引用本文： 蔡興博, 丁晶, 徐永清. 人工腕關節假體研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2018, 32(4): 501-504. doi: 10.7507/1002-1892.201712031 復制
自德國 Gluck 醫生采用象牙制作第 1 代腕關節假體，并用于治療 1 例結核患者以來[1]，人工腕關節假體的設計、材料以及相關術式均得到不斷發展、改進。目前，人工腕關節置換術已用于治療腕關節創傷性、類風濕性、化膿性關節炎。相對于傳統腕關節融合術、部分腕骨切除術等術式，置換術可以在緩解腕關節疼痛的同時最大限度保留腕關節活動度。但由于腕關節生物力學的特殊性與復雜性，人工腕關節假體臨床應用不如人工髖、膝、肩關節假體廣泛。同時，人工腕關節置換術后也存在假體松動、下沉、脫位以及假體周圍骨折等并發癥。現對人工腕關節假體研究進展作一綜述，以期為臨床提供參考。
1 人工腕關節假體的發展
1.1 第 1 代假體
第 1 代假體為 Swanson 假體，是由硅膠構成的鉸鏈式假體；假體中部是圓柱形硅膠，遠、近端柄狀物分別嵌插固定于掌骨與橈骨髓腔內[2-3]。由于硅膠硬度小、彈性大，通過材料的形變即可完成腕關節輕微掌曲、背伸等簡單動作。Swanson 假體主要用于治療各種類型腕關節炎，置換術后可一定程度減輕關節疼痛、改善活動度、增加握力。但硅膠容易老化、破損，假體設計不符合腕關節生物力學機制，術后容易出現硅膠性滑膜炎、假體斷裂等情況[2, 4]。
1.2 第 2 代假體
第 2 代假體包括 Volz 假體和 Meuli 假體，為非鉸鏈式假體[5-6]。假體遠、近端柄狀物均以髓內插銷固定方式嵌插于掌骨與橈骨髓腔中，近端假體與橈骨形成關節窩，遠端假體類似于圓柱，其長軸垂直于關節面，圓柱的弧面與近端關節窩形成關節，可進行屈伸與輕微尺橈偏活動。但由于關節面較小，腕關節屈伸過程中會出現因肌力不平衡導致的關節輕微搖擺，即發生不受控制的尺橈偏或掌曲背伸。與第 1 代假體相比，第 2 代假體形成了類似人體關節的結構，但生物力學上仍存在缺陷。臨床研究表明，采用第 2 代假體行人工腕關節置換術后容易出現關節脫位、假體變形等情況。為解決上述問題，有學者在 Meuli 假體基礎上對假體設計進行了完善，制備 MWP Ⅲ型假體[7-8]。
1.3 第 3 代假體
第 3 代假體主要包括 Trispherical 假體、Biaxial 假體以及 MWP Ⅲ型假體，這些假體在設計上更符合人體腕關節生物力學特性[9-10]。第 3 代假體恢復了橈腕關節的尺偏角與掌傾角，假體安放位置上采取偏置（關節面橈偏），更接近正常解剖結構，使術后腕關節各個方向活動更接近正常活動中心，獲得更好的活動穩定性。但第 3 代假體固定方式較之前假體無明顯改進，仍然存在假體遠期松動、下沉等問題[11-14]。 Kraay 等[15]隨訪了 67 例使用 Trispherical 假體行人工腕關節置換術的患者，術后 5 年假體生存率為 97%，10 年假體生存率為 93%。 Krukhaug 等[16]對 90 例使用 Biaxial 假體行人工腕關節置換術患者進行隨訪，術后 5 年假體生存率為 85%，術后 9 年假體翻修率為 20%。
1.4 第 4 代假體
第 4 代假體主要包括 Universal 系列假體（Ⅰ、Ⅱ型）、RE-MOTION 假體和 Maestro 假體。與第 3 代假體相比，其在材料和固定方式上均有所改進。假體近、遠端主要采用鈷鉻鉬合金、鈦合金，關節面為半圓形超高分子聚乙烯，彈性系數和摩擦系數更接近人正常關節面軟骨[17-20]。第 4 代假體固定方式為遠端假體柄插入第 3 掌骨髓腔內，兩側使用螺釘固定部分腕骨與掌骨，以加強部分腕骨與掌骨的融合，提供更好的遠期穩定性；近端仍采用髓內固定，但在安裝假體過程中，需要去除橈骨遠端部分皮質骨，以恢復正常腕關節高度。同時，第 4 代假體部分表面增加了多孔涂層，避免了以往假體以骨水泥固定的唯一方式，更加利于進行骨長入，從而增加遠期穩定性[21-22]。
