隨著(zhù)社會(huì )老齡化人口的不斷增加，體育競技水平的不斷提高和交通事故傷的迅猛增多，由各種骨性關(guān)節炎、風(fēng)濕及類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎和創(chuàng )傷等原因導致的關(guān)節損傷患者日益增加。關(guān)節損傷的存在可以引起小關(guān)節的慢性疼痛、畸形和僵直，最終導致小關(guān)節運動(dòng)功能的減弱或喪失，嚴重影響人們的勞動(dòng)能力和生活質(zhì)量。

　　雖然小關(guān)節置換術(shù)是隨著(zhù)髖關(guān)節、膝關(guān)節等大關(guān)節置換術(shù)的發(fā)展而興起，但小關(guān)節置換術(shù)的歷程卻更為曲折，到目前為止仍未取得像大關(guān)節置換術(shù)一樣的進(jìn)展。這是因為小關(guān)節具有獨有的特點(diǎn):手、腕等小關(guān)節的體積較小、關(guān)節周?chē)能浗M織解構復雜，對屈伸、旋轉等動(dòng)作的要求更高；肌肉、肌腱等動(dòng)力裝置較多，需承受較大牽引力；關(guān)節毗鄰關(guān)系復雜以及對手的功能要求較高等。正因為上述原因，造成臨床上在大關(guān)節置換術(shù)中獲得的較為成熟的臨床經(jīng)驗無(wú)法直接應用于小關(guān)節置換術(shù)中。人工小關(guān)節假體的研究歷程包含了假體材料的選擇和假體形狀的設計兩個(gè)階段。在手指進(jìn)行捏合及攥握時(shí)，掌指關(guān)節及指間關(guān)節所承受的最大壓力可達200～300N，且可以在短時(shí)間內達到最大壓力值，接近于單側下肢髖關(guān)節、膝關(guān)節等負重大關(guān)節所承受的重力。

　　并且應該要滿(mǎn)足在最大負荷下，一個(gè)手指間關(guān)節及掌指關(guān)節假體幾乎一千萬(wàn)次的屈伸運動(dòng)，因此，人工小關(guān)節假體材料在具備生物相容性和無(wú)毒性、無(wú)致畸性的基礎上，必須具有高強度、高塑性和高抗疲勞能力。本文通過(guò)回顧小關(guān)節假體的發(fā)展歷程，總結現有小關(guān)節假體材料的發(fā)展及在小關(guān)節假體中的應用，為臨床工作中小關(guān)節假體及假體材料的應用提供更多的選擇。

　　小關(guān)節假體的發(fā)展

　　第一代假體:1962年Swanson設計了第一代人工小關(guān)節假體。這是一種高強度及高彈性，由鉸鏈裝置連接的硅膠鉸鏈式假體。假體中部為圓柱形，并略向掌側、背側突出。Swanson假體的遠端柄狀部分插入掌骨髓腔內，近端部分則插入橈骨髓腔中。假體的活動(dòng)度主要依靠硅膠的彈性運動(dòng)，因此屬于限制性關(guān)節假體。早期主要應用于類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎導致的掌指關(guān)節畸形、疼痛及活動(dòng)僵硬，取得了較好的療效；并且在一定程度上改善了握力、恢復了掌指關(guān)節的屈曲活動(dòng)，保持了更好的外觀(guān)，是現代小關(guān)節假體史上里程碑式的設計。但Swanson假體仍有部分缺點(diǎn)，如應力比較集中，假體容易斷裂、塌陷，硅膠易老化、松動(dòng)，引起硅膠性滑膜炎，對軟組織的要求比較高等。因此，目前主要應用于類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎及創(chuàng )傷性關(guān)節炎等的治療。

　　第二代假體:隨著(zhù)髖關(guān)節、膝關(guān)節等大關(guān)節置換術(shù)的迅速發(fā)展，1969年，一些醫生嘗試將大關(guān)節置換術(shù)的部分經(jīng)驗應用到小關(guān)節中來(lái)，提出了非鉸鏈式關(guān)節假體的基本概念，并應用到臨床中，產(chǎn)生了Volz假體及Meuli假體等第二代小關(guān)節假體。該假體關(guān)節面一般由鈦金屬及聚乙烯塑料組成，可對關(guān)節的屈伸活動(dòng)產(chǎn)生較小限制性，因此是一種半限制性關(guān)節假體。假體的柄狀部分由鈷合金或鈷鉻合金構成，中間部分有一向前后突出的槽狀結構。插入橈骨骨髓腔部分的遠端是一聚乙烯材質(zhì)的關(guān)節面。這種小關(guān)節假體的設計可以明顯改善腕關(guān)節的屈伸運動(dòng)，但限制了尺側及橈側的活動(dòng)。由于關(guān)節的接觸面積較小，假體在做屈伸運動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生左右擺動(dòng)，使關(guān)節不平衡，因此在臨床應用中受到了極大限制。

