來源/西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院 王坤正

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)經(jīng)過近百年的發(fā)展，已經(jīng)成為治療各類中晚期關(guān)節(jié)疾病的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)之一。隨著人工關(guān)節(jié)技術(shù)及醫(yī)療水平的發(fā)展，關(guān)節(jié)置換的質(zhì)量也迅速提高，能夠有效地緩解疼痛，重建關(guān)節(jié)功能。我國人工關(guān)節(jié)置換已經(jīng)有30 多年的歷史，在廣大骨科醫(yī)師的努力下，取得相當(dāng)大的成果。本文從假體材料、圍手術(shù)期管理、數(shù)字化技術(shù)及存在的問題和發(fā)展趨勢5 個(gè)方面簡要綜述了關(guān)節(jié)外科近年來的研究進(jìn)展和我國關(guān)節(jié)外科的現(xiàn)狀及未來方向。

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)經(jīng)過近百年的發(fā)展，目前已廣泛開展，能有效地根除關(guān)節(jié)病痛，恢復(fù)關(guān)節(jié)功能以及提高患者生活質(zhì)量，現(xiàn)已被認(rèn)為是最成功的外科手術(shù)之一。在中國接受人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者數(shù)量也呈逐年增長的趨勢。同時(shí)，新技術(shù)、新方法和先進(jìn)的圍手術(shù)期處理的理念已經(jīng)在國內(nèi)得到了傳播與應(yīng)用，并在臨床上逐漸積累了符合我國國情的關(guān)節(jié)外科手術(shù)技巧和圍手術(shù)期管理經(jīng)驗(yàn)。本文就人工關(guān)節(jié)置換術(shù)近年來的現(xiàn)狀和進(jìn)展做一探討，供廣大骨科醫(yī)師作參考。

人工關(guān)節(jié)假體材料對關(guān)節(jié)置換的成功率和患者的治愈率起到了決定性作用，但關(guān)節(jié)負(fù)重界面磨損產(chǎn)生磨損顆粒并由此引發(fā)局部產(chǎn)生異物反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致假體周圍骨溶解，發(fā)生無菌性松動(dòng)已成為影響關(guān)節(jié)置換遠(yuǎn)期效果最主要的原因。因此，如何完善假體材料的性能，降低可能的磨損、離子釋放、骨溶解等問題，是目前學(xué)者需要共同考慮的問題。目前常用的材料主要有金屬、陶瓷及高分子有機(jī)材
料三種。

1． 金屬材料。金屬材料具有較高的力學(xué)性能，關(guān)節(jié)置換植入物的金屬材料包括不銹鋼、鈷基合金、純鈦和鈦合金及多孔鉭等。不銹鋼易被腐蝕，彈性模量高，易發(fā)生應(yīng)力遮擋，現(xiàn)已少用。鈷基合金具有良好的抗疲勞性能和耐磨性，目前仍廣泛用于全髖系統(tǒng)中的股骨柄和球頭，全膝系統(tǒng)中的股骨髁。純鈦和鈦合金具有良好的生物相容性，但其摩擦系數(shù)高，不適于關(guān)節(jié)面制造。近年來鈦金屬表面多與磷酸羥灰石結(jié)合修飾，形成表面涂層誘導(dǎo)骨長入，增加假體和骨的結(jié)合強(qiáng)度。多孔鉭易于骨長入，被稱為“金屬骨小梁”，是目前關(guān)節(jié)表面理想材料之一，其應(yīng)用較晚，仍需大規(guī)模研究和隨訪。