Universal Ⅱ型假體目前已得到廣泛應用，與Universal Ⅰ型假體相比，Universal Ⅱ型假體遠端固定減少了 1 枚擰入頭狀骨和第 3 掌骨的螺釘，取而代之的是插入式固定柄；橈骨組件也有所增寬，以提供更強的軸向穩定性[23-25]。但有研究表明，Universal Ⅱ型假體在背側和尺側的載荷比高于掌側和橈側，即整個負荷僅通過橈骨而未通過尺骨[25]。Pfanner 等[26]對 22 例采用 Universal Ⅱ型假體行人工腕關節置換術的患者進行隨訪，隨訪時間 2～12 年，平均 82.3 個月。結果顯示，術后患者疼痛均緩解，平均疼痛視覺模擬評分（VAS）為 0.82 分，平均握力提高 11 kg，平均屈伸活動度為 72.3°，平均尺橈偏活動度為 24.9°；術后 6 例（26%）患者行關節翻修術，其中 2 例為腕骨組件翻修，4 例為手術完全失敗并放置 Swanson 曠置器。Badge 等[27]對 95 例行采用 Universal Ⅱ型假體行人工腕關節置換術的患者進行了平均 8 年隨訪，結果顯示患者腕關節疼痛評分由術前平均 8.1 分降至 5.4 分，術后平均活動度為掌屈 21°、背伸 29°；平均握力由 4.8 kg 升至 10 kg；手臂、肩膀和手的殘疾快速評分（Quick DASH）由術前平均 61 分降至 46 分，Wrightington 評分由術前平均 7.9 分降至 5.7 分；6 例（7%）出現術后并發癥，其中 3 例行腕關節翻修術，3 例行外固定支架固定術。
RE-MOTION 假體整體形態與 Universal Ⅱ型假體類似，由腕、橈骨組件與腕骨球組成；與 UniversalⅡ型假體主要區別為：聚乙烯球通過壓配方式固定于腕骨組件，從而與橈骨組件形成關節，此固定方式更靈活。Herzberg[11]對 20 例采用 RE-MOTION 假體行人工腕關節置換術的患者進行隨訪，術后 1 例出現腕骨組件松動，1 例出現橈骨組件松動，但均未再次手術。 Bidwai 等[19]對 10 例采用 RE-MOTION 假體行人工腕關節置換術的患者進行了 1～5 年的隨訪，所有患者均未出現翻修或融合情況，關節活動度明顯改善，疼痛明顯緩解，僅 2 例出現切口感染。
Maestro 假體是目前最新的人工腕關節假體，其腕骨柄與橈骨柄由鈦合金制成，關節主體部分由鈷鉻合金制成，關節球仍是由超高分子聚乙烯組成，遠、近端柄部通過骨水泥固定于掌骨與橈骨髓腔中，進一步發揮了各材料互相結合的優點[20]。Yeoh 等[14]對 2010 年—2015 年人工腕關節置換術相關文獻進行綜述，統計了 405 例使用 7 種不同假體行人工腕關節置換術患者，結果提示 Maestro 假體置換后患者腕關節功能恢復最佳，能恢復正常活動度。Schmidt[28]對 2 例橈骨遠端粉碎型骨折患者行 Maestro 假體人工腕關節置換術，術后 1 年假體無松動、斷裂等，采用 DASH 評分、VAS 評分及握力評價均獲得良好療效。Sagerfors 等[29]對 219 例行人工腕關節置換術患者進行長期隨訪，術后 8 年 Maestro 假體生存率為 95%，RE-MOTION 假體為 94%，Biaxial 假體為 81%；Maestro 假體影像學松動率為 2%，RE-MOTION 假體為 18%，Biaxial 假體為 26%；患者關節疼痛均緩解，且活動度得到改善。
2 人工腕關節假體材料的發展
理想的人工腕關節材料需要具備以下特性：良好生物整合性、不釋放有害物質、強度足夠、彈性模量與骨接近、不易疲勞等。隨著生物材料技術與關節技術的發展，現在用于制備人工腕關節的材料主要包括鈷鉻鉬合金、鈦合金、超高分子聚乙烯。
