人工髋关节假体材料生物相容性及其临床应用.doc

人工髋关节假体材料生物相容性及其临床应用中国组织工程研究与临床康复74誊34筋20100820出版JournalofClinicalRehabilitativeTissueEngineeringResearchAugust20,2010Vo1.14No.34人工髋关节假体材料生物相容性及其临床应用刘杨,杨威BiocompatibilityandclinicalapplicationofhipprosthesismaterialsLiuYang,YangWeiAbstractOBJECTIVE:Toevaluatetheperf0rmanceofdifferenttypesofhipjointprosthesismaterials,aswellasbiocompatibilitywiththehostafterimplantedvivo.toprovidereferenceforclinicalapplicationsMETHODS:Using”hipjoint,prosthesis,materials,biocompatibility,clinicalapplication”inChineseandinEnglishasthekeywordsacomputerretrievalwasperformedforarticlespublishedbetweenJanuary2000andJuly2010.Articlesrelatedtothebiocompatibilityofbiologicalmaterialstothehostwereincluded,duplicatedresearchorMetaanalysiswereexcluded.Totally30articlesfclcusedonthetype,performanceandclinicaIapplicationofhipreplacementprosthesismaterials.RESULTS:Mbinationofmetaljointheadandultrahighmolecularweightpolyethyleneacetabularisthemostwidelyusedinhipjointreplacement,butthereispoorresistancetoabrasion,poorlubrication,andpoorcorrosiveresistanceAsforceramictypehipjointprosthesis,ceramicshaveastrongwearresistance,lowtoxicityandboneintegrationeffect,buttheirfragilitystillneedstosolveC0NCLUSION:ThedeaIimplantmaterialsshouldhavegoodbiocompatibility,corrosionresistance,wearresistance,fatigueresistance.strongstrengthandelasticmodulusclosertothecharacteristicsofhumancorticalbone,whichneedtobefurtherdevelopedLiuY,YangW.BiocompatibilityandclinicalapplicationofhipprosthesismaterialsZhongguoZuzhiGongchengYanjiuyuLinchuangKangfu2010:14(34):64416444.http:/www.crter.ca】摘要目的:评价不同种类髋关节假体材料的性能以及置入体内与宿主的生物相容性,为其在l临床上的应用提供参考依据.方法:以”髋关节,假体,材料.生物相容性,临床应用”为中文关键词,以”hipjoint,prosthesis,materials,biocompatibility,clinicalapplication”为英文关键词,采用计算机检索200001/201007相关文章.纳入与有关生物材料与宿主生物相容性的文章,排除重复研究或Meta分析类文章.以30篇文献为重点,探讨髋关节黄换假体材料的种类,性能及临床应用.结果:金属材料在人工髋关节假体中占有重要的地位,髋关节置换应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合,但存在耐磨损性差,润滑性差的缺点,且抗腐蚀性较差.陶瓷对陶瓷类型的人工髋关节假体材料,具有很强的抗磨损性能和较小的毒性作用及骨整合作用,但是其易碎性仍足需要解决的问题.结论:理想的假体材料应具有良好生物相容,耐蚀性,耐磨性,耐疲劳性,强韧性好及弹性模量更接近人体皮质骨的特点,这有待于进一步的开发研制.关键词:髋关节:临床应用:假体;材料;生物相容性doi:l0.3969.issn.16738225.2010.34.042刘杨,杨威人工髋关节假体材料生物相容性及其临床应用J.中国组织工程研究与临床康复,2010,14(34):64416444【http:/cn,】0引言目前,人工髋关节置换已经成为关节外科及矫形外科的主要手术之一,其在解决股骨头坏死,股骨颈骨折,股骨转子间骨折,先天发育不良和骨肿瘤等相关疾病的不同阶段均起到至关重要的作用,而人工假体的材料对髋关节手术的成功率和对患者的治愈率也起到决定性作用.