2． 陶瓷材料。生物陶瓷的種類較多，其中氧化鋁陶瓷是目前關(guān)節(jié)置換中最常見的陶瓷材料之一，具有硬度高，親水性好和低摩擦系數(shù)等特點(diǎn)。如今，氧化鋁陶瓷已經(jīng)發(fā)展到第四代，具有更好的生物相容性，在硬度、抗磨、潤滑性能上有了很大的提高。近年發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石陶瓷植入機(jī)體后可以誘導(dǎo)成骨，增強(qiáng)骨整合能力，同時(shí)羥基磷灰石中加入氧化鋯可以明顯增強(qiáng)結(jié)合界面強(qiáng)度。新開發(fā)的氧化
鋯－ 氧化鋁納米陶瓷復(fù)合材料不僅表現(xiàn)出令人滿意的生物相容性，而且具有較高的抗裂性、耐老化性和低磨損率，但由于應(yīng)用時(shí)間短，尚需更深入的評估。

3． 高分子有機(jī)材料。超高分子量聚乙烯材料被廣泛應(yīng)用于髖臼、臼襯、脛骨平臺墊等，是關(guān)節(jié)置換中的首選材料，具有生物相容性好、質(zhì)量輕、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。但其磨損產(chǎn)生的碎屑常導(dǎo)致植入物無菌性松動(dòng)甚至假體植入失敗。Vaidya 等研究發(fā)現(xiàn)，混有維生素E 的高交聯(lián)聚乙烯可以顯著降低全膝關(guān)節(jié)置換后材料的磨損，并可應(yīng)用于更年輕及對關(guān)節(jié)活動(dòng)度有更高要求的患者。

近年來，圍手術(shù)期管理在髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中越來越受到重視。

1．圍手術(shù)期血液管理。人工髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)圍手術(shù)期存在大量失血和異體輸血率較高等血液管理問題，術(shù)中血液管理旨在減少術(shù)中和術(shù)后失血量，基本措施包括急性等容血液稀釋技術(shù)，抗纖溶治療，使用止血帶等。氨甲環(huán)酸是目前抗纖溶藥物的研究焦點(diǎn)，圍手術(shù)期使用氨甲環(huán)酸可顯著降低術(shù)后失血量及輸血率，但不增加深靜脈血栓的發(fā)生。氨甲環(huán)酸的應(yīng)用目前尚無最佳標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量，對于出血或存在大出血風(fēng)險(xiǎn)的患者，推薦盡早使用氨甲環(huán)酸。目前國內(nèi)氨甲環(huán)酸的主要用法是在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)皮膚切開前及松止血帶前均以15 mg /kg 的負(fù)荷量靜脈滴注，并且在術(shù)后額外給予10 mg /kg 的劑量。

2．圍手術(shù)期疼痛管理。良好的鎮(zhèn)痛可使患者術(shù)后早期進(jìn)行功能鍛煉，加快康復(fù)，減少并發(fā)癥，并提高患者對手術(shù)質(zhì)量的整體評價(jià)。針對關(guān)節(jié)置換，有效且被廣泛接受的是多模式鎮(zhèn)痛，常用鎮(zhèn)痛方法有超前鎮(zhèn)痛、患者自控鎮(zhèn)痛、硬膜外鎮(zhèn)痛、周圍神經(jīng)阻滯、關(guān)節(jié)局部鎮(zhèn)痛及冷療鎮(zhèn)痛。目前使用較為廣泛的方案是術(shù)前3 d、術(shù)前1 d 及術(shù)前半小時(shí)單劑量使用非甾體抗炎藥物進(jìn)行超前鎮(zhèn)痛; 手術(shù)當(dāng)天行股神經(jīng)+ 坐骨神經(jīng)阻滯，術(shù)中對傷口周圍局部注射“雞尾酒”( 包括羅哌卡因、腎上腺素、酮洛酸) ，術(shù)后切口周圍冰敷。鎮(zhèn)痛方案的選擇要因人而異，即個(gè)體化鎮(zhèn)痛。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的開發(fā)，數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)置換術(shù)表現(xiàn)出不可替代的應(yīng)用價(jià)值，主要應(yīng)用方向包括關(guān)節(jié)置換虛擬手術(shù)、關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)和制造及計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)操作。