鈷鉻鉬合金屬于鈷基合金，以鈷、鉻、鉬為主要元素，同時含有少量鎳與碳元素，該材料最先用于口腔科，因具有良好的抗壓縮與抗牽拉能力，目前已廣泛應用于制造關節假體，特別是以承重為主的髖、膝關節。雖然材料表面可形成氧化層，但長期植入人體后尚不能避免釋放鈷、鉻、鉬、鎳這類有毒元素，具體釋放量、釋放速度及相關并發癥仍有待進一步研究[30]。
相對于鈷鉻鉬合金，鈦合金在關節的應用中更普遍，其具有密度低（較普通不銹鋼、鈷鉻鉬合金低 40%～50%）、化學性質更穩定、生物整合性更強、彈性模量更接近骨（但仍然是皮質骨的 5 倍）等特點。作為一種性能卓越的材料，其在航空航天方面也得到廣泛應用[31-32]。但鈦合金的耐磨性較鈷鉻鉬合金稍差，經表面改性后（如表面氮化）在一定程度上可增加耐磨性。在關節假體制備中，主要用作髖關節假體柄部。
超高分子聚乙烯材料作為腕關節假體的關節面，其作用相當于關節軟骨，主要出現在第 4 代腕關節假體中。這種材料具有摩擦系數小、密度小、彈性好等特點，目前廣泛應用于人工髖關節臼杯內襯與膝關節襯墊。但由于超高分子聚乙烯材料彈性模量與金屬差異較大，在與金屬互相接觸摩擦時形變較大，容易產生碎屑，高分子碎屑在組織周圍會產生炎性反應，激活巨噬細胞從而引起骨吸收、骨溶解，進而導致關節松動。在非承重關節（如腕關節、肩關節）中，高分子聚乙烯的磨損可能會更小[33-34]。
多孔鉭金屬也是近年來用于關節領域的新興材料之一，但目前尚未用于腕關節假體。該材料是由鉭金屬的化學沉積物制成的玻璃支架，孔隙率可達 75%～80%，因此具有良好的成骨作用；此外，多孔鉭金屬彈性模量與正常人體骨質相似，不易形成應力集中，從而更有利于成骨[35-36]。近年來多孔鉭金屬已開始用于人工髖關節的臼杯、膝關節脛骨假體、人工髕骨與人工踝關節的制造。鑒于其良好成骨特性，有望用于人工腕關節的制造[37]。
3 總結
人工腕關節假體經過 40 余年的發展，雖然在緩解疼痛與改善功能方面獲得了滿意效果，但仍然存在假體松動、下沉、斷裂、脫位等問題，而且目前第 3、4 代腕關節假體缺少中遠期隨訪結果，因此尚需要進一步研究探索。
自德國 Gluck 醫生采用象牙制作第 1 代腕關節假體，并用于治療 1 例結核患者以來[1]，人工腕關節假體的設計、材料以及相關術式均得到不斷發展、改進。目前，人工腕關節置換術已用于治療腕關節創傷性、類風濕性、化膿性關節炎。相對于傳統腕關節融合術、部分腕骨切除術等術式，置換術可以在緩解腕關節疼痛的同時最大限度保留腕關節活動度。但由于腕關節生物力學的特殊性與復雜性，人工腕關節假體臨床應用不如人工髖、膝、肩關節假體廣泛。同時，人工腕關節置換術后也存在假體松動、下沉、脫位以及假體周圍骨折等并發癥。現對人工腕關節假體研究進展作一綜述，以期為臨床提供參考。
1 人工腕關節假體的發展
1.1 第 1 代假體
第 1 代假體為 Swanson 假體，是由硅膠構成的鉸鏈式假體；假體中部是圓柱形硅膠，遠、近端柄狀物分別嵌插固定于掌骨與橈骨髓腔內[2-3]。由于硅膠硬度小、彈性大，通過材料的形變即可完成腕關節輕微掌曲、背伸等簡單動作。Swanson 假體主要用于治療各種類型腕關節炎，置換術后可一定程度減輕關節疼痛、改善活動度、增加握力。但硅膠容易老化、破損，假體設計不符合腕關節生物力學機制，術后容易出現硅膠性滑膜炎、假體斷裂等情況[2, 4]。
1.2 第 2 代假體
第 2 代假體包括 Volz 假體和 Meuli 假體，為非鉸鏈式假體[5-6]。假體遠、近端柄狀物均以髓內插銷固定方式嵌插于掌骨與橈骨髓腔中，近端假體與橈骨形成關節窩，遠端假體類似于圓柱，其長軸垂直于關節面，圓柱的弧面與近端關節窩形成關節，可進行屈伸與輕微尺橈偏活動。但由于關節面較小，腕關節屈伸過程中會出現因肌力不平衡導致的關節輕微搖擺，即發生不受控制的尺橈偏或掌曲背伸。與第 1 代假體相比，第 2 代假體形成了類似人體關節的結構，但生物力學上仍存在缺陷。臨床研究表明，采用第 2 代假體行人工腕關節置換術后容易出現關節脫位、假體變形等情況。為解決上述問題，有學者在 Meuli 假體基礎上對假體設計進行了完善，制備 MWP Ⅲ型假體[7-8]。
