中國骨關節疾病的患者接近4000萬，隨著人口老齡化速度的加快以及全民醫療保障水平的要求日益提高，這個數目還在不斷加速增加，隨著生物醫用材料的研製和醫學的迅速發展，關節置換的需求越來越廣泛，經過近百年的發展，目前已廣泛開展，能有效地根除關節病痛，恢復關節功能以及提高患者生活質量，對老年患者有非常良好的效果。現已被認為是最成功的外科手術之一，我國人工關節置換已經有30多年的歷史，在中國接受人工關節置換術的患者數量也呈逐年增長的趨勢。同時，新技術、新方法和先進的圍手術期處理的理念已經在國內得到了傳播與套用，並在臨床上逐漸積累了符合我國國情的關節外科手術技巧和圍手術期管理經驗。
基本介紹
- 中文名：人工關節置換
- 外文名：prosthetic replacement
一、關節置換類型：,二、關節置換假體的材料,三、關節置換圍手術期管理,四、數位化人工關節技術,五、中國關節外科未來方向,
一、關節置換類型：
1.髖關節置換
股骨頸骨折：股骨頸骨折是臨床常見疾病，非手術治療極易導致股骨頭缺血壞死、關節活動度缺失、墜積性肺炎、深靜脈血栓乃至死亡等等嚴重併發症。手術的主要目的是人工給與支持以恢復關節的功能使患者自行活動，提高患者生活質量，同時多運動以提高機體免疫力，增加抵抗疾病入侵的能力。對於年輕人的股骨頸骨折，現國內大多採用空心釘內固定術治療，效果較好。而對於股骨頸骨折的好發人群老年人的股骨頸骨折有內固定術和關節置換兩種治療方案。比較兩種治療方案，內固定術存在諸多問題，其中最大的問題就是術後不癒合的機率明顯大於關節置換，且較易發生相關併發症如股骨頭缺血壞死等，增加了患者再次經受手術創傷帶來的痛苦的機率，也增加再次住院帶來的經濟重擔的機率。其次，臥床時間較關節置換長，不利於關節恢復功能鍛鍊，在患者生活質量降低的同時對於老年人，由於其器官功能消退，常合併各種慢性疾病，如高血壓、糖尿病和心肺疾病等，長時間臥床易誘發如墜積性肺炎、深靜脈血栓等各類併發症，增加患者死亡率。總體來說，排除經濟因素影響，關節置換具有術後併發症少、再手術率低、臥床時間短、術後死亡率低等優點。
2.轉子間骨折：股骨轉子間骨折同樣是常見的臨床疾病，90%以上的股骨轉子間骨折發生在65歲以上的老年人。老年患者多伴有骨質疏鬆，股骨轉子間骨折多位粉碎性，治療難度大，亦常合併其他內科疾病，故而對其生活質量產生嚴重影響，1年內死亡率約30%。隨著近年對股骨轉子間骨折認識的不斷深入和治療水平的不斷提高，手術治療已逐漸成為治療老年轉子間骨折的金標準。對老年股骨轉子間骨折的手術治療方法主要有切開復位內固定術和人工關節置換術。兩者如何選者決定於術者對不同分類分型的老年股骨轉子間骨折手術適應證的把握不同、術者對不同治療方案術後療效及併發症的預期差異，以及手術對術者嫻熟度及硬體設施的綜合要求。對於骨質較好的股骨轉子間骨折，可套用內固定治療，對於高齡且伴有較嚴重骨質疏鬆的粉碎性股骨轉子間骨折患者，內固定治療的併發症發生率高，人工關節置換相比而言在不增加手術操作時間、術中出血量及住院時間的前提下，不僅具有術後功能鍛鍊時間早、康復時間短、術後併發症少，無骨折不癒合或畸形癒合及股骨頭缺血壞死等優點，而且在關節治療的核心即關節功能恢上具有明顯優勢。首例假體置換治療股骨轉子間骨折至2018年，對高齡股骨轉子間骨折行人工關節置換術已被國內廣大臨床骨科醫師認同。而部分學者認為人工關節置換術應謹慎掌握適應證，普遍來說老年股骨轉子間骨折不癒合率低，內固定手術時間短，效果確切，任是治療金標準。
