全髖關(guān)節(jié)材料

1、20世紀60年代，Charnley將金屬股骨頭與高分子聚乙烯髖臼配伍，創(chuàng)立了低摩擦人工關(guān)節(jié)置換的模式，自此，人工髖關(guān)節(jié)置換進入了高速發(fā)展階段。幾十年來，人們逐漸認識到假體之間的磨損產(chǎn)生的顆粒，誘導(dǎo)假體周圍骨溶解是影響人工關(guān)節(jié)使用壽命的重要原因，如何減少或防止磨損顆粒的產(chǎn)生，防止假體松動的產(chǎn)生，延長人工關(guān)節(jié)的使用壽命成為一個被廣泛研究的課題。其中陶瓷-陶瓷假體因具有良好的滑動性和極低的摩擦系數(shù)，越來越得到關(guān)注。1、常用人工關(guān)節(jié)陶瓷材料的種類要為氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷。目前人工關(guān)節(jié)常用的陶瓷材料均為生物惰性陶瓷，氧化鋁陶瓷：目前常用的高純度氧化鋁是氧化鋁粉末在結(jié)而成。20世紀90年代后采用的新制造

2、工藝減少了雜質(zhì)，學(xué)惰性及良好的抗腐蝕能力。但氧化鋁陶瓷韌性較金屬低，16001800口的高溫下燒提高了材料的致密性。其具有化氧化鋁陶瓷制成的股骨頭直徑必須大于或等于28mm。近10年來氧化鋁陶瓷制成的人工髖關(guān)節(jié)在臨床上取得了令人滿意的結(jié)果。氧化鋯陶瓷：氧化鋯陶瓷的密度、韌性和強度都高于氧化鋁陶瓷，降低了陶瓷假體破裂的風(fēng)險，而且可以制成臨床使用。然而，純氧化鋯是不穩(wěn)定的，它有狀態(tài)的變化導(dǎo)致其穩(wěn)定性差并容易破裂，狀態(tài)才能使其穩(wěn)定性得到維持，不建議使用氧化鋯陶瓷股骨頭，裂等可能的并發(fā)癥。22mm的股骨頭。氧化鋯陶瓷在1985年首次制成股骨頭假體在3種晶體狀態(tài)：單晶體、四角形、立方體。必須添加穩(wěn)定劑（

3、常用氧化釔）使之保持在四角形并獲得最佳的機械特性。認為氧化鋯與金屬股骨頭臨床使用差異不大，對氧化鋯陶瓷的爭議較大，有學(xué)者并且有假體碎此外，為了各取氧化鋁和氧化鋯陶瓷的優(yōu)點，近年還研究出新型氧化鋁基復(fù)合陶瓷，這種材料將氧化鋁、氧化鋯、氧化鉻等結(jié)合在一起，其材料密度、強度、韌性均較氧化鋁和氧化鋯更大，生物相容性及耐磨損性等性能也更優(yōu)異，是一種值得期待的新型材料。此外人們還在研究新的更加耐磨的陶瓷材料，如碳化皿SiC）和氮化硅（Si3N4）等。2、陶瓷的材料學(xué)特點2.1出色的耐磨損性：陶瓷表面為離子型結(jié)構(gòu)，高負電荷，因而有親水性，可自潤滑。同時，具有良好的浸潤性，體液可在表面形成一層薄膜使關(guān)節(jié)面得到

4、良好的潤滑，降低了摩擦系數(shù)。陶瓷可抵抗研磨性磨損和第三物體的磨損，如骨組織、骨水泥、金屬碎屑等，這樣就減少了假體間負重面的磨損。陶瓷-陶瓷是目前髖關(guān)節(jié)置換中磨損率最小的配伍方式。Lancaster等報道陶瓷（氧化鋁）-聚乙烯配伍假體髖臼產(chǎn)生的磨損明顯低于金屬-聚乙烯的配伍。Sedel8報告陶瓷陶瓷（氧化鋁）假體的平均磨損率是0.003mm/OD有研究顯示，經(jīng)過兩百萬次的循環(huán)負荷，陶瓷（氧化鋁）-聚乙烯配伍中陶瓷股骨頭的磨損率僅為金屬聚乙烯中金屬股骨頭磨損率的一半。氧化鋯陶瓷-聚乙烯組合的報道差異較大，但普遍認為氧化鋯陶瓷-聚乙烯與氧化鋁陶瓷-聚乙烯的磨損率基本接近。2.2極高的硬度：陶瓷材料非

