什么是人工关节? 南京医科大学第一附属医院骨关节科王青

　　 人工关节的概念简单地说，就是一种旨在恢复人体关节运动功能的人造器官。而且是一种目前在临床上已经广泛成功使用的人造器官。

　　 大多数的人工关节在世界范围内的应用都获得了成功。其标志是设计成熟的假体置入人体后其20年的假体存活率已超过了90%，甚至部分假体在人体内的存活超过了30年。

历史与发展

　　 最初人们在关节受伤强直后希望重新获得关节的功能。为此人们作出了许多非常有益的尝试。比如人们设计了关节切除术，这样可能恢复了关节的部分活动范围，但关节运动的力量和稳定较差，所以获得的关节功能不甚满意。

　　 以后人们又做出多种尝试。

　　 1880年，Ollier利用关节周围的软组织做成"关节面"；

　　 1908年，Lexer用筋膜做成"关节面"；

　　 1919年，Beer用猪的膀胱做成"关节面"；

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　　 1891年，Gluck用象牙作成了人体髋关节的形态置入人体 ，虽然没有成功，但他的尝试无疑是人工关节历史的一场" 革命"；

　　 直到第二次世界大战前后，由于材料的不断进步，使人们在假体的选材上有了更多更好的选择。

　　 1937年，Smith-Petersen选用了钴铬钼合金做成"关节面"，成功的用于临床；1939年，Wiles设计了全金属的全髋关节也成功地用于临床。他们被称为现代人工关节的先驱.　

   进入上个世纪60年代，英国的Charnley在人工全髋关节置换方面取得革命性的进展。至今仍被人们称为人工关节的"金标准"。Charnley也被人们称为"人工关节之父"。

　　 1、确立了金属与超高分子聚乙烯配伍使用，并且采用了较小直径的股骨头（直径22.5mm），使得人工关节的磨损大大降低。所谓低磨损原理。

　　 2、采用了骨水泥（聚甲基丙烯酸甲酯）固定人工髋关节，使人工全髋关节的成功率大大提高。

　　 3、倡导采用层流净化手术室，使感染率大大降低。

　　 随着人们对人体生物力学认识的不断深入和材料学的飞速发展，人工关节的设计越来越符合人体的生理和解剖特点；假体的磨损越来越低；假体的寿命也越来越长。比如：解剖型的髋关节假体；带有旋转功能的膝关节假体等等。

人工关节的材料

    人工关节的材料目前所选用的材料为:钴铬钼合金、钛合金、超高分子聚乙烯和陶瓷。钴铬钼合金强度较大，大多用于骨水泥型假体和股骨头假体，罕见过敏现象。钛合金是弹性模量与人体皮质骨最为接近的金属，并且有很好的组织相容性。大多用于非骨水泥型假体。超高分子聚乙烯具有良好的耐磨性和组织相容性，并且有良好的缓冲作用。与钴铬钼合金或陶瓷组合为的磨损界面。陶瓷具有非常好的光滑表面，硬度大同时脆性也大。大多用于股骨头假体制作。

假体的表面

　　 为了使假体与周围的骨水泥或骨质获得更好的固定通常将假体的表面作一些特殊处理。比如：粗糙表面、微孔表面、巨孔表面、珊瑚表面、钛丝表面、HA涂层

（羟基磷灰石）骨水泥预涂等等。当两种弹性模量不同的材质固定在一起受力时，其接触界面会产生一定的微动，过分强调其界面的固定反而会产生应力集中。

　　 经过长期的临床观察骨水泥固定的假体表面为粗糙表面（1.5um）可以与骨水泥形成良好的微观绞锁同时避免其界面产生的微动造成对骨水泥的切割作用。在非骨水泥固定的假体表面应为微孔表面，孔隙在50~200um之间是最利于骨长入和血管长入。HA涂层（羟基磷灰石）动物实验及临床应用均表明可使假体与骨迅速形成骨性结合。

人工关节置换的目的是：

　　 1、缓解疼痛；

　　 2、改善功能；

　　 3、矫正畸形。

　　 尽管人工关节手术是一种非常成熟的技术，并且在世界范围内已经广泛使用，但这不是临床治疗的唯一选择。同时手术本身仍有一定的危险，存在着许多并发症。其中一个重要因素就是假体的使用寿命问题。另外，手术医生对人工关节的理解和手术操作技巧以及医院的综合水平尤其是手术室的条件等都是影响手术成功的重要因素。同时病人对提高生活质量的理解和追求以及与医生的配合态度同样是选择手术的重要依据。

人工关节置换的原则：

　　 1.所选假体应符合局部的生物力学特征；

　　 2.尽可能少的截骨；

　　 3.尽可能多地保留周围的血运；

　　 4.手术操作应体现假体的设计理念；

　　 5.假体的安装要考虑即期稳定和远期稳定；

　　 6.方便可能面临的翻修问题；

禁忌症

　　 1.伴随其他疾病，影响到手术的过程或康复；比如：心血管疾病、糖尿病、血液病等；

　　 2.局部或远方有感染灶或是潜在的感染时?