2 膝關節置換
膝關節骨性關節炎：膝關節骨性關節炎在中國患病率約為9.76%，其中老年患者約占79.6%，其病理特點是軟骨缺損、軟骨下骨囊變、骨贅形成等，其病變發生緩慢，一旦病情累積嚴重將導致患者膝關節活動嚴重受限，並產生劇烈疼痛。膝關節置換通過植入假體使關節面恢復正常解剖機構而改善關節活動度並緩解疼痛，已成為治療膝關節骨性關節炎的有效方法之一。長期而言，人工膝關節置換10年以上的假體生存率已≥90%，但對於年齡較小、活動量較大的患者效果並不理想。
3 肩關節置換
肩關節置換適用於急性肱骨頭頸骨折與慢性肩關節疾病等，旨在解除肩關節疼痛、改善肩關節活動度和力度等功能。對於肱骨頭頸骨折、肩旋轉袖撕裂等急性肩關節疾病患者行肩關節置換，能恢復關節穩定並在較短時間內恢復關節功能，對於肩關節骨性關節炎、類風濕性關節炎和肱骨頭缺血壞死等慢性肩關節疾病患者行肩關節置換，可恢復肩關節生理解剖結構。
二、關節置換假體的材料
人工關節假體材料對關節置換的成功率和患者的治癒率起到了決定性作用，但關節負重界面磨損產生磨損顆粒並由此引發局部產生異物反應，進而導致假體周圍骨溶解，發生無菌性鬆動已成為影響關節置換遠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，是需要共同考慮的問題。
常用的材料主要有金屬、陶瓷及高分子有機材料三種。
1.金屬材料：金屬材料具有較高的力學性能，關節置換植入物的金屬材料包括不鏽鋼、鈷基合金、純鈦和鈦合金及多孔鉭等。不鏽鋼易被腐蝕，彈性模量高，易發生應力遮擋，現已少用。鈷基合金具有良好的抗疲勞性能和耐磨性，仍廣泛用於全髖系統中的股骨柄和球頭，全膝系統中的股骨髁。純鈦和鈦合金具有良好的生物相容性，但其摩擦係數高，不適於關節面製造。近年來鈦金屬表面多與磷酸羥灰石結合修飾，形成表面塗層誘導骨長入，增加假體和骨的結合強度。多孔鉭易於骨長入，被稱為“金屬骨小梁”，是關節表面理想材料之一，其套用較晚，仍需大規模研究和隨訪。
2.陶瓷材料：生物陶瓷的種類較多，其中氧化鋁陶瓷是關節置換中最常見的陶瓷材料之一，具有硬度高，親水性好和低摩擦係數等特點。如今，氧化鋁陶瓷已經發展到第四代，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。近年發現羥基磷灰石陶瓷植入機體後可以誘導成骨，增強骨整合能力，同時羥基磷灰石中加入氧化鋯可以明顯增強結合界面強度。新開發的氧化鋯-氧化鋁納米陶瓷複合材料不僅表現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，但由於套用時間短，尚需更深入的評估。
3.高分子有機材料：超高分子量聚乙烯材料被廣泛套用於髖臼、臼襯、脛骨平台墊等，是關節置換中的首選材料，具有生物相容性好、質量輕、強度較高等優點。但其磨損產生的碎屑常導致植入物無菌性鬆動甚至假體植入失敗。
生物活性材料
生物活性置入物3D列印技術在生物活性關節置換方面已取得不少突破性研究進展。但3D列印技術在生物活性置入物製備技術方面還處於起步階段，有許多問題厄待解決。
4.1.生物支架材料列印：生物支架應有良好的生物相容性、良好的生物降解性、三維立體結構與良好的力學性能和可塑性，水凝膠是水溶性高分子通過化學或物理交聯形成的交聯聚合物，具有以上特點，被廣泛用於構建組織工程支架。利用3D列印技術將纖維蛋白單體和凝血酶列印可構成3D纖維蛋白水凝膠支架，是水凝膠支架具有了有效為框架內組織細胞輸送營養和氧氣的疏鬆多孔微結構。