　　第三代假體:隨著(zhù)生物力學(xué)及運動(dòng)力學(xué)研究的不斷深入，人工小關(guān)節假體更加注重軟組織在維持小關(guān)節穩定性中的作用，結合現代技術(shù)設計成了第三代人工小關(guān)節假體。這些小關(guān)節假體主要包括Trispherical，Biaxial以及MWPⅢ型假體。它們均采取偏置的設計方式，使假體在屈伸及尺橈偏兩個(gè)活動(dòng)平面中更加接近正常的腕關(guān)節活動(dòng)中心。這樣的設計可有效降低手部在處于休息位時(shí)的尺偏以及假體脫出發(fā)生率。該假體早期對小關(guān)節功能活動(dòng)恢復度較好，但遠期易發(fā)生假體的松動(dòng)、下沉及腕關(guān)節尺、橈偏畸形等，尤其是掌骨處更為嚴重。軟組織上的力學(xué)不平衡性則可導致假體彎折、斷裂、周?chē)浗M織腫脹疼痛等癥狀，使得假體置換失敗。雖然第三代假體并發(fā)癥較多，臨床應用較少，但是為新一代小關(guān)節假體的設計提出了新的思路。

　　第四代假體:為減少前幾代關(guān)節假體易出現假體松動(dòng)等情況的發(fā)生，增加關(guān)節活動(dòng)度，1998年設計了Universal全腕假體并投入臨床使用。該假體遠側部分較為寬扁，有尖狀突起插進(jìn)頭狀骨中，兩側部分則使用螺釘系統緊密固定于四周的腕骨上。近端部分在外觀(guān)上與正常橈骨遠端接近，且有一定的背伸角度。兩部分之間有一超高分子量聚乙烯(UHMWPE)關(guān)節面。采用這種假體進(jìn)行全腕關(guān)節置換時(shí)，要刮除部分骨皮質(zhì)，并進(jìn)行腕骨融合以增加腕關(guān)節抗拉力作用。

　　在進(jìn)行假體置換后其形態(tài)接近于正常的橈－舟－月關(guān)節面，因此保持了良好的生物力學(xué)特性，并保持了腕及手關(guān)節的平衡性。其主要并發(fā)癥是假體掌側脫位、橈骨部分松動(dòng)，仍是臨床上需要解決的突出問(wèn)題。

　　小關(guān)節假體材料的發(fā)展及應用

　　小關(guān)節假體的發(fā)展歷程伴隨著(zhù)假體材料的研發(fā)與應用。自1840年以來(lái)，各種各樣的非生物材料與生物材料均被嘗試植入體內，先后有學(xué)者利用木塊、筋膜、金箔、橡膠、皮膚、象牙、玻璃、樹(shù)膠、酚酸塑料等作為內植入材料，其效果都不太理想。隨著(zhù)生物材料的發(fā)展與進(jìn)步，目前應用于小關(guān)節的材料主要包括鈷鉻鉬合金、鈦、鈦合金材料和硅膠、聚乙烯、碳/碳復合材料非金屬材料為主的假體問(wèn)世，發(fā)展了小關(guān)節假體的置換和應用。目前人工大關(guān)節中最常用的兩種金屬材料是鈷合金和鈦合金，普遍應用于國內外的假體材料中，占據了大部分人工大關(guān)節假體的份額。同樣，這兩種金屬在小關(guān)節的應用也較普遍，主要用于小關(guān)節假體近側。

　　鈷合金以鉻為主加入各種合金元素，在材料表面形成鈍性鉻氧化層，確保材料的耐蝕性。自從Smith－Pelerson研發(fā)出的Vitalliuln鈷鉻鋁合金，在醫學(xué)上用于口腔，作成人工髓杯植入人體內取得了成功。隨著(zhù)在大關(guān)節假體的成功應用，鈷合金開(kāi)始應用于小關(guān)節假體。臨床上應用的小關(guān)節假體主要是性能更好的鈷鉻鉬合金，但由于這些合金長(cháng)期處于人體體液的侵蝕環(huán)境中，又要承受反復的負重和摩擦磨損，對人體有害的鈷、鉻、鉬等元素往往不可避免向人體釋放，從而造成中毒。于是從元素的毒性考慮，在合金設計中開(kāi)發(fā)生物相容性更優(yōu)越的合金。與鈷合金相比，鈦及鈦合金具有許多生物學(xué)優(yōu)點(diǎn):密度小、高強度、高比強度、低彈性模量(與人骨的彈性模量相近)、生物相容性好、耐蝕性能優(yōu)良。因此，從20世紀50年代以來(lái)鈦及鈦合金開(kāi)始獲得了廣泛的醫學(xué)應用，被稱(chēng)為最有發(fā)展前景的生物醫用材料之一。但隨著(zhù)應用的深入，隨訪(fǎng)研究發(fā)現鈦合金耐磨性相對差，少數患者對其有過(guò)敏現象。