　　 3.功能不可能重建，骨骼、血管、神经或肌肉的原因造成肢体无功能，骨骼对假体失去有效地固定功能； 

 4.病人不配合，或对康复没有信心；

　　 5.手术医生的原因：对手术和假体没有充分的认识；

　　 6.医院的原因或是手术室原因，比如：当病人出现意外情况时不能得到及时有效地处理,手术室的无菌条件不合格；

早期并发症

　　 一、神经、血管的损伤每一个关节周围都有丰富的神经和血管，其中不乏重要的神经和血管。手术过程中包括入路、假体的安装以及手术中的体位的变化都有可能造成其周围神经血管的损伤。手术前熟悉局部解剖、轻巧准确的假体安装以及轻柔合理的放置体位是尽可能减少并发症的保证。

　　 髋关节手术中的坐骨神经、腓总神经受损伤的机会较大，而股神经和闭孔神经的损伤较为少见。损伤的机会常常在显露髋臼时不恰当地使用拉钩，或是在股骨近端开髓时软钻或是髓腔柄或是骨水泥溢出穿透髓腔等。手术后肢体的过分延长也是造成血管神经损伤的常见原因之一。膝关节手术中主要是关节后方的掴神经和掴动脉以及外侧的腓总神经等。损伤的机制大体同上。

　　 二、血肿手术后血肿形成会大大增加感染的机会。手术中认真仔细地止血，手术后常规放置负压引流管并保持通畅是有效预防血肿的措施。一旦发生血肿应及时处理。

　　 三、出血手术中对较大的出血点要进行严密的止血。对于有出血倾向的病人应尤为注意，必要时请血液内科医生会诊。对于合并血液病、长期慢性肝病，使用抗凝剂和有家族史的病人应作好充分的手术前准备。

　　 四、疼痛疼痛是手术后最为常见的并发症。通常发生在手术后

　　 的第一天和第二天，长时间存在的疼痛应及时查找其它原因。最可能发生的是感染性松动。

　　 常规的处理方法是使用镇痛剂或放置镇痛泵等。

　　 五、感染手术后的感染是人工关节置换最严重的并发症，其后果是灾难性的。常常导致手术彻底失败，或造成病人残废，严重者甚至死亡。

　　 当病人合并其他疾病时有可能增加感染的机会。最常见的有糖尿病等。

　　 长期使用激素、免疫抑制剂、二次手术、局部瘢痕等都会增加感染的机会。

　　 所以，当手术野有感染病灶或是身体远方有感染病灶时都是人工关节置换手术的禁忌症。

　　 感染的诊断与治疗I、诊断

当出现局部红、肿、热、痛等典型症状时，感染比较容易被诊断。但是，当发生低毒性感染或是慢性感染时，临床症状往往不典型，这时诊断就要结合其它化验检查、细菌培养、X光片等辅助检查手段协助诊断。

　　 鉴别感染性假体松动和无菌性假体松动对于指导治疗和预后有着非常重要的临床意义。

　　 1临床表现：疼痛是感染的重要症状之一。多以休息痛和活动时发生疼痛。而假体的无菌性松动所表现出来的疼痛主要以活动时发生，当休息时可以明显缓解。感染时可表现为低热。

　　 2实验室检查：白细胞记数、血沉、CRP（C反应蛋白）、穿刺液培养等。尤其是血沉结合CRP特别是动态的数值变化对于低毒性感染的诊断有较大的指导意义。

　　 3X光检查：感染的早期X光表现不明显。晚期有骨膜炎和骨髓炎的表现，但有时与无菌性松动很难以鉴别。

　　 II、治疗：浅表的感染比较容易处理，而深部感染的处理是非

　　 常棘手的。根据感染情况的不同可以选择不同的治疗方法。

　　 1、局部冲洗：适用于急性感染，大多在手术后3周之内。超过3周的感染或低毒性感染采用这种保守治疗常常无效。

　　 2、I期翻修：适用于急性感染被控制以后，或低毒性感染，I期取出感染的假体同时置入新的假体。同时根据感染的病原体情况选用抗生素骨水泥。

　　 3、II期翻修：当感染难以控制时，可以先取出感染的假体用治疗型假体针对局部进行治疗并结合全身综合治疗，当感染控制后再行新的假体置入。

　　 4、关节成型或是截肢术：当病人的全身情况和患肢局部条件不允许进行再次假体置入时而采用的一种方法。

　　 六、骨折骨折可以发生在术中，也可见于术后。前者多与手术

　　 操作有关，如：术中体位的变化、髓腔锉的使用方法、复位等；后者大多与外伤或假体松动有关，属于晚期并发症。治疗方法很多，比如：植入内固定物、植骨、外固定等。更重要的是注意手术操作方法，采用正确的康复手段和生活方式避免骨折的发生。