5、常堅硬，其硬度僅次于金剛石，遠高于鈷鉻合金和鈦合金等金屬材料，因此陶瓷制成的部件不易被劃傷。但陶瓷是一種脆性物質(zhì)，其抗張強度和碎裂韌度仍明顯低于金屬材料。Garino報道假體碎裂的發(fā)生率為0.015%,并且大多數(shù)報道都提示陶瓷內(nèi)襯的發(fā)生率遠高于陶瓷股骨頭的碎裂。氧化鋯陶瓷硬度更大，而且其韌性較氧化鋁好，可減少陶瓷部件碎裂的發(fā)生率。良好的生物相容性：使用金屬-金屬假體患者置換后血清中金屬離子濃度升高，金屬-金屬假體產(chǎn)生的金屬顆粒不僅對于巨噬細胞具有毒性，也可影響成骨細胞的生長，金屬假體也可導(dǎo)致人體組織對金屬離子的超敏反應(yīng)。氧化鋁陶瓷為生物惰性材料，化學(xué)鍵穩(wěn)定，組織學(xué)反應(yīng)低，無腐蝕，陶瓷顆粒對組織

6、的刺激也較金屬顆粒小。磨損時產(chǎn)生顆粒小，組織反應(yīng)小，所以陶瓷關(guān)節(jié)可有效的減輕骨溶解。Friedman等指出解決假體周圍骨溶解的原則是減少假體周圍的磨損顆粒。氧化鋁陶瓷正是減輕了磨損產(chǎn)生的生物學(xué)反應(yīng)，延長了假體的使用壽命。DAntonio等對316名患者進行了的骨溶解率僅為金屬-聚乙烯假體患者骨溶解率的體，無一例出現(xiàn)骨溶解。Christel比較了金屬顆粒、結(jié)果表明陶瓷顆粒的組織反應(yīng)最低，鈦金屬次之，顆粒不引起機體的成纖維反應(yīng)。5年的隨訪，發(fā)現(xiàn)使用陶瓷-陶瓷假體患者1/10。Hasegawa等在35髖使用全陶瓷假聚乙烯顆粒及陶瓷顆粒對組織的反應(yīng)，聚乙烯最大，與其他材料不同的是，陶瓷界面。3、常用的

7、陶瓷髖關(guān)節(jié)組合陶瓷在全髖關(guān)節(jié)置換中可組成陶瓷-聚乙烯界面和陶瓷-陶瓷3.1陶瓷-聚乙烯界面：氧化鋁陶瓷頭Semlitsch等首次報告。自此氧化鋁陶瓷應(yīng)用。Urban等在研究中發(fā)現(xiàn)，陶瓷-超高分子聚乙烯的人工關(guān)節(jié)組合在-超高分子聚乙烯組合的人工髖關(guān)節(jié)在全世界廣泛-聚乙烯組合的髖關(guān)節(jié)置換后，聚乙烯內(nèi)襯的線性磨損1977年由率為0.034mm/年。Semlitsch等和Dowson均通過大量研究證實：氧化鋁-聚乙烯組合的磨損率為金屬-聚乙烯組合磨損率的50%左右。3.2氧化鋯陶瓷頭-超高分子聚乙烯組合的報道差異較大。烯髖關(guān)節(jié)8年的假體生存率為63%，明顯低于氧化鋁-聚乙烯組的次體外實驗顯示氧化鋯聚乙