1．關(guān)節(jié)虛擬手術(shù)。關(guān)節(jié)虛擬手術(shù)是通過三維( three dimentional，3D) 重建，用精確的器官構(gòu)造模擬骨關(guān)節(jié)在外力交互作下發(fā)生變形切割的過程，并通過視覺、聽覺、觸覺反饋等形式來提供逼真的置換手術(shù)現(xiàn)場感?！疤摂M仿真”可重現(xiàn)各類關(guān)節(jié)損傷、從不同角度觀察、預(yù)演手術(shù)，便于選擇最佳方案以減少術(shù)中出血，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2．關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)及制造。通過對正常人關(guān)節(jié)CT 掃描，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對關(guān)節(jié)形態(tài)及截骨后形態(tài)進(jìn)行測量，建立數(shù)字化關(guān)節(jié)模型數(shù)據(jù)庫，為關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)提供形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)。精確設(shè)計(jì)與骨骼解剖形態(tài)一致的個(gè)性化假體，利用快速成型技術(shù)獲得個(gè)性化假體，同時(shí)可利用關(guān)節(jié)實(shí)體模型進(jìn)行個(gè)性化截骨和假體預(yù)測，制定術(shù)前計(jì)劃。

3．計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)輔助，使截骨更準(zhǔn)確，假體安裝更精確，術(shù)后力線恢復(fù)更接近生理狀態(tài)，即為計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)操作系統(tǒng)，主要包括手術(shù)導(dǎo)航和機(jī)器人系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)通過術(shù)者錄入患者的影像學(xué)資料或解剖標(biāo)志來啟動(dòng)手術(shù)導(dǎo)航，可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)確定假體和手術(shù)器械的位置和方向，有助于提高手術(shù)精度和指導(dǎo)截骨、軟組織平衡、下肢力線以及假體旋轉(zhuǎn)控制等。機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換在術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中精確地切骨和假體的定位等有明顯優(yōu)勢。機(jī)器人系統(tǒng)可降低翻修術(shù)去除骨水泥時(shí)導(dǎo)致骨折或骨皮質(zhì)穿透的風(fēng)險(xiǎn)，提高假體安裝位置的精確性和匹配度。

1． 地區(qū)發(fā)展不平衡。中心城市大醫(yī)院許多醫(yī)師關(guān)注的重點(diǎn)已不在初次常規(guī)性置換手術(shù)，興趣點(diǎn)更集中于復(fù)雜翻修或困難病例的治療。而在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，相當(dāng)一部分專科醫(yī)師尚未掌握這門技術(shù)，仍處學(xué)習(xí)階段。

2．手術(shù)指征掌握不嚴(yán)。對于某些病例，尤其是青壯年，一些指征放得過寬，過于依賴關(guān)節(jié)置換，忽略了其他治療方法的作用，如關(guān)節(jié)融合、截骨矯形等，錯(cuò)誤地將人工關(guān)節(jié)技術(shù)等同于“關(guān)節(jié)外科”。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，解除關(guān)節(jié)疾患的方法多種多樣，采取關(guān)節(jié)置換術(shù)只是其中的方法之一，這門技術(shù)在矯形骨科、創(chuàng)傷骨科、骨腫瘤科等領(lǐng)域都是不可或缺的治療手段。

3． 過于求新，追逐時(shí)髦。掌握任何一種新手術(shù)必須經(jīng)歷一學(xué)習(xí)過程，多數(shù)醫(yī)師往往需要治療30 例以上的經(jīng)驗(yàn)積累，此后仍需要經(jīng)常行同類手術(shù)熟練其操作技巧?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)提倡循證醫(yī)學(xué)，臨床醫(yī)師都認(rèn)同這樣的道理，即最新的療法或藥物未必是最好的。遇到最新進(jìn)入市場的產(chǎn)品，即使對于經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)嫻熟的骨科醫(yī)師，在其更換使用假體的類型時(shí)，也需要通過最初幾例手術(shù)了解新假體和配套器械的特點(diǎn)。目前骨科醫(yī)師可接觸到的各種新型關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)理念很好，但最終效果仍有待臨床長期隨訪結(jié)果驗(yàn)證。

