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篮彩分析推荐:人工掌指及指間關節假體的研究進展

文章出處: 作者: 人氣: 發表時間:2019-09-11 09:19:41

nba篮彩分享 www.eqdpi.com 來源:中國修復重建外科雜志2019年10月第33卷第10期

 

手是人最重要的勞動器官,而掌指關節及近端指間關節是手部重要結構。對掌指及指間關節軟骨損傷、關節僵硬而手術松解無效或關節功能不能恢復患者,可選擇關節融合術、趾跖關節游離移植術和人工指關節置換術治療。關節融合術是目前最常用、操作相對簡便、費用較低的治療方式,但是關節功能丟失嚴重。趾跖關節游離移植術可最大程度保留關節活動度,術后供足功能也無明顯影響,但存在對術者顯微外科技術要求較高、手術創傷較大、多發關節病變不能同時行關節移植術等缺點。而人工關節置換術能避免上述不足,成為保留關節功能的最具前景治療方法。


自1959年首次報道掌指關節置換術以來,掌指及指間關節置換已逐漸用于治療各種原因導致的指關節慢性關節炎。但是掌指及指間關節有其特殊性,如關節體積較小,肌肉、肌腱等動力裝置較多;屈伸、旋轉等動作要求高,手部屈伸頻率較高,置換后需承受較大牽引力等。因此雖然臨床應用已50余年,但療效仍不及負重大關節置換術。總體來說,掌指及指間關節假體的設計和臨床實踐仍處于探索階段。現從解剖研究、關節假體設計以及材料研究三方面,對人工掌指及指間關節假體研究進展作一綜述,為下一步研究提供參考。


掌指及指間關節的解剖研究


手指屈曲及握捏時,掌指關節和指間關節承受的最大壓力可達200~300N,并且可以在極短時間內達最大壓力,接近單側髖、膝關節等負重大關節所承受的壓力。手部最重要的結構是掌指關節,單純依靠掌指關節即可維持手部大部分功能活動。掌指關節為球窩、多軸關節,掌骨頭為凸面,在近節指骨基底有1個曲率半徑較大的凹面,通過兩側側副韌帶及關節囊維持關節穩定性。有學者將掌指關節看作雙軸關節,包括1個屈伸軸、1個運動軸(類似錐體軸)。由于掌指關節解剖結構復雜,關節置換除復制掌指關節屈伸功能外,還需復制關節幾何形態及穩定性,這也是導致人工掌指關節置換遠期療效不佳的主要原因。近端指間關節也是手指運動中的一個重要結構,在抓取較小或者形狀不規則物體時發揮重要作用。近節指骨遠側為雙髁狀、其間有髁間凹陷,與中節指骨基底相連,同樣靠兩側側副韌帶及關節囊維持關節穩定性。


掌指及指間關節假體研究


20世紀50年代,Brannon和Klein嘗試制作了金屬鉸鏈式掌指關節假體,并用于治療掌指關節創傷性關節炎,早期結果滿意,但后期出現了假體周圍松動及骨折。之后,學者們設計了不同的掌指及指間關節假體,但大多數臨床實踐均失敗。依據Beevers等的分類標準,掌指及指間關節假體包括鉸鏈式限制型假體、半限制型假體、非限制型假體3類。


鉸鏈式限制型假體    由于缺少掌指關節生物力學及解剖學深入研究基礎,Brannon和Klein設計的金屬鉸鏈式掌指關節假體未考慮掌指關節復雜的動力裝置。之后,Flatt提出了改進,假體由圓柱形鉸鏈式金屬結構組成,剛性金屬部件由生產商裝配一體,以提高防旋穩定性。但該假體用于臨床后出現了大量失敗病例,因為掌骨及近節指骨髓內應力較集中,假體周圍骨折發生率較高,同時存在金屬碎片沉積。學者們在Flatt設計假體基礎上進行了再次改良,設計了第2代產品,例如Griffith-Nicolle假體、Schultz假體、Steffee假體,但均因置換術后遠期功能改善較差而失敗。


隨著聚合物人工假體材料的研制成功,為了降低假體剛度,聚乙烯(PE)與超高分子PE(UHMW-PE)用于制備假體。德國LINK公司生產的圣·喬治型關節假體其近心端即采用UHMW-PE材料,遠心端為鈷鉻鉬合金材料;遠心端可根據需要選擇長短不一的假體,在置換同時對遠端指間關節進行融合術,假體髓內部分通過骨水泥固定。我國貝朝涌等采用圣·喬治型關節假體對11例(16指)掌指關節損傷患者進行關節置換,術后隨訪顯示優良率為88.9%,無早期并發癥發生,但缺少遠期隨訪結果。此外,因復制了大關節假體的裝配原理,鉸鏈式假體的穩定性過于依賴骨水泥,一旦發生假體周圍骨折或者松動后無法翻修,造成骨量丟失、關節功能喪失等后果。