8、烯的磨損僅為0.04mm，而鈷鉻鉬合金目前得到廣泛認可的是在目前的條件下，陶瓷股骨頭的磨損率要小于金屬股骨頭。Allain等報告氧化鋯-聚乙93%。但Saikko經(jīng)過300萬-聚乙烯的磨損為1.14mm。3.3陶瓷-陶瓷界面：陶瓷-陶瓷假體完全避免了股骨頭對聚乙烯內(nèi)襯的磨損，因而具有令人滿意的療效。但20世紀80年代開始出現(xiàn)氧化鋁陶瓷-氧化鋁陶瓷的人工髖關(guān)節(jié)，由于-陶瓷關(guān)節(jié)并未獲得令人振奮的結(jié)果。-陶瓷關(guān)節(jié)是磨損率最小早期假體的設(shè)計和手術(shù)技術(shù)存在很多問題，早期陶瓷隨著陶瓷制作工藝的發(fā)展和假體設(shè)計、手術(shù)技術(shù)的提高，目前陶瓷的組合方式。大多數(shù)臨床報告陶瓷陶瓷關(guān)節(jié)無明顯的骨溶解發(fā)生，DAntonio

9、報告，經(jīng)過7年的隨訪，陶瓷-陶瓷髖關(guān)節(jié)的生存率為99.2%，而金屬-聚乙烯的生存率為95.2%。Hamadouche等報告，通過對106例接受陶瓷全髖關(guān)節(jié)置換患者1820年隨訪表明，陶瓷0.025mm,并認為陶瓷全髖關(guān)節(jié)預(yù)期壽命可達內(nèi)襯的平均年磨損小于20年以上。實驗及臨床研究表明，陶瓷-陶瓷假體置換后患者體內(nèi)金屬離子水平低于使用金屬-金屬假體患者，對人體影響最小，使用最安全。研究表明，氧化鋯-氧化鋯陶瓷的磨損是非常嚴重的，氧化鋯陶瓷不能組成陶瓷陶瓷的界面，Willmann等運用體外實驗研究氧化鋯陶瓷的磨損，結(jié)果表明,氧化鋯陶瓷的磨損率非常高。一般認為是由于發(fā)生了粘著磨損,造成了氧化鋯-氧化鋯

10、陶瓷組合的高磨損率。所以，氧化鋯陶瓷只能與聚乙烯配伍。4、陶瓷人工關(guān)節(jié)各個階段的演變陶瓷人工關(guān)節(jié)的發(fā)展經(jīng)歷了3個時期：20世紀70年代生產(chǎn)的第一代氧化鋁陶瓷，由于制作工藝的制約，生產(chǎn)的氧化鋁陶瓷純度較差，晶體顆粒直徑大，密度低，導(dǎo)致陶瓷材料的脆性大，破碎的發(fā)生率較高。第二代氧化鋁陶瓷降低了晶體顆粒的直徑，改善了顆粒的排列，增加了材料的密度，使陶瓷的性能得到了很大的改善。90年代后生產(chǎn)的第三代氧化鋁陶瓷，晶體顆粒直徑更小，加工制作工藝得到了很大的改進，陶瓷的硬度、機械強度都較前兩代產(chǎn)品顯著提高。有學(xué)者對301例第三代氧化鋁陶瓷髖關(guān)節(jié)經(jīng)過7年的隨訪，假體生存率達99%，無一例出現(xiàn)明顯骨溶解和無菌性

11、松動。5、陶瓷的碎裂問題與金屬、聚乙烯等材料相比，陶瓷假體的碎裂問題一直是人們關(guān)注的問題，撞擊等外力對于陶瓷內(nèi)襯的影響要遠大于聚乙烯內(nèi)襯，研究表明陶瓷材料碎裂的臨界點為人體最大載荷的5倍。近年來隨著生產(chǎn)工藝的改進，假體設(shè)計的日趨合理以及操作技術(shù)的提高，現(xiàn)代陶瓷假體的破碎率已明顯降低，Capello等對194例患者經(jīng)過30個月的隨訪，無一例出現(xiàn)內(nèi)襯碎裂。Takata等報告，通過對356例（419髖）陶瓷全髖關(guān)節(jié)置換患者4年的隨訪，僅1例肥胖患者出現(xiàn)陶瓷股骨頭碎裂。Habermann等認為，雖然陶瓷有可能出現(xiàn)破碎的問題，但陶瓷材料優(yōu)異的材料學(xué)特性對于年輕患者仍然具有良好的遠期效果。6、結(jié)論當(dāng)前陶瓷質(zhì)量的提高和制造工藝的進步使得陶瓷得到大量應(yīng)用，陶瓷材料的耐磨損性、可靠性