人造髋关节历史悠久,早在1891年已经采用象牙质的髋关节臼盖与股骨组成关节的手术,这一手术一直沿用至今,目前,由于考虑到人造髋关节的耐用性,因此,该治疗方法只是适用于六十岁以上的老年病员。

随着人造髋关节病例的不断积累(例如日本昭和大学藤丘医院整形外科的病例已经超过1500例),有关人造髋关节长期使用的学术报告活动也日趋活跃,过去需要慎重考虑手术指征的青壮年患者,现在进行手术的也时有所闻。

人造髋关节,对于恢复风湿性关节炎患者的运动功能虽困难重重,但是,却能广泛地应用于先天性股关节脱臼后的股关节变形症,并且取得良好疗效。

现代人造关节基础起始于英国,这种人造髋关节,是由聚乙烯材料制成的人造髋臼盖,与不锈钢制成的人造骨,由骨胶接剂(甲基丙烯酸甲酯类的合成树脂)把它们与骨盆和股骨固定。以后,改用耐磨性强的超高密度类聚乙烯材料,金属改用钴铬合金。

为了制造人造关节,不仅研究了人体正常的关节功能,而且还详细地研究了人造关节材料在生物体内的急性、慢性毒性反应,免疫反应以及致癌性等等。在生物体外,这些材料即使在高压和加压条件下也不发生化学反应,然而,在生物体内由于酶的作用却容易引起化学反应。粗看不易腐蚀的材料,也会出乎意料地引起损坏。

在人造关节领域中,整形外科医生从齿科医学中得到了较大的启发,他们参照了牙体移植等有关人造牙的研究成果。

陶瓷制品崭露头角

有人很道,聚乙烯和金属骨组合而形成的摩擦面,其磨损度每年平均为0.15 ~ 0.2毫米,然而由于手术技能的高低和患者运动量的大小,磨损度也有所不同,一般经过20 ~ 30年,磨损也将导致人造关节损坏。

1970年,法国的布坦致力于氧化铝陶瓷制品耐磨性能的研究。实际上,在人体上使用由氧化铝陶瓷制成的人造髋臼盖和人造骨组合而成的人造关节,相当多的病例因磨损而导致临床上的失败。一旦良好的摩擦状态遭到破坏,造成接触磨擦的状态,就会引起严重的磨损。为了解决上述这些问题,1975年赞姆利基和维巴等人,成功地研制了聚乙烯人造髋臼盖和氧化铝陶瓷人造骨组合而成的髋关节,这种人造髋关节与氧化铝陶瓷相比,磨损量稍微多一些,但是还远远低于聚乙烯金属组合而成的人造关节。人造髋臼盖变小,而且,聚乙烯弹性作用的优点,还在于能够吸收陶瓷骨产生的冲击力。由此大幅度地提高了人造髋关节的使用期限,过去没有手术指征的年轻患者,也能做人造髋关节全置换术。

但是,还有一个没有解决的大问题,就是人造关节与骨的固定性问题。

开发骨胶接剂新品种

过去人造髋臼盖和骨之间采用骨胶接剂固定的方法,然而,骨胶接剂与骨之间,或者人造关节与骨胶接剂之间,存在某种“弛缓”状态。这样,最早在手术后1 ~ 2年后会出现磨损情况。

其原因:(1)骨胶接剂使用的有机溶剂刺激骨组织而发生改变;(2)骨胶接剂与骨的弹性各不相同;(3)手术技巧问题。现在还证实:关节腔内由于磨损而产生的聚乙烯小碎片,刺激了周围的骨组织,引起坏死,促进了“弛缓”。

六十年代起,钛的生物体亲和性引人注目,应用于人造髋关节的钛、铝、钒合金,与骨直接连接的设想也取得成功。在此之后,又研制出一种能够被广泛采用的新方法,是将髋关节表面制作成凹凸不平,让骨组织向凹凸面内生长,从而达到固定的作用。把这种骨胶接剂称为“新型胶接剂”。

对一些性能优越,目前还不能用于固定的骨胶接剂的材料,如玻璃陶瓷复合材料,碳纤维、羟基磷灰石,骨形蛋白质等等,也进行了应用性研究。

新型人造关节

经过种种研究,现在已经研制出一种适用于年轻人的新型人造髋关节。

这种新型的人造关节,就是把髋关节的骨盆面(即髋臼盖),制作成像自身组织一样,让股骨来替代人造骨的一种方法,同时也不使用骨胶接剂。当患者本人的髋臼盖,有一定程度的健康组织存在,这样还有减少人造组织的优点。

该类型的骨组织有双重支承结构,外侧较大的人造骨直接与髋臼盖连接,主要功能是这种较大的人造骨,与位于其内侧的较小的人造骨进行滑动。

最近,替代金属骨而使用的是性能更为优良的小型的氧化铝陶瓷人造骨。随着陶瓷制造技术的进步,过去因力学原因而不能制造的小型人造关节,现在也能制造了 · 此外,正在开始研究耐磨性强的氧化锆和人造金刚石材料。

人造髋关节的研究开发是积极而有成效的,新品种不断研制成功,期望在不远的将来,开发出更加完善的人造髋关节。

[科学朝日(日)1989年第2期]