半限制型假體     第2類假體是以Swanson硅膠假體(Wright公司,美國)為代表的半限制型假體。Swanson硅膠假體設計原理是用具有彈性的硅膠作為動性間隔墊,以保持手指對線、填充關節空間。假體在體內通過關節囊、韌帶、肌肉及肌腱系統構建平衡、維持穩定。假體柄未直接牢固固定于髓腔內,允許在髓腔內輕度移動,有效分散了應力,避免了假體中央部分應力集中,有利于骨質正常改建,同時也有利于假體鉸鏈部分達到適合的旋轉軸線,降低了假體周圍骨折發生風險。Foliant對Swanson硅膠假體置換患者進行了長期隨訪,發現術后可能發生滑膜炎、骨質改變、淋巴結病、感染和假體斷裂松動及移位,但大多數并發癥發生率較低。但是有研究得出了相反結果,Olsen等對16例類風濕性關節炎患者60個掌指關節行Swanson硅膠假體置換術,術后隨訪5~10年,結果僅8個掌指關節疼痛緩解、13個關節發生假體破裂,因此他們認為該假體置換療效差。Synnott等報道了硅膠假體與骨接觸界面存在侵蝕現象,且置換術后假體斷裂發生率高;術后遠期Swanson硅膠假體關節平均主動活動度僅為30~40°,并存在硅膠假體磨損產生碎屑引起關節滑膜炎現象。Swanson對148例患者采用Swanson硅膠假體行近端指間關節置換術,術后患者指間關節平均活動度增加了35°。然而,在一項樣本量達424例的近端指間關節置換術臨床研究中,Swanson等發現患者指間關節平均活動度僅增加10°,但疼痛緩解明顯。之后,也有報道指間關節置換術后疼痛緩解明顯。2013年,Chan等對35項研究進行了系統綜述,發現在所有接受Swanson硅膠假體近端指間關節置換患者中,8%假體發生下沉。有研究對采用Swanson硅膠假體行掌指關節置換患者進行了長達14年隨訪,結果顯示該假體折斷率為63%。為此,學者們對Swanson硅膠假體進行改良,通過使用?;ば越鶚艫嬡Π杞壕酆咸騫亟誶徊糠?,避免硅膠假體直接與截骨端接觸,有效減少了術后并發癥的發生,但仍然不能解決硅膠老化斷裂問題。雖然Swanson硅膠假體置換存在較多并發癥,但由于能立即緩解關節疼痛,改善手指功能,仍是目前臨床應用最廣泛的人工指關節假體。


非限制型關節假體    由于上述兩類假體存在較多遠期并發癥,臨床均未大規模使用。隨著掌指關節及指間關節解剖及生物力學研究的深入,學者們相繼研發了與生理解剖相符、截骨量更小的非限制型關節假體、表面置換型關節假體。假體設計也由單軸逐漸改為多軸,2個關節柄僅有凹凸滑動配合,沒有機械連接配合結構,這種球臼配合結構更符合手指關節解剖結構,置換后能獲得更大的關節活動度。


早期非限制型關節假體為陶瓷柄,采用更契合關節旋轉中心的球臼設計,但因陶瓷柄存在應力問題被淘汰。隨著關節材料的發展,學者們設計了更多非限制型關節假體,其中日本Nakashima公司生產的Self-locking假體為代表性假體。該假體由鈦合金接頭錨及UHMW-PE平臺共同構成,接頭錨的基部由錐形螺絲及與其連續的2根有彈性的腳部構成,可通過調整螺絲來調整尾部2根彈性腳的張合,使其與髓腔內側面貼附;通過兩側接頭錨的位置可以調控側副韌帶拉伸強度。但Self-locking假體因費用較高及醫療器械準入問題,目前尚未在臨床大規模使用。


關節表面置換術可以最小限度截骨,以?;ぬ峁┕亟諼榷ㄐ緣牟喔比痛?。1979年Linscheid和Dobyns設計了一種由鈷鉻合金及高分子PE材料組成的假體,用于近端指間關節表面置換,假體組件表面為電熱噴涂鈦處理,以改善骨整合。Jennings等應用鈷鉻合金假體對43例患者行近端指間關節表面置換術,隨訪發現關節疼痛緩解良好,但近端指間關節活動度無改善。Daecke等對43例患者62個近端指間關節采用肽聚乙烯和碳材質非限制型假體行關節表面置換術,術后隨訪3年,近端指間關節活動度有2°丟失。為改善表面置換術后關節活動度,Stoecklein等采用掌側入路以?;ど旒‰?,術后允許患者早期活動,關節總活動度增加了27°。應用肽聚乙烯和碳材質非限制型假體行關節表面置換術,術中可根據骨質情況使用或不使用骨水泥,使用骨水泥可明顯降低術后假體松動及下沉比率,但會增加翻修難度。