1． 骨移植材料仿真化?，F(xiàn)階段骨移植材料都存在一定缺點(diǎn)，原因就是不能完全模擬正常人的組織與器官。仿真化使人們看到了骨與軟骨修復(fù)的曙光，未來研究的重點(diǎn)將集中在構(gòu)建出與正常組織生物學(xué)特性及機(jī)械特性相近似的人造骨和軟骨組織，可望為患者提供與正常人體相同功能形狀的骨與關(guān)節(jié)。

2． 功能重建最佳化。人工關(guān)節(jié)功能重建未來可根據(jù)仿生學(xué)原理，利用各種先進(jìn)的加工制造技術(shù)，在人工關(guān)節(jié)表面加工出微納米結(jié)構(gòu)。這種多角度的幾何結(jié)構(gòu)不僅有助于減少人工關(guān)節(jié)表面的摩擦，同時(shí)還可通過在人工關(guān)節(jié)表面微結(jié)構(gòu)內(nèi)種植干細(xì)胞或骨細(xì)胞來提高其生物相容性，從而將人工關(guān)節(jié)外科推向一個(gè)更接近人體生理功能的新高度。

3． 微創(chuàng)置換技術(shù)。人工關(guān)節(jié)的微創(chuàng)置換是近年來關(guān)節(jié)外科發(fā)展的一大特點(diǎn)。傳統(tǒng)的廣泛暴露的關(guān)節(jié)置換手術(shù)，存在失血多、創(chuàng)傷大、功能恢復(fù)慢等不足，使越來越多的學(xué)者嘗試采用小切口和微創(chuàng)關(guān)節(jié)置換的技術(shù)。未來需對技術(shù)、工具和假體等進(jìn)一步改進(jìn)，以使微創(chuàng)關(guān)節(jié)置換更加標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，更加簡單和準(zhǔn)確。特別是智能化導(dǎo)航技術(shù)與微創(chuàng)置換技術(shù)的結(jié)合，可以有效地避免因暴露困難而導(dǎo)致的假體力線不良等并發(fā)癥，是未來發(fā)展的方向。

4． 3D 打印在關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用。個(gè)體化治療是骨科發(fā)展的一個(gè)方向，3D 打印技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)的集中體現(xiàn)，可以通過制定高精度的手術(shù)方案和植入假體，實(shí)現(xiàn)手術(shù)的個(gè)體化、精準(zhǔn)化，從而提高高難度手術(shù)的成功率; 除此之外，3D 打印技術(shù)還可以用于制備個(gè)體化手術(shù)導(dǎo)板和假體，使個(gè)體化植入物與患者骨骼的匹配更精準(zhǔn)。采用3D 打印技術(shù)制造的組織工程關(guān)節(jié)支架不僅具有匹配的解剖外形，而且其內(nèi)部功能性三維多孔結(jié)構(gòu)為體液滲入、細(xì)胞和組織生長提供空間。隨著3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展，自體“生物型人工關(guān)節(jié)”將在未來成為可能。

5． 人工關(guān)節(jié)登記隨訪系統(tǒng)。通過人工關(guān)節(jié)登記系統(tǒng)，可獲取完善的關(guān)節(jié)置換人群的流行病學(xué)資料，不斷顯示各類置換術(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)資料，據(jù)此可論證導(dǎo)致手術(shù)失敗的危險(xiǎn)因素; 有利于骨科醫(yī)師提高技術(shù)，提高假體制造水平，無論是對關(guān)節(jié)置換技術(shù)，還是對社會效益，都有積極的作用。在我國，衛(wèi)生部在2012 年向全國推行《人工關(guān)節(jié)置換病歷登記系統(tǒng)》，目前仍處于試用階段。全國性的關(guān)節(jié)登記系統(tǒng)的構(gòu)建是未來發(fā)展的方向，有待于骨科同行的參與和相關(guān)機(jī)構(gòu)的支持。