4.2.細胞列印：種子細胞按照一定空間結構精確定植在生物支架材料中也構建生物活性關節的關鍵步驟，3D列印中雷射制導直寫技術已成功將多種細胞按照要求結構列印到玻璃表面，大部分細胞列印後仍存活。
4.3.生物活性因子列印：細胞活性因子影響細胞的增殖、分化、黏附以及遷移等，具有重要意義，從而精準控制細胞活性因子支架內細胞的活性的影響變得至關重要。3D列印技術可以將細胞活性因子列印到水凝膠上構建固化的細胞活性因子陣列，如纖維細胞細胞生長因子2被列印到聚丙烯醯胺水凝膠構件固化細胞活性因子陣列等。
三、關節置換圍手術期管理
1.圍手術期血液管理。人工髖膝關節置換術圍手術期存在大量失血和異體輸血率較高等血液管理問題，術中血液管理旨在減少術中和術後失血量，基本措施包括急性等容血液稀釋技術，抗纖溶治療，使用止血帶等。
2.圍手術期疼痛管理。良好的鎮痛可使患者術後早期進行功能鍛鍊，加快康復，減少併發症，並提高患者對手術質量的整體評價。針對關節置換，有效且被廣泛接受的是多模式鎮痛，常用鎮痛方法有超前鎮痛、患者自控鎮痛、硬膜外鎮痛、周圍神經阻滯、關節局部鎮痛及冷療鎮痛。
人工關節置換術的併發症
3.1術中併發症
3.1.1:骨水泥中毒、猝死
骨水泥是一種有機高分子化合物材料，其中的單體具有細胞毒性，進人血液後會使血壓下降，脈搏加快、虛脫、甚至心跳驟停，也會引起健腔內壓力升高，會使脂肪進人血管內引起栓塞。
3.1.2:大血管損傷全髓人工關節手術並發大血管損傷的後果嚴重易造成肢體受損及死亡的發生。
3.1.3:脂肪栓塞和骨髓栓塞多發生在術中、當假體柄插入骨髓腔內時骨髓受擠壓，骨髓內脂肪滴進入血液，阻塞重要器官的微血管而引起的一組症候群，其臨床表現容易被其他合併症所掩蓋。
3.1.4:神經損傷周圍神經損傷是人工骸關節置換術的併發症中較少見的卻是比較嚴重的一類。
3.1.5：骨折人工髖關節置換術中股骨骨折為常見手術併發症之一。
3.2術後併發症：
3.2.1:深靜脈血栓國外髖、膝關節置換術後深靜脈血栓的發生率為50%-70%，病死率為0.10-0.38%。
3.2.2:假體材料磨損及假體柄折斷固定在股骨幹中的假體柄斷裂時常見的併發症。
3.2.3:假體鬆動下沉和脫位人工股骨頭向髖臼內移位的發生率為10%，脫位最多發生於術後30天之內。
3.2.4:髓臼及股骨骨質溶解發生原因是骨水泥經勞損和老化後碎裂骨水泥小顆粒和骨接觸處誘發肉芽組織其中有大量的吞噬細胞包括破骨細胞。它們吞噬碎屑後被激活釋放大量的炎性和溶骨因子最終導致異物肉芽腫反應、假性纖維膜形成和溶骨反應。
3.2.5:假體周圍骨折人工鎖關節置換術術後股骨假體周圍骨折FF的發生率逐漸增加，被認為是骸關節置換術後的一個重要併發症。文獻報導發生率為0.1-2.5%。
3.2.6:假體置換術後疼痛疼痛是關節置換術後最常見的症狀。
3.2.7:感染人工關節手術後發生感染是極其嚴重的併發症，治療困難。
四、數位化人工關節技術
隨著計算機技術的發展及影像數據處理系統的開發，數位化技術套用於人工關節置換術表現出不可替代的套用價值，主要套用方向包括關節置換虛擬手術、關節假體設計和製造及計算機輔助手術操作。
1.關節虛擬手術。關節虛擬手術是通過三維(3D)重建，用精確的器官構造模擬骨關節在外力互動作下發生變形切割的過程，並通過視覺、聽覺、觸覺反饋等形式來提供逼真的置換手術現場感。“虛擬仿真”可重現各類關節損傷、從不同角度觀察、預演手術，便於選擇最佳方案以減少術中出血，降低手術風險。