另一種熱解碳表面關節假體也可用于掌指關節及近端指間關節表面置換。Reissner等對熱解碳關節假體行近端指間關節置換患者進行10年隨訪,患者關節活動度從術前36°下降至29°。但Simpson-Whiten等發現掌指關節表面置換術后,在平均58.6個月隨訪中,關節運動范圍有10°改善。而Nunley等發現行熱解碳表面關節假體行表面置換術后,疼痛無明顯緩解。由于應用熱解碳關節假體行表面置換術后,關節運動改變小,骨整合不全,并發癥發生率高,臨床未大規模使用。非限制型關節假體因增加了關節屈伸及尺、橈偏活動度,所以對韌帶、關節囊、肌腱要求比較高,如患者存在關節囊及韌帶損傷、活動屈伸動力不平衡,置換后極易發生關節脫位。


關節材料的發展


目前用于制備掌指及指間關節假體的材料有鈷鉻鉬合金、鈦合金、硅膠、PE、UHMW-PE、碳/碳復合材料等。雖然大量金屬及合金材料用于制備關節假體,但臨床應用后隨時間推移,普遍存在假體周圍松動、下沉或者折斷等現象,究其原因是金屬材料的彈性模量與人體骨差距較大,導致假體植入后,假體周圍發生應力遮擋,骨嚴重弱化、吸收。鈷鉻鉬合金強度比金屬高,而彈性模量較低,具有更好的耐腐蝕性和耐磨性。臨床研究發現,鈷合金假體置換后患者血液、尿液、周圍組織中鈷離子濃度升高,可能會引起過敏反應、增加某些疾病發生率,所以臨床應慎用。與鈷合金相比,鈦合金具有許多生物學優點,例如密度小、機械高強度、低彈性模量、生物相容性好、耐蝕性能優良,但有部分患者存在過敏現象,而且鈦合金彈性模量仍高于人體骨,容易產生應力遮擋,存在遠期置換失敗風險。硅膠是目前臨床上應用最早和最多的指關節假體材料,其彈性模量低于骨組織,可以進一步?;す嗆腿磣櫓?,但也存在較多缺點:①易疲勞、折斷,機械性壽命短,Swanson硅膠假體5年內折斷率高達82%;②生物相容性差,磨損顆??梢鴟從π曰ぱ?,局部骨質囊性變和遠端淋巴腺炎等,并且很難治愈。


隨著材料科學的不斷進步,出現了高溫碳材料制備的假體,該材料為高強度石墨芯,其表面覆蓋0.42mm厚熱解碳層。熱解碳層是通過加熱碳氫化合物氣體形成,其與皮質骨彈性模量相似,且強度大、耐磨,是一種較好的植入物材料,熱解碳基復合材料較適合制備關節假體。碳/碳復合材料具有表面易于磨損脫屑、斷裂等缺點。UHMW-PE具有耐磨、耐沖擊、耐低溫,不易黏附、不易吸水、密度較小等良好生物相容性,但是其磨損碎屑可以通過細胞因子誘導骨溶解發生,是導致人工大關節假體松動的主要原因,可能用于掌指及指間關節假體也會產生碎屑性滑膜炎。


總結及展望


符合關節解剖形態是增加關節活動度及穩定性的關鍵因素之一,然而由于各掌指及指間關節大小、形狀各異,增加了假體設計難度。臨床應用的3類掌指關節及指間關節假體各有優缺點。其中,鉸鏈式限制型假體置換后關節穩定性能達到最大化,但由于其剛性結構特點,易出現應力遮擋,進而導致假體周圍骨量減少,需要骨水泥固定等;而且一旦出現假體周圍骨折,可能無法進行二期手術。Swanson硅膠假體雖然是目前臨床公認標準置換假體,但存在磨屑及疲勞斷裂等問題尚未解決。非限制型關節假體雖然與正常手指關節解剖結構相符,但對周圍關節囊、動力系統平衡等要求較高,同時假體松動及下沉率高,臨床未大規模推廣。


目前,掌指關節置換術未能像髖、膝關節置換術一樣獲得廣泛應用,主要原因是長期療效不確切、關節假體費用昂貴,但在減輕病痛、矯正畸形和改善手部功能方面,仍是一種較好治療手段。下一步研發重點為關節置換術后能夠恢復關節屈伸、側偏和旋轉功能,并最大程度接近正常關節活動范圍,力求關節的穩定與活動度之間的平衡;選擇彈性模量與自然骨相近的材料,假體柄形狀設計更符合髓腔解剖形狀,提高假體骨長入能力,從而減少應力遮擋,降低假體松動及下沉率。

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