并发症，其发生率曾高达10%[11-13]。但随着材料科学的不断发展，颗粒更小、纯度与密度更高的陶瓷材料已经面世，新型陶瓷材料中还被加入了氧化钇稳定的四方氧化锆，使其具有更高的抗磨损与抗弯折性能，因而术后发生陶瓷关节假体碎裂的情况越来越少。有学者[14-15]报道第三代全陶瓷关节假体术后的碎裂率约为0.005%，远低于此前10%的发生率。

在人体的正常生理条件下，陶瓷关节假体所承受的负荷完全不会对其稳定性造成影响。但在手术不当、外伤、假体半脱位、股骨颈柄部与髋臼内衬撞击等非正常生理状态下，陶瓷髋臼内衬的碎裂概率会大大增加，这可能与陶瓷假体所处的异常位置有关。尤其是在患者下蹲或过度屈曲时造成髋臼假体过度前倾的情况下，髋臼内衬的碎裂率可达到0.1%[16]。

在聚乙烯人工关节最常见的术后骨溶解方面，第三代陶瓷关节假体由于其自身极低的生物活性与磨损率，即使在使用一段时间后出现了因磨损而产生的陶瓷颗粒，但数量远未达到引起骨质溶解的水平。但若关节假体安装的位置不佳，或关节假体尺寸与患者的具体情况不匹配，其发生骨质溶解的概率与传统人工关节是相当的[17]。

三、全陶瓷关节假体的术中安装技巧

要减少患者在术后发生假体碎裂的情况，就要避免股骨颈柄部与髋臼内衬的撞击，这就要求术中务必将股骨颈柄部与髋臼内衬放置妥当，因而对主刀医师的操作水平提出了更高的要求。由于目前的全陶瓷关节假体尚无防脱位设计，在植入髋臼假体时若安装位置不恰当，极易造成关节假体的后脱位[18]；故在放置时，可适当加大髋臼假体的前倾角度，减小髋臼假体的外展角度，还可有效避免股骨颈柄部与髋臼内衬边缘的撞击，降低髋臼内衬碎裂的概率。此外在手术过程中，为了维持关节假体在术后的稳定性，避免发生前方撞击，可以根据实际的需要，切除一部分髋臼前方的骨赘。

陶瓷内衬虽然坚硬但易碎，放置进去以后，若发现不合适再取出时，会损伤股骨头假体与髋臼内衬的钛合金外包层，增加了手术时间与难度；故放置之前进行假臼内衬试模十分必要，可为手术留出余地，减少不必要的损失。在安放陶瓷髋臼内衬时，务必于安放到位后再进行敲击；若没有找准敲击的时机，很容易导致陶瓷髋臼内衬碎裂，造成不必要的资源浪费；并且安放时应直接用手对髋臼边缘均匀用力，直到将髋臼内衬压入髋臼杯内。

术中在截股骨时，要避免股骨颈离断的位置太低；如离断位置过低会造成关节的不稳定，患者在术后会发生患肢缩短，对生活质量的影响较大。挑选股骨柄时，还要将陶瓷股骨头的锥度纳入考虑范围，确认其与股骨柄的锥度相互匹配。若股骨颈柄部和髋臼内衬的选择及放置均很妥当，则术后假体碎裂的概率可进一步降低。

四、全陶瓷关节假体术后异晌的处理

近年来，有不少患者在接受全陶瓷假体的髋关节置换术后，关节假体会发出“咯吱”异响声，患者与临床医师均对此给予了高度重视。由于异响对部分患者的生活质量造成了较大影响，部分患者甚至将生产厂商告上法庭，使其付出了巨额赔偿，这也对陶瓷髋关节的临床普及起到了负面作用。研究表明当陶瓷关节假体设计正确时，发生异响的概率约为0.5%；但如果设计不恰当，异响的发生率则可高达3%[19]。国外骨外科医师在对部分患者进行人工髋关节翻修术时，发现发生异响关节假体的股骨颈柄部与髋臼边缘有明显的撞击痕迹，这充分说明了不恰当的设计是造成关节内撞击、发生异响的重要因素。

另一方面，即使第三代陶瓷材料的性能更加优越，在关节内也更加稳定，但仍会出现与第一代陶瓷材料相同的条状磨损。有学者认为当患者的髋关节活动时，负重的关节面会出现一种称之为微分离的现象。当足跟着地时，假体髋臼上缘与股骨头就出现了边缘负重，长久使用以后，即使是性能优越的第三代陶瓷材料，依然会像旧材料一样发生磨损。但在离体试验中，若在发生异响的关节面中加入润滑剂，异响则会大大减少甚至消失，这就为临床上对关节假体异响的处理提供了理论依据。

此外，手术时的操作也与术后发生异响有关。放置人工关节时，若前倾或后倾的角度过大，患者在术后进行伸髋锻炼时即会发生异响，且过分前倾还会加大关节的边缘负重。而且异响在一部分身高及体质量过大的患者身上更容易发生，这可能与关节负担过重有较为密切的关系[20]。

五、结语

人工髋关节置换术在国内外开展已经数十年，而陶瓷关节假体的临床应用也已经走过了将近半个世纪的岁月。无数因疾病而无法行走的患者通过全陶瓷关节假体与人工髋关节置换术，重新获得了站立与行走的能力。但是，仍有一些患者无法负担高昂的手术及假体材料费用；也有部分患者由于各种原因，在术后发生了各种并发症，再次失去髋关节功能或不得不接受翻修手术。如何减少全陶瓷关节假体的术后并发症，延长关节假体的使用寿命，以及研发更加物美价廉的新型假体材料等，均有待于临床骨科医师和生物医学工程师的共同努力与进一步开拓。

本文作者为上海第二军医大学附属长征医院骨科顾文骏综述，吴海山审校。

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