隨著社會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(jié)炎、風(fēng)濕及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和創(chuàng)傷等原因?qū)е碌年P(guān)節(jié)損傷患者日益增加。關(guān)節(jié)損傷的存在可以引起小關(guān)節(jié)的慢性疼痛、畸形和僵直，最終導(dǎo)致小關(guān)節(jié)運動功能的減弱或喪失，嚴(yán)重影響人們的勞動能力和生活質(zhì)量。

　　雖然小關(guān)節(jié)置換術(shù)是隨著髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等大關(guān)節(jié)置換術(shù)的發(fā)展而興起，但小關(guān)節(jié)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(jié)置換術(shù)一樣的進展。這是因為小關(guān)節(jié)具有獨有的特點:手、腕等小關(guān)節(jié)的體積較小、關(guān)節(jié)周圍的軟組織解構(gòu)復(fù)雜，對屈伸、旋轉(zhuǎn)等動作的要求更高；肌肉、肌腱等動力裝置較多，需承受較大牽引力；關(guān)節(jié)毗鄰關(guān)系復(fù)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(jié)置換術(shù)中獲得的較為成熟的臨床經(jīng)驗無法直接應(yīng)用于小關(guān)節(jié)置換術(shù)中。人工小關(guān)節(jié)假體的研究歷程包含了假體材料的選擇和假體形狀的設(shè)計兩個階段。在手指進行捏合及攥握時，掌指關(guān)節(jié)及指間關(guān)節(jié)所承受的最大壓力可達200～300N，且可以在短時間內(nèi)達到最大壓力值，接近于單側(cè)下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等負重大關(guān)節(jié)所承受的重力。

　　并且應(yīng)該要滿足在最大負荷下，一個手指間關(guān)節(jié)及掌指關(guān)節(jié)假體幾乎一千萬次的屈伸運動，因此，人工小關(guān)節(jié)假體材料在具備生物相容性和無毒性、無致畸性的基礎(chǔ)上，必須具有高強度、高塑性和高抗疲勞能力。本文通過回顧小關(guān)節(jié)假體的發(fā)展歷程，總結(jié)現(xiàn)有小關(guān)節(jié)假體材料的發(fā)展及在小關(guān)節(jié)假體中的應(yīng)用，為臨床工作中小關(guān)節(jié)假體及假體材料的應(yīng)用提供更多的選擇。

　　小關(guān)節(jié)假體的發(fā)展

　　第一代假體:1962年Swanson設(shè)計了第一代人工小關(guān)節(jié)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?zhǔn)郊袤w。假體中部為圓柱形，并略向掌側(cè)、背側(cè)突出。Swanson假體的遠端柄狀部分插入掌骨髓腔內(nèi)，近端部分則插入橈骨髓腔中。假體的活動度主要依靠硅膠的彈性運動，因此屬于限制性關(guān)節(jié)假體。早期主要應(yīng)用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致的掌指關(guān)節(jié)畸形、疼痛及活動僵硬，取得了較好的療效；并且在一定程度上改善了握力、恢復(fù)了掌指關(guān)節(jié)的屈曲活動，保持了更好的外觀，是現(xiàn)代小關(guān)節(jié)假體史上里程碑式的設(shè)計。但Swanson假體仍有部分缺點，如應(yīng)力比較集中，假體容易斷裂、塌陷，硅膠易老化、松動，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(yīng)用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等的治療。

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

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

　　第四代假體:為減少前幾代關(guān)節(jié)假體易出現(xiàn)假體松動等情況的發(fā)生，增加關(guān)節(jié)活動度，1998年設(shè)計了Universal全腕假體并投入臨床使用。該假體遠側(cè)部分較為寬扁，有尖狀突起插進頭狀骨中，兩側(cè)部分則使用螺釘系統(tǒng)緊密固定于四周的腕骨上。近端部分在外觀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(jié)面。采用這種假體進行全腕關(guān)節(jié)置換時，要刮除部分骨皮質(zhì)，并進行腕骨融合以增加腕關(guān)節(jié)抗拉力作用。

　　在進行假體置換后其形態(tài)接近于正常的橈－舟－月關(guān)節(jié)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(jié)的平衡性。其主要并發(fā)癥是假體掌側(cè)脫位、橈骨部分松動，仍是臨床上需要解決的突出問題。