假体材料相对于人体来说算是一种异物,人体对外来的异物必然要发生免疫排斥反应,选择较好的假体材料以减少排斥反应,延长假体使用时间,减轻患者疼痛的症状,这将是今后髋关节假体材料研究的热点.|SSN1673.8225CN21-1539/RC0DEN:zLKHAH当前常用的人工关节材料主要有金属合金,高分子材料,陶瓷材料等.金属合金主要为316L不锈钢,钛合金,钴铬钼合金和钴镍合金;高分子材料为超高分子高密度聚乙烯;陶瓷材料主要有氧化铝,氧化锌,氧化钛,羟基磷灰石和磷酸三钙.文章旨在总结分析以上3类材料的组织相容性及其临床应用情况.1资料和方法1.1资料的纳入与排除标准纳入标准:髋关节置换假体材料的种类及其特征.假体材料与人体的生物相容性.新假体材料的临床应用前景.SecondDepartmentofOrthopaedics.FirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicaIUniversity.Harbin150001.HeilongJiangProvince,ChinaLiuYangMaster,Attendingphysician,SecondDepartmentofOrthopaedics,FirsIAffiliatedHospitalofHarbinMedicaIUniversity,Harbin150001.HeilongJiangProvince.ChinadoctorliuyangyahoocnReceived:2010_06_22Accepted:20104)7)6哈尔滨医科大学附属第一医院骨二科,黑龙江省哈尔滨市150001刘杨,男,1978年生,黑龙江省哈尔滨市人,汉族,2002年哈尔滨医科大学毕业,硕士,主治医师,主要从事人工关节置换方面的研究.中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:1673-8225(201O)340644104收稿El期:2010.0昏22修回日期:2010-07-06(20100706008/ZS?Y)64417wc尺珊.憎杨,等人工髓关节骰钵材睾季生物柏容性及其晒沫应用排除标准:重复研究或Meta分析类文章.1.2资料提取策略检索人相关内容:第一作者.检索时间范围:200601/201003.关键词:中文关键词为”髋关节,假体,材料,生物相容性,临床应用”,英文关键词为”hipioint,prosthesis,materials,bJocompatibility,clinicalapplication”.检索数据库:Pubmed数据库,网.http:/www.ncbi.nI/PubMed:万方数据库,网址:/.1.3对纳入丈献的评价计算机初检得:J82篇文献,中文29篇,英文53篇.阅读标题和摘要进行初筛,排除因研究目的与此文无关的14篇,内容重复性的研究12篇,共保留56篇文献进行分析.在56篇文章中,综述22篇,动物实验14篇,体内实验观察20篇.2结果2.1人工髋关节假体材料的研究进展人工髋关节假体材料已有近百年的发展历程,目前常用的有金属材料,高分子材料,陶瓷材料和碳质材料.新型的人工髋关节材料关系到未来髋关节置换的开展情况,且与患者的远期治疗效果有关.开发新型的髋关节假体材料,不论从经济因素还是社会因素都将会取得巨大成就.未来的研究方向主要有以下几个方面:有良好生物相容性,耐蚀性,耐磨性,耐疲劳性,强韧性好及更低的弹性模量.各种人工髋关节假体材料的优点:分类金属材料奥氏体不锈钢(316L)钴铬合金钴铬钼合金钛合金高分子材料超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯负荷增强法超高分子量聚乙烯表面处理法陶瓷人工关节氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷羟基磷灰石碳质材料优良的加工性及足够的强度生物相容性优良,抗腐蚀能力强【2屈服强度和疲劳强度较高相容性较好,强度不足机械性能优良,抗磨损能力强,相容性较好硬度,机械强度有所提高翻改善了表面的硬度和抗磨损性能H化学性能稳定,耐磨损,生物相容性能优良f6磨损率非常小生物相容性优良高强度和高韧性用6442各种人工髋关节假体材料的缺点:分类金属材料奥氏体不锈钢(316L)钻铬合金钻铬铜合金钛合金高分子材料超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯负荷增强法超高分子量聚乙烯表面处理法陶瓷人工关节氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷羟基磷灰石碳质材料缝隙腐蚀或摩擦腐蚀,疲劳腐蚀破裂川韧性差,毒性耐磨性较差,昂贵耐磨性较差易磨损,硬度偏低,抗蠕变性能差生物润滑性差生物润滑性差抗折强度和抗冲击韧性较低抗折强度和抗冲击韧性较低力学性能差应用较少各种人工髋关节材料的应用情况:分类应用金属材料奥氏体不锈钢(316L)钻铬合金钴铬钼合金钛合金高分子材料超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯负荷增强法超高分子量聚乙烯表面处理法陶瓷人工关节氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷羟基磷灰石碳质材料接骨板,骨钉关节人工关节的柄人工关节人工关节髋臼的首选材料人工关节人工关节髋臼,股骨头髋臼,股骨头涂层材料髋臼2.2人工髋关节假体的生物相容性所谓生物相容性,是指生物材料和人体纽织接触后,在材料一组织界面发生一系列相互作用后最终被人体组织所接受的性能J.