　　 七、血栓形成血栓形成的原因有：1、手术前后长时间卧床，肌肉张力下降造成静脉血流滞缓；2、手术中对静脉的直接或间接损伤；3、手术中大量出血，进食水相对不足造成血液处于高凝状态。

　　 主要表现为患肢的肿胀和肌肉压痛，可以伴随有低热　。严重时会发生肢体紫绀、水肿。血栓形成的预防和治疗。鼓励病人早期做全身肌肉的等张收缩训练。可以使用低分子右旋糖酐、肝素、阿斯匹林等药物进行预防。必要时手术取出血栓。

 八、脱位：术后假体脱位尤其是全髋关节置换术常见的并发症，常见的原因有：

　　 1.同一关节既往有手术史；

　　 2.手术入路与脱位；

　　 3.假体位置不当；

　　 4.假体之间的撞击；

　　 5.关节周围软组织张力差；

　　 6.术后关节放置位置（或康复）不当；

　　 预防与治疗术后关节脱位的方法有：

　　 1.正确防止假体的位置；

　　 2.尽量保证关节周围软组织的张力；

　　 3.术中安装假体之前充分利用试模检查关节的活动度；

　　 4.术后避免过度内受屈髋的动作；

　　 5.术后关节不稳定者，应适当延长外固定时间；

　　 6.闭合复位，可在麻醉下进行，结合外固定；

　　 7.手术切开复位。

晚期并发症

　　 一、假体松动假体松动是人工关节置换术后最常见的并发症，是翻修手术的主要原因，它直接影响到假体的使用寿命。如何减少假体松动的发生一直以来是医生们努力的方向。简单地讲，假体松动的主要原因为：1、不良应力的影响；2、碎屑病造成的骨溶解。二、异位骨化异位骨化是指术后关节周围软组织中出现骨沉积。其发病机制尚不清楚。大多与软组织的广泛损伤有关，或与体质相关。常用的预防性药物有非甾体类激素。

有领型假体的特点

　　 1.与股骨近端的截骨面充分吻合，使应力传导的分布和方向更合理，也就是重新恢复股骨正常的生理负荷传导； 


 2.同时避免了假体柄的下沉也保证了假体柄的正确位置；

　　 3.完全覆盖股骨近端髓腔，防止关节磨损"碎屑"的进入。

骨水泥型？非骨水泥型？

　　 在髋关节置换中选择骨水泥型假体还是选择非骨水泥型假体是一个经常面临的问题。无论是初次置换还是翻修手术都是如此。首先我们需要了解两种假体的特点。

　　 骨水泥型假体的特点：

　　 1.临床应用时间较长，临床效果确切，有大量成功的病例。

　　 2.操作技术已经非常成熟。

　　 3.对手术操作要求相对较低。

　　 4.病人康复时间相对短。

　　 非骨水泥假体的特点：

　　 1.采用生物固定，避免了骨水泥使用带来的副作用。

　　 2.对可能面临的翻修手术可以有更多的选择。

　　 3.对手术医生的操作要求相对较高。

　　 4.常见的并发症有大腿痛。

　　 但是当面临难以抉择时，选择非骨水泥假体有可能是错误的。选择骨水泥或是非骨水泥假体决不能以病人的年龄作为唯一的标准。病人的骨质状况；骨质的生长潜能；对生活质量的要求；对康复的配合程度等，手术医生对不同类型假体的理解和操作技能均是选择假体的重要因素。

　　 在翻修手术中对假体类型的选择同样要考虑上述因素。但翻修手术有其自身的特点。比如：骨质缺损的情况、是否合并骨折、是否合并感染或存在潜在感染因素等。

　　 使用骨水泥型假体翻修时面临的问题有：

1.由于失去了所谓的微观绞锁，骨水泥与硬化的骨质界面的结合强度大大降低，只能达到初次置换时的20%。

　　 2.完全使用骨水泥填充翻修手术中大量的骨质缺损会严重影响骨水泥的自身强度。


3.当骨质的完整性不存在时，骨水泥将无法填充。

　　 4.当手术中发生骨折时，骨水泥的使用可能会溢入骨折间隙而造成骨折不愈合。

　　 5.面临多次翻修时，骨水泥的取出势必造成更广泛的骨质缺损。

　　 但是骨水泥型假体用于翻修手术也有优点，比如手术后的即期稳定好，在合并感染或存在潜在感染因素的情况下可使用抗生素骨水泥，手术操作相对简单等。如果结合打压植骨或是结构植骨可以避免上述的不利因素。非骨水泥型假体用于翻修手术可以避免上述不利因素。并且在面临合并骨折时可以显示出其独特的优越性。它的缺点是手术操作要求相对较高，面临存在有潜在感染因素是手术的风险增大，手术后的即期稳定较差等。