　　小關(guān)節(jié)假體材料的發(fā)展及應(yīng)用

　　小關(guān)節(jié)假體的發(fā)展歷程伴隨著假體材料的研發(fā)與應(yīng)用。自1840年以來，各種各樣的非生物材料與生物材料均被嘗試植入體內(nèi)，先后有學(xué)者利用木塊、筋膜、金箔、橡膠、皮膚、象牙、玻璃、樹膠、酚酸塑料等作為內(nèi)植入材料，其效果都不太理想。隨著生物材料的發(fā)展與進步，目前應(yīng)用于小關(guān)節(jié)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(fù)合材料非金屬材料為主的假體問世，發(fā)展了小關(guān)節(jié)假體的置換和應(yīng)用。目前人工大關(guān)節(jié)中最常用的兩種金屬材料是鈷合金和鈦合金，普遍應(yīng)用于國內(nèi)外的假體材料中，占據(jù)了大部分人工大關(guān)節(jié)假體的份額。同樣，這兩種金屬在小關(guān)節(jié)的應(yīng)用也較普遍，主要用于小關(guān)節(jié)假體近側(cè)。

　　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(yī)學(xué)上用于口腔，作成人工髓杯植入人體內(nèi)取得了成功。隨著在大關(guān)節(jié)假體的成功應(yīng)用，鈷合金開始應(yīng)用于小關(guān)節(jié)假體。臨床上應(yīng)用的小關(guān)節(jié)假體主要是性能更好的鈷鉻鉬合金，但由于這些合金長期處于人體體液的侵蝕環(huán)境中，又要承受反復(fù)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(shè)計中開發(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: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(jì)50年代以來鈦及鈦合金開始獲得了廣泛的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，被稱為最有發(fā)展前景的生物醫(yī)用材料之一。但隨著應(yīng)用的深入，隨訪研究發(fā)現(xiàn)鈦合金耐磨性相對差，少數(shù)患者對其有過敏現(xiàn)象。

　　目前臨床上應(yīng)用最早和最多的是硅膠小關(guān)節(jié)假體。Swanson設(shè)計原理是用有彈性的硅膠作為動性間隔墊，來保持對線和填充關(guān)節(jié)空間。假體在體內(nèi)起著模型作用，與其周圍發(fā)展成為一個新的關(guān)節(jié)囊韌帶系統(tǒng)，通過關(guān)節(jié)囊韌帶和肌肉肌腱系統(tǒng)構(gòu)建平衡；假體柄允許在髓腔內(nèi)輕度移動，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(yīng)力集中，保持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。由于硅膠低彈性模量低于骨組織，進一步保護骨和軟組織。但也存在很大缺點:首先易疲勞折斷，機械性壽命短，Swanson假體5年內(nèi)的折斷率高達82%；另外生物相容性差，磨損顆?？梢鸱磻?yīng)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。

　　另一個小關(guān)節(jié)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(jì)60年代Charniey首先選用高分子聚乙烯材料用于全髖關(guān)節(jié)，并確定了金屬－聚乙烯兩種材料的復(fù)合，這種復(fù)合材料隨之應(yīng)用于小關(guān)節(jié)假體。但是，高分子聚乙烯磨損碎屑可以通過細胞因子誘導(dǎo)骨溶解的發(fā)生，是導(dǎo)致人工大關(guān)節(jié)假體松動的主要原因，從而推測對小關(guān)節(jié)也會產(chǎn)生碎屑性滑膜炎。因此，近年來人們?yōu)榱藴p少UHMWPE磨屑做了很多研究。實驗表明γ射線可對超高分子聚乙烯有一定破壞，應(yīng)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(yīng)，有效地抑制骨溶解的發(fā)生。

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

　　小結(jié)

　　生物力學(xué)及數(shù)字化骨科的迅速發(fā)展，為手及腕關(guān)節(jié)假體的設(shè)計帶來了突破性的進展?，F(xiàn)在，假體的設(shè)計已經(jīng)不再是工廠化、批量化的大規(guī)模生產(chǎn)模式，而是根據(jù)每位病人的不同個體差異情況，在術(shù)前通過計算機模擬及三維重建技術(shù)，設(shè)計出個性化人工假體，并通過計算機的精確計算，調(diào)整假體植入后的力學(xué)平衡點，最后運用3D打印技術(shù)將假體快速成型。這種個性化人工假體不僅具有更佳的整體美觀性，而且可以維持生物力學(xué)上的平衡性與穩(wěn)定性，避免了假體的脫出、移位，延長了其使用壽命，減少了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，是今后很長時間內(nèi)小關(guān)節(jié)假體置換領(lǐng)域的的發(fā)展方向。

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

　　醫(yī)學(xué)探索的道路漫長而又艱辛。隨著科技的創(chuàng)新、制作工藝的進步、研究的深入，小關(guān)節(jié)假體定會推陳出新，使新一代的關(guān)節(jié)假體達到更加滿意的療效，造福于人類。