目前,金属材料在人工髋关节占有重要的地位,髋关节置换应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合.因金属材料与人体骨组织的弹性模量相差较大,应用于人体后不可避免的产生力学作用,导致骨吸收,假体松动,下沉磨损等情况.尽管第3代骨水泥技术和生物型关节已经大量出现,在不同程度上弥补了这一缺点,但其远期效果仍有待评估.而陶瓷对陶瓷类型P0Box1200,Shenyang110004C蜘杨等人I栽关节暇体楗辩生物辐容性及其临床应硒WWW.CRTER,org的人工髋关节假体材料,具有很强的抗磨损性能和较小的毒性作用及骨整合作用,但是其易碎性仍是需要解决的问题.2.3人工髋关节假体的临床应用随着医疗技术的不断进步和人民生活水平的日益提高,患者对髋关节的质量要求也逐渐增高,目前已经不把单纯缓解疼痛和恢复行走功能作为髋关节置换的目的,患者往往追求更高的要求,比如早期下地活动,不影响机体内环境,远期较少发生无菌性松动甚至是骨折,更长时间的使用率等.目前髋关节置换主要应用于陈1日性股骨颈骨折,股骨头缺血性坏死,退行性骨关节炎,类风湿性关节炎,强直性脊柱炎,骨肿瘤及一些其他手术的补救手术,恢复日常生活功能,实现这一目标的原动力就是假体材料的不断更新换代.从1923年最早的实施髋关节手术所应用的玻璃材料到后期逐渐发展的丙烯酸树脂材料,聚四氟乙烯树脂,金属材料,聚乙烯材料,陶瓷材料,经历了一系列的改进与完善,虽然现在还没有一种关节可以完全满足患者与医生的要求,但随着冶金和高分子工业的发展,相信更加适合患者的假体材料在不久的将来一定会应用于临床.随着髋关节置换手术的开展,与之相关的问题也逐渐增多,与假体有关的并发症主要有假体松动,骨溶解,假体周围骨折等,更主要的导致髋关节使用寿命较短的原因是各种假体材料的磨损率,其中金属对高分子材料的磨损率为0.17mm,年,陶瓷对高分子材料的磨损率为O.13mm/年,陶瓷对陶瓷材料的磨损率为0.016mm/年.3讨论3.1人工髋关节置换假体材料的未来发展方向?人工髋关节作为一种重要的骨替代物,既关系到人类的健康生活,又关系到工业经济的发展,因而加速研究和开发具有良好生物相容性,耐蚀性,耐磨性,耐疲劳性,强韧性好及弹性模量更低的人工关节材料具有十分重要的意义.其未来的发展方向主要有以下几个方面:组织工程化骨材料的应用可能性.既然各种假体材料均存在着一定的组织相容性问题,那么是否可以利用组织工程学方法构建新的人工骨材料,从而达到减少免疫排斥反应的目的呢?新型陶瓷材料的应用.陶瓷关节的应用增大了滑动性和减少了摩擦系数,甚至降低了可以进行髋关节置换手术患者的年龄【.”,新型的陶瓷材料期待可以降低陶瓷一陶瓷界面的低磨损率和假体的破损率.目前临床报道陶瓷假体的生存率较长【亿.假体材料工程学研究和分子细胞学研究相结合.例如在假体表面进行细胞涂层,种植干细胞,软骨细胞或|ssN16738225CN21.1539/RcoDEN:ZLKHAH其他生物材料,离子以提高组织相容性【侮.3.2如何解决人工髋关节假体材料的生物相容性问题?经过90多年的不断研究与创新,各种人工髋关节假体材料都在不断的发展和完善之中,并且存在各自的不足之处.要进一步改善假体材料的适应性,延长其使用寿命,提高人工髋关节置换的水平,提高假体材料的组织相容性,仍需很多工作要完成.目前在生物相容性的评价方面,大多研究细胞水平的反应和假体材料在植入到动物体内的短期效果,都缺乏分子水平的研究评价;在生物摩擦学方面,大多采用常规摩擦实验机,其提供的运动形式和载荷性质与人工髋关节的实际工作状况相差很远,所得出的实验结果往往具有一定的局限性.今后需从髋关节假体表面涂层的研究方面入手,以分子生物学研究和毒理学研究为基础,不断改进假体材料的表面涂层,达到更高的组织相容性为研究方向之一.另外更进一步探讨假体材料在人体内生理环境下的摩擦行为和滑行机制,找到更为确实可靠的理论依据进行体外实验,以便更好的设计假体模型,达到仿生效果也将是研究的主要内容之一.3.3复合材料人工关节的应用前景?金属材料与骨组织间弹性模量不匹配,金属有害离子产生明显【1引,研制弹陛模量更近似骨的,力学和生物相容性更理想的假体材料就显得尤为重要.鉴于骨骼本身就是一种由胶原纤维被羟基磷灰石矿化的复合材料,故各种以HA为基础的复合材料及树脂基复合材料的研究逐渐升温【1圳.以HA为基底,增强体通常为金属,陶瓷,高分子聚合物,生物玻璃以及碳质材料等.常用的体系有如下几种:HA/金属生物复合材料.HA/高分子聚合物生物复合材料.HA/生物惰性陶瓷生物复合材料.碳纤维增强高分子基生物复合材料.碳一碳生物复合材料.虽然复合材料具有抗磨损性强,较小的毒副作用,高强度和高韧性等优点训,但其研究大多处于实验室阶段,即使应用于临床,也缺乏远期的疗效问题,所以其临床研究还有待进一步开展.4参考文献f11ParienteJL.Thebiocompatibilityofcathelersandstentsusedonurology.ProgUrolApr.1994;8(2):1811HemandezRodfigueMAL,MercadoSolisRD,Perez-UnzuetaAJ,ela1.WearofcaslmetaImetafpairsforfotaIreplacementhipprostheses.Wear.2005;259(7121:958.f31ZhangM,JamesSPKingR,eta1.SurfacemodificationofUHMVVPEf0ruseintotaIiointreplacementsBiomedSc.1nstrum2004;40:13174】ValenzaaA,ViscoAM,TorrisiL.CharacIerizationofUltraHigh.Molecula卜WeightPolyethylene(UHMWPE)ModifiedbylonImplantation.Polymer.2004:256:17071715f51GeSRWangQL,ZhangDK.FrictionandwearbehaviorofnitrogenionimpIantedUHMWPEagainstZrO2ceramic.Wear.2003;255:1069-107561TipperJL.CharacterizationofweardebnsfromUHMWPEonZirconiaceramic,metal?metalandceramic-ceramichipprosthesisgeneratedinaphysiologicaIanatomicalhiplointsimulator.Wear.2001;250(1121:120128.64437wc尺矾删蚋杨.等AI髋关节骰体材料生物糨容性及其临寐直用7】【8】【9910】【12】【13】HowingGI.InghamE.Carboncarboncompositebearingmaterialsinhiparthroplasty:analysisofwearandbiologicalresponsetoweardebris.JMaterSciMaterMed.2004;15:91.PadenteJL,BordenaveL.BareilleR,eta1.Thebiocompatibilityofcathetersandstenfsusedinurology,ProgUr0I.1998;8(2】:181187.HaYC,KooKH,JeongST,eta1.CemenUessalumina-onaluminat0talhiparthroplastynpatientsyoungerthan5Ovears:a5一yearminimumfollowuDstudy.JArthroplasty.2007;22(2):184188.SeylerTM,BonuttiPM,ShenJ,eta1.UseOfanalumina-onaluminabeanngsystemintotaIhiparthroplastyforosteonecrosisofthehipJBoneJointSurgAm.2006;88Suppl3:116.125HabermannB.EwaldW,RauschmannM.eta1.FractureofceramicheadsintotalhipreplacementArchOrthopTraumaSurg2006;126(7):464-470.DAntonioJBeanngsurfaceforyoungpatients:ceramiconceramic:updateddataandwhyllikeit,ARsymposiaProceedingoftheAmericanAcademyofOrthopedicSurgeonsAnnuaIMeeting,Chicago,2006:81.HamadoucheM.BoutinPDaussangeJ.etalAluminaonaluminatotalhiparthroplasty:aminlmum18.5一yearfoIlow-upstudy.JBoneJoinlSurgAm2002;84-A(1):6977.14】郑裕东,王迎军,陈中华,等,儿科组织工程复合支架材料在模拟生理溶液中的生物矿化性能比较【JIjE京科技大学,2006,28(1):63-67.15】ValenzaaA,ViscoAM,TorrisiL.CharacterizationofUtra-High-Molecular-WeightPolyethylene(UHMWPE)Mod哺edbvlonImplantation.Polymer.2O04:256:1707.1715.16】GeSR,WangQL,ZhangDK.FdctionandwearbehaviorofnitgenionjmplantedUHMWPEagainstZrO2ceramic.Wear.2003:255:1069107517】王庆良,葛世荣,林圈明.UHMWPE/HA复合关节材料的生物摩擦学研究【J1.润滑与密封,2007.32(10):20-24.18】陈刚.徐卫东.金属对金属髓关节假体的生物学效戍【J】.中国组织_I:研究与临床康复.2008.12(9)1729-1732【19孙俊英,郝跃峰,杨沛彦,等.采用羟基磷灰石涂层股骨柄假体行全髋置换术的早期疗效J】l【1华创伤骨科杂志.2006,8(1):27.30.【20】HowlingGI.InghamE,SakodaH,eta1.Carboncarboncompositebeadngmatedaisinhiparthroplasty:analysisofwearandbiologicaIresponsetoweardebrisJMaterSciMaterMed.2004;15(1):9198ISSN1673.8225CN21.1539fR2010年顿权归中国组织I程研究s临涞埭复杂志社自如何向SCI收录的优秀期刊投稿:审校英文论文校样的重点和关键(本刊发展部)最后一环是校样正确地返回出版社.该过程很简单,但时有出错,功亏一篑,失去了论文早曰发表的机会.