英国学者董汉山博士谈人造关节材料及其表面工

第4期英国学者董汉山博：七谈人造关节材料及其表面I：程的新进展49·专家访谈·英国学者董汉山博士谈人造关节材料及其表面工程的新进展“中国表面工程》期刊编委、英国学者董汉山博士于2008年4月313访华，并应邀做学术报告，董汉山博士所在的英国伯明翰大学表面工程研究室在金属基人造关节材料方面取得了新的突破。为了向读者介绍人造关节材料及其表面工程的新进展，本刊记者对董汉山博士进行了专访。记者：请您谈谈发展人造关节新材料的重要性及迫切性董汉山：随着社会的发展，人类的平均寿命已由200年前的37岁提高到了今天的75岁左右。未来人类的预期寿命还将进一步提高。人的期望寿命的提高，会带来人口老龄化问题。我们知道随着年龄的增长，骨骼的弹性和韧性减弱，软骨变薄，故与软骨连接还原修复和重建的能力越来越差，最后病变成骨关节炎。骨关节炎患者可发生关节疼痛，活动受限和关节畸形。同时，随着年龄的增大，骨密度快速降低，易造成股骨骨折。从而关节疾病及断裂已成为影响老年人健康的主要因素之一。近年来健康老龄化的观念正日益受到国际社会的关注，而身躯的健康是关注的首要点。使用人工关节来取代人体损伤或病变的关节是解除病人痛苦的有效方法。因此如何发展新材料成为骨关节炎病人能否长期、有效解除骨关节痛苦的关键。记者：请介绍一下对人造关节材料的性能要求董汉山：相对一般工程材料而言，人造关节材料有其特殊的性能要求。首先作为人体应用材料，其生物相容性要好，即材料在人体中不引起不良生物反应，如炎症，排异及早期失效。其次，材料须具有足够高的机械性能，如人造髋关节材料的屈服强度必须大于500MPa，塑性要求超过8％，且具有较好的抗疲劳强度。用于不同位置的关节还要考虑材料与骨体具有匹配的杨氏模量，因为杨氏模量的过大差异会导致应力遮挡及骨吸收甚至骨瘘缩。同时由于体液中含1％的NaCl，材料还需具有极高的耐蚀性，以防止金属腐蚀而引起体内金属离子超标。最后人造关节实际上是一对摩擦副，材料表面的耐磨性要求也很高。因为若磨屑变为金属离子，则引起金属离子在体内超标，从而可flg弓l起不良后果；而高分子材料的磨损磨屑则损坏周围固定人造关节的骨头。记者：请您对几种生物材料的特点做一分析董汉山：目前用于人体的生物材料主要有四大类。第一类，金属材料，包括30年代起应用的奥氏体不锈钢，40年代起应用的钴一铬合金，70年代起应用的钛合金及90年代开始应用的镍一钛形状记忆合金；第二类，高分子材料，如超高分子量聚乙烯，于70年代开始应用；第三类是陶瓷材料，如氧化铝；第四类是复合材料如钛／氢氧磷灰石复合材料。金属生物材料一般来说机械性能优异，耐磨性高，但杨氏模量过高，易引起应力遮挡，同时耐蚀性较差，摩擦因数较高。高分子材料具有优异的生物相容性及耐蚀性能，但是强度较低，耐磨性较差。13前最常用的人造关节是由金属与高分子材料组合而成，这样的关节设计具备低摩擦因数，较高耐磨性能，期望寿命在10～15年之间。影响人造关节寿命的主要问题是人造关节承载表面的磨损，高分子材料的磨损细末使周围的骨头瘘缩导致关节松动脱落。影响人类关节使用寿命的另一个因素是人造关节与骨截面的固定。传统的固定方法是用骨水泥将人造关节与人体骨头结合起来。该方法使人工关节置换的临床效果大为提高，骨水泥固定型假体，至今仍在广泛应用。但骨水泥碎屑会引起摩擦表面的磨损，会产生较高的假体周围骨溶解和无菌性松动。80年代起，新的非骨水泥固定法开始出现，即利用假体表面的微孔层使骨组织长入，或通过假体外形上的改进使之紧密嵌入髓腔，达到非骨水泥固定的目的。但应用程度不够广泛。13前

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