　　目前臨床上應用最早和最多的是硅膠小關(guān)節假體。Swanson設計原理是用有彈性的硅膠作為動(dòng)性間隔墊，來(lái)保持對線(xiàn)和填充關(guān)節空間。假體在體內起著(zhù)模型作用，與其周?chē)l(fā)展成為一個(gè)新的關(guān)節囊韌帶系統，通過(guò)關(guān)節囊韌帶和肌肉肌腱系統構建平衡；假體柄允許在髓腔內輕度移動(dòng)，這樣使得負荷分布于更大的骨組織，避免了假體中央部分的應力集中，保持關(guān)節的穩定性。由于硅膠低彈性模量低于骨組織，進(jìn)一步保護骨和軟組織。但也存在很大缺點(diǎn):首先易疲勞折斷，機械性壽命短，Swanson假體5年內的折斷率高達82%；另外生物相容性差，磨損顆粒可引起反應性滑膜炎，局部骨質(zhì)的囊性變和遠端淋巴腺炎等，并且只有取出假體或切除滑膜后，方可治愈。

　　另一個(gè)小關(guān)節假體的重要材料是UHMWPE，其具有極高的分子量，使它賦有其優(yōu)異的使用性能:具有較高的耐磨、耐沖擊、耐低溫，不易粘附、不易吸水、密度較小等良好生物相容性。20世紀60年代Charniey首先選用高分子聚乙烯材料用于全髖關(guān)節，并確定了金屬－聚乙烯兩種材料的復合，這種復合材料隨之應用于小關(guān)節假體。但是，高分子聚乙烯磨損碎屑可以通過(guò)細胞因子誘導骨溶解的發(fā)生，是導致人工大關(guān)節假體松動(dòng)的主要原因，從而推測對小關(guān)節也會(huì )產(chǎn)生碎屑性滑膜炎。因此，近年來(lái)人們?yōu)榱藴p少UHMWPE磨屑做了很多研究。實(shí)驗表明γ射線(xiàn)可對超高分子聚乙烯有一定破壞，應改為環(huán)氧乙烷消毒；或在超高分子聚乙烯的表面“鈍化”，阻止蛋白質(zhì)和生物分子等的非特異性作用，從而避免激活生物體中的一些不利反應，有效地抑制骨溶解的發(fā)生。

　　碳/碳復合材料是指以碳纖維作為增強體的一類(lèi)復合材料碳/碳復合材料作為碳纖維復合材料家族的一個(gè)重要成員，具有耐磨、耐燒蝕、低密度、高強度、高熱傳導性、低熱膨脹系數、斷裂韌性好等特點(diǎn)，廣泛地應用于航天、航空、核能、化工等各個(gè)領(lǐng)域。1979年，以碳/碳復合材料為制作的非限制性掌指關(guān)節假體應用于臨床。2002年3月，美國FDA批準碳/碳復合材料正式用于臨床。但是碳/碳復合材料仍具有表面易于脫屑等缺點(diǎn)，因此仍未廣泛推廣于臨床治療中。

　　小結

　　生物力學(xué)及數字化骨科的迅速發(fā)展，為手及腕關(guān)節假體的設計帶來(lái)了突破性的進(jìn)展。現在，假體的設計已經(jīng)不再是工廠(chǎng)化、批量化的大規模生產(chǎn)模式，而是根據每位病人的不同個(gè)體差異情況，在術(shù)前通過(guò)計算機模擬及三維重建技術(shù)，設計出個(gè)性化人工假體，并通過(guò)計算機的精確計算，調整假體植入后的力學(xué)平衡點(diǎn)，最后運用3D打印技術(shù)將假體快速成型。這種個(gè)性化人工假體不僅具有更佳的整體美觀(guān)性，而且可以維持生物力學(xué)上的平衡性與穩定性，避免了假體的脫出、移位，延長(cháng)了其使用壽命，減少了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，是今后很長(cháng)時(shí)間內小關(guān)節假體置換領(lǐng)域的的發(fā)展方向。

　　材料學(xué)的發(fā)展也推動(dòng)了小關(guān)節假體的進(jìn)步。雖然現有材料仍然無(wú)法完美解決假體材料的磨損、離子釋放等問(wèn)題，但是通過(guò)增強粒子的引入作用，將兩種或多種高分子復合材料聚合，理論上不僅能夠保證植入物的穩定性，提高其耐磨性，減少植入后顆粒脫落，并使其在X射線(xiàn)下顯影，便于植入后定期檢查，而且還可以對材料表面進(jìn)行改性，提高其生物活性。某些帶有自我修復功能的“記憶材料”甚至可以修復自身的輕微磨損，使假體材料長(cháng)期保持最佳性能。當然，這仍需要每一個(gè)醫學(xué)工作者的不斷努力與深入探索。

　　醫學(xué)探索的道路漫長(cháng)而又艱辛。隨著(zhù)科技的創(chuàng )新、制作工藝的進(jìn)步、研究的深入，小關(guān)節假體定會(huì )推陳出新，使新一代的關(guān)節假體達到更加滿(mǎn)意的療效，造福于人類(lèi)。