审校后的校样不应该送回主稿,而是要按出版社的要求发回指定的电子邮箱.该邮箱地址在出版社发给作者校样的附信中都有明确的说明,作者只需照章办事即可.不同的刊物,即使是由同个出版社出版,因排版公司不同,寄回校样的电子邮箱也会不一样.作者不要自以为是,把校样寄错了地址.另外,经常有作者把校样发到出版社的作者服务部(AUTHORSUPPORTDEPARTMENT),这些校样虽然能转到期刊编辑手里,再通过编辑最终转到排版公司,但要耽误不少时间,不如作者按要求直接发到指定的电子邮箱快捷准确.最后值得强调的是作者应该避免”一校多返”,即对一篇校样的更误分几次完成.其含义是作者应反复地阅读校样,发现所有的错误,最后归纳汇总在一份文件中一次发回出版社,而不是分成几次.如此,排版员可按该文件将所有的错误更正过来,文章即可在网上发表,这中间通常只需要几天的时间.相反,如果作者审稿后发囿一份文件,过两天甚至一个星期后再看一遍校样,发现还有错误,又发出一份新的文件做补充,如此反复多次.结果是要么文章在改校过程中延误,推迟了文章的发表;要么补充的更误不能顺利地改正,登陆网上的文章仍然有错.如果错误严重,文章会被迫暂时下网,矫误后再重新上网发表,这要耽误更多的时间.而且这种矫误有时因为时间或其它原因的限制不能进行,文章只能带错在印刷本上发表,然后作者再写一篇勘误的文章fERRATNCORRIGENDA),登在以后的期刊上.由此可见,作者一次完成校样的审定有多么的重要.校样发回出版社后,还不等于完事大吉,作者最好时常登陆期刊的网站查看.如果校样发出后很长时间,文章仍没有在网上发表,很有可能是哪个环节出了故障.作者最好与出版社的作者服务部联系查询,直到文章发表为止.总之,审定校样是作者发表论文的重要步骤,不论是审校的速度还是质量,均直接影响到论文的发表速度和质量.附Jproof时往返EMAIL的例子.64441.DearSir/Madam,Theattacheddocumentlsthecorrectedproof.Allcorrectionsarehighlightedinyellow.Pleasegivemeareplywhenyoureceivetheattachment.Thankyouverymuch.BestRegards,通讯作者名字2.DearAuthor,Theproofofyourarticletobepublishedin期刊名称.sattachedtothise.maiIasaPDFrite.AIsoattachedarejnstructionsontheannotationofPDFfiles.AQueryForm.mayalsobeattachedifanyquestionsregardingyourarticlehavearisenduringthepreparationoftheproof.Wewilldoeverythingpossibletogetyourarticlepublishedquicklyandaccurately;todothisweneedyourcooperation.Pleaserespondpromptly,evenifyouhavenocorrections:thesoonerwehearfr0myou.thesooneryourcorrectedarticlewillappearonlinePleasenotethatanydelayinreturningyourcorrectionscouldresultinadelayinpublicationandthatanysignificantchangestofhearticleasacceptedforpublicationwilIonlybeconsideredatthisstagewiththepermissionoftheEditorPleasenotethatproofcorrectionscannowbeannocatedonscreen.whichallowsyoutomarkdirectlyinthePDFfile.andreturnthemarkedfileasanemaiIattachment.SeetheattachedinstructionsforfurtherinformationAlternativemethodsofreturningproofcorrections:IfyoudonotwishtousethePDFanno【ationsfunction.youmaylistthecorrections(includingrepliestotheQueryForm1inanemaiIandreturnthemtoususingthe,replybutton幻thisemailPleaselistyourcorrectionsquotinglinenumber.If,f0ranyreason.thisisnotpossible,markthecorrectionsandanyothercomments(includingrepliestotheQueryForm)onaprintoutofyourproofandfaxthistothenumbergivenbelow,orscanthepagesandreturnthembyemail.WeprefertoreceiveyourcorrectionsbyemaiIorfaxsothatwecanprocessyourarticlequicklyandefficientlyHowever,ifyouwishtoret