2018《骨》主治医师专业知识-人工关节材料学。

金属及合金人工关节材料主要分为三大类:不锈钢(316L型)人工关节、钴基合金人工关节、钛钛合金人工关节。三种关节材料各有优缺点以及植入人体后的反应。

(1)不锈钢(316L型)人工关节

不锈钢是最早的人体金属植入材料。代表性的金属人工关节———316L不锈钢是一种常用于制作医用人工关节的廉价金属材料，主要用于制作关节柄和关节头。具有优良的加工性能和适当的抗压强度，在其表面形成钝化的氧化铬氧化膜，降低了均匀腐蚀的速度。但临床显示316L不锈钢植入人体后，处于生理环境中。有时会出现缝隙腐蚀或摩擦腐蚀、疲劳腐蚀开裂等问题。而NP、CP、C-1会因摩擦磨损而释放，造成假体松动，最终导致种植体失效。因此，对于316L不锈钢来说，提高耐蚀性是关键。

(二)钴基合金人工关节

钴基合金，通常称为钴铬合金，广泛用于制造人工关节。首先，它比3136L不锈钢具有更好的生物相容性和耐腐蚀性，原子排列为面心立方结构，断层表面能低，耐磨性好，但不适合机械加工。美国材料测试学会推荐了四种可用于外科植入的钴基合金，分别是锻造钴铬钼合金(F76)、锻造钴铬钨钼合金(F90)、锻造钴镍铬钼合金(r562)和锻造钴镍铬钼钨铁合金(R562)。其中，锻造钴铬钼合金和锻造钴镍铬钼合金已广泛用于制造种植体。国际标准化组织允许用于制造人工关节部件的钴基合金已达6种，充分说明钴基合金在制造人工关节中的广泛应用。临床实践证明，钴基合金具有较高的强度和优良的耐腐蚀性能。无明显毒副作用。

(3)钛钛合金人工关节

钛钛合金因其良好的生物相容性和综合力学性能而被广泛应用于人体植入材料。20世纪50年代，美国和英国首次将纯钛用于生物体。北京有色金属研究总院和天津骨科医疗器械厂生产的钛人工股骨和髋关节在国内首次用于临床。后来发现Ti-6Al-4V合金的性能比纯钛好。因此，Ti-6Al-4V合金已被广泛用作人体植入材料。

Ti_6Al-4V合金比不锈钢和钴铬钼合金具有更强的生物相容性，更好的耐腐蚀性，弹性模量接近骨，密度小(4.5ig/cm3)，可用于制造人工关节和骨科内固定器[10]。因为钒会引起慢性炎症，铝离子与无机磷结合，使人体缺磷，会诱发阿尔茨海默病。并且其弹性模量是骨的4-10倍，种植体与骨的弹性模量不匹配，使得载荷不能很好地从种植体传递到邻近的骨组织。出现“应力遮挡”现象，导致种植体周围骨吸收，最终导致种植体松动或断裂。因此，开发生物相容性更好、弹性模量更低的新型医用B钛合金已成为生物医用金属材料研究的重点。

第三，有机高分子接合材料

用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯和超高分子量聚乙烯。

(1)硅橡胶

近十年来，国外已将硅橡胶人工指关节用于小关节置换，并有大量临床报道。已在天津、北京、Xi等地临床使用。四川省医用高分子材料协作组于1974: 1975开始研制硅橡胶人工手指关节用于临床，但经过长期随访发现疗效并不理想[11]。原因主要与硅橡胶材料的质量问题有关。工艺流程和纯度控制不严，硅橡胶指关节表面光洁度和硬度达不到医用要求。关于硅橡胶是否是理想的生物材料，国外有很多成功的报道，但在长期疗效分析中有很多关于硅橡胶引起异物反应的报道[12]。

(2)聚乙烯

聚乙烯(PE)是最早用于人工关节的高分子材料，随后使用了性能更好的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)[13]。已成功应用于人工腕关节、膝关节和髋臼，很好地解决了人工关节的摩擦磨损问题。超高分子量聚乙烯的使用曾是现代人工关节成熟的标志。主要用于关节凹陷等摩擦面，如人工髋臼。聚乙烯已被用于解决人工关节的摩擦问题，并取得了良好的效果[14]。

(三)超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是各种组合式全髋关节假体中最薄弱的环节。当它与相邻的金属表面或陶瓷表面正常或异常运动时，其柔软性决定了假体的部件也是最容易磨损的。