1.3 第 3 代假體
第 3 代假體主要包括 Trispherical 假體、Biaxial 假體以及 MWP Ⅲ型假體，這些假體在設計上更符合人體腕關節生物力學特性[9-10]。第 3 代假體恢復了橈腕關節的尺偏角與掌傾角，假體安放位置上采取偏置（關節面橈偏），更接近正常解剖結構，使術后腕關節各個方向活動更接近正常活動中心，獲得更好的活動穩定性。但第 3 代假體固定方式較之前假體無明顯改進，仍然存在假體遠期松動、下沉等問題[11-14]。 Kraay 等[15]隨訪了 67 例使用 Trispherical 假體行人工腕關節置換術的患者，術后 5 年假體生存率為 97%，10 年假體生存率為 93%。 Krukhaug 等[16]對 90 例使用 Biaxial 假體行人工腕關節置換術患者進行隨訪，術后 5 年假體生存率為 85%，術后 9 年假體翻修率為 20%。
1.4 第 4 代假體
第 4 代假體主要包括 Universal 系列假體（Ⅰ、Ⅱ型）、RE-MOTION 假體和 Maestro 假體。與第 3 代假體相比，其在材料和固定方式上均有所改進。假體近、遠端主要采用鈷鉻鉬合金、鈦合金，關節面為半圓形超高分子聚乙烯，彈性系數和摩擦系數更接近人正常關節面軟骨[17-20]。第 4 代假體固定方式為遠端假體柄插入第 3 掌骨髓腔內，兩側使用螺釘固定部分腕骨與掌骨，以加強部分腕骨與掌骨的融合，提供更好的遠期穩定性；近端仍采用髓內固定，但在安裝假體過程中，需要去除橈骨遠端部分皮質骨，以恢復正常腕關節高度。同時，第 4 代假體部分表面增加了多孔涂層，避免了以往假體以骨水泥固定的唯一方式，更加利于進行骨長入，從而增加遠期穩定性[21-22]。
Universal Ⅱ型假體目前已得到廣泛應用，與Universal Ⅰ型假體相比，Universal Ⅱ型假體遠端固定減少了 1 枚擰入頭狀骨和第 3 掌骨的螺釘，取而代之的是插入式固定柄；橈骨組件也有所增寬，以提供更強的軸向穩定性[23-25]。但有研究表明，Universal Ⅱ型假體在背側和尺側的載荷比高于掌側和橈側，即整個負荷僅通過橈骨而未通過尺骨[25]。Pfanner 等[26]對 22 例采用 Universal Ⅱ型假體行人工腕關節置換術的患者進行隨訪，隨訪時間 2～12 年，平均 82.3 個月。結果顯示，術后患者疼痛均緩解，平均疼痛視覺模擬評分（VAS）為 0.82 分，平均握力提高 11 kg，平均屈伸活動度為 72.3°，平均尺橈偏活動度為 24.9°；術后 6 例（26%）患者行關節翻修術，其中 2 例為腕骨組件翻修，4 例為手術完全失敗并放置 Swanson 曠置器。Badge 等[27]對 95 例行采用 Universal Ⅱ型假體行人工腕關節置換術的患者進行了平均 8 年隨訪，結果顯示患者腕關節疼痛評分由術前平均 8.1 分降至 5.4 分，術后平均活動度為掌屈 21°、背伸 29°；平均握力由 4.8 kg 升至 10 kg；手臂、肩膀和手的殘疾快速評分（Quick DASH）由術前平均 61 分降至 46 分，Wrightington 評分由術前平均 7.9 分降至 5.7 分；6 例（7%）出現術后并發癥，其中 3 例行腕關節翻修術，3 例行外固定支架固定術。
RE-MOTION 假體整體形態與 Universal Ⅱ型假體類似，由腕、橈骨組件與腕骨球組成；與 UniversalⅡ型假體主要區別為：聚乙烯球通過壓配方式固定于腕骨組件，從而與橈骨組件形成關節，此固定方式更靈活。Herzberg[11]對 20 例采用 RE-MOTION 假體行人工腕關節置換術的患者進行隨訪，術后 1 例出現腕骨組件松動，1 例出現橈骨組件松動，但均未再次手術。 Bidwai 等[19]對 10 例采用 RE-MOTION 假體行人工腕關節置換術的患者進行了 1～5 年的隨訪，所有患者均未出現翻修或融合情況，關節活動度明顯改善，疼痛明顯緩解，僅 2 例出現切口感染。