2.關節假體設計及製造。通過對正常人關節CT掃描，運用數位化技術對關節形態及截骨後形態進行測量，建立數位化關節模型資料庫，為關節假體設計提供形態學數據。精確設計與骨骼解剖形態一致的個性化假體，利用快速成型技術獲得個性化假體，同時可利用關節實體模型進行個性化截骨和假體預測，制定術前計畫。
3.計算機輔助系統。通過計算機輔助，使截骨更準確，假體安裝更精確，術後力線恢復更接近生理狀態，即為計算機輔助手術作業系統，主要包括手術導航和機器人系統。導航系統通過術者錄入患者的影像學資料或解剖標誌來啟動手術導航，可以準確、實時確定假體和手術器械的位置和方向，有助於提高手術精度和指導截骨、軟組織平衡、下肢力線以及假體旋轉控制等。機器人輔助關節置換在術前規劃、術中精確地切骨和假體的定位等有明顯優勢。機器人系統可降低翻修術去除骨水泥時導致骨折或骨皮質穿透的風險，提高假體安裝位置的精確性和匹配度。
五、中國關節外科未來方向
1.骨移植材料仿真化：現階段骨移植材料都存在一定缺點，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的曙光，未來研究的重點將集中在構建出與正常組織生物學特性及機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節。
2.功能重建最佳化：人工關節功能重建未來可根據仿生學原理，利用各種先進的加工製造技術，在人工關節表面加工出微納米結構。這種多角度的幾何結構不僅有助於減少人工關節表面的摩擦，同時還可通過在人工關節表面微結構內種植幹細胞或骨細胞來提高其生物相容性，從而將人工關節外科推向一個更接近人體生理功能的新高度。
3.微創置換技術：人工關節的微創置換是近年來關節外科發展的一大特點。傳統的廣泛暴露的關節置換手術，存在失血多、創傷大、功能恢復慢等不足，使越來越多的學者嘗試採用小切口和微創關節置換的技術。未來需對技術、工具和假體等進一步改進，以使微創關節置換更加標準化和系統化，更加簡單和準確。特別是智慧型化導航技術與微創置換技術的結合，可以有效地避免因暴露困難而導致的假體力線不良等併發症，是未來發展的方向。
4.3D列印在關節置換中的套用：個體化治療是骨科發展的一個方向，3D列印技術是數位化技術的集中體現，可以通過制定高精度的手術方案和植入假體，實現手術的個體化、精準化，從而提高高難度手術的成功率；除此之外，3D列印技術還可以用於製備個體化手術導板和假體，使個體化植入物與患者骨骼的匹配更精準。採用3D列印技術製造的組織工程關節支架不僅具有匹配的解剖外形，而且其內部功能性三維多孔結構為體液滲入、細胞和組織生長提供空間。隨著3D列印技術的不斷發展，自體“生物型人工關節”將在未來成為可能。
5.人工關節登記隨訪系統：通過人工關節登記系統，可獲取完善的關節置換人群的流行病學資料，不斷顯示各類置換術的統計學資料，據此可論證導致手術失敗的危險因素;有利於骨科醫師提高技術，提高假體製造水平，無論是對關節置換技術，還是對社會效益，都有積極的作用。2012年，在COA的倡導及國家衛生行政機關的支持下，我國人工髖、膝關節置換技術管理規範正式出台。這一管理規範可使政府監管部門和醫生獲得第一手的流行病學資料，提高中國骨科整體的醫療服務水平，更好的為患者服務。