Maestro 假體是目前最新的人工腕關節假體，其腕骨柄與橈骨柄由鈦合金制成，關節主體部分由鈷鉻合金制成，關節球仍是由超高分子聚乙烯組成，遠、近端柄部通過骨水泥固定于掌骨與橈骨髓腔中，進一步發揮了各材料互相結合的優點[20]。Yeoh 等[14]對 2010 年—2015 年人工腕關節置換術相關文獻進行綜述，統計了 405 例使用 7 種不同假體行人工腕關節置換術患者，結果提示 Maestro 假體置換后患者腕關節功能恢復最佳，能恢復正常活動度。Schmidt[28]對 2 例橈骨遠端粉碎型骨折患者行 Maestro 假體人工腕關節置換術，術后 1 年假體無松動、斷裂等，采用 DASH 評分、VAS 評分及握力評價均獲得良好療效。Sagerfors 等[29]對 219 例行人工腕關節置換術患者進行長期隨訪，術后 8 年 Maestro 假體生存率為 95%，RE-MOTION 假體為 94%，Biaxial 假體為 81%；Maestro 假體影像學松動率為 2%，RE-MOTION 假體為 18%，Biaxial 假體為 26%；患者關節疼痛均緩解，且活動度得到改善。
2 人工腕關節假體材料的發展
理想的人工腕關節材料需要具備以下特性：良好生物整合性、不釋放有害物質、強度足夠、彈性模量與骨接近、不易疲勞等。隨著生物材料技術與關節技術的發展，現在用于制備人工腕關節的材料主要包括鈷鉻鉬合金、鈦合金、超高分子聚乙烯。
鈷鉻鉬合金屬于鈷基合金，以鈷、鉻、鉬為主要元素，同時含有少量鎳與碳元素，該材料最先用于口腔科，因具有良好的抗壓縮與抗牽拉能力，目前已廣泛應用于制造關節假體，特別是以承重為主的髖、膝關節。雖然材料表面可形成氧化層，但長期植入人體后尚不能避免釋放鈷、鉻、鉬、鎳這類有毒元素，具體釋放量、釋放速度及相關并發癥仍有待進一步研究[30]。
相對于鈷鉻鉬合金，鈦合金在關節的應用中更普遍，其具有密度低（較普通不銹鋼、鈷鉻鉬合金低 40%～50%）、化學性質更穩定、生物整合性更強、彈性模量更接近骨（但仍然是皮質骨的 5 倍）等特點。作為一種性能卓越的材料，其在航空航天方面也得到廣泛應用[31-32]。但鈦合金的耐磨性較鈷鉻鉬合金稍差，經表面改性后（如表面氮化）在一定程度上可增加耐磨性。在關節假體制備中，主要用作髖關節假體柄部。
超高分子聚乙烯材料作為腕關節假體的關節面，其作用相當于關節軟骨，主要出現在第 4 代腕關節假體中。這種材料具有摩擦系數小、密度小、彈性好等特點，目前廣泛應用于人工髖關節臼杯內襯與膝關節襯墊。但由于超高分子聚乙烯材料彈性模量與金屬差異較大，在與金屬互相接觸摩擦時形變較大，容易產生碎屑，高分子碎屑在組織周圍會產生炎性反應，激活巨噬細胞從而引起骨吸收、骨溶解，進而導致關節松動。在非承重關節（如腕關節、肩關節）中，高分子聚乙烯的磨損可能會更小[33-34]。
多孔鉭金屬也是近年來用于關節領域的新興材料之一，但目前尚未用于腕關節假體。該材料是由鉭金屬的化學沉積物制成的玻璃支架，孔隙率可達 75%～80%，因此具有良好的成骨作用；此外，多孔鉭金屬彈性模量與正常人體骨質相似，不易形成應力集中，從而更有利于成骨[35-36]。近年來多孔鉭金屬已開始用于人工髖關節的臼杯、膝關節脛骨假體、人工髕骨與人工踝關節的制造。鑒于其良好成骨特性，有望用于人工腕關節的制造[37]。
3 總結
人工腕關節假體經過 40 余年的發展，雖然在緩解疼痛與改善功能方面獲得了滿意效果，但仍然存在假體松動、下沉、斷裂、脫位等問題，而且目前第 3、4 代腕關節假體缺少中遠期隨訪結果，因此尚需要進一步研究探索。