引用本文： 蔡兴博, 丁晶, 徐永清. 人工腕关节假体研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2018, 32(4): 501-504. doi: 10.7507/1002-1892.201712031 复制
自德国 Gluck 医生采用象牙制作第 1 代腕关节假体，并用于治疗 1 例结核患者以来[1]，人工腕关节假体的设计、材料以及相关术式均得到不断发展、改进。目前，人工腕关节置换术已用于治疗腕关节创伤性、类风湿性、化脓性关节炎。相对于传统腕关节融合术、部分腕骨切除术等术式，置换术可以在缓解腕关节疼痛的同时最大限度保留腕关节活动度。但由于腕关节生物力学的特殊性与复杂性，人工腕关节假体临床应用不如人工髋、膝、肩关节假体广泛。同时，人工腕关节置换术后也存在假体松动、下沉、脱位以及假体周围骨折等并发症。现对人工腕关节假体研究进展作一综述，以期为临床提供参考。
1 人工腕关节假体的发展
1.1 第 1 代假体
第 1 代假体为 Swanson 假体，是由硅胶构成的铰链式假体；假体中部是圆柱形硅胶，远、近端柄状物分别嵌插固定于掌骨与桡骨髓腔内[2-3]。由于硅胶硬度小、弹性大，通过材料的形变即可完成腕关节轻微掌曲、背伸等简单动作。Swanson 假体主要用于治疗各种类型腕关节炎，置换术后可一定程度减轻关节疼痛、改善活动度、增加握力。但硅胶容易老化、破损，假体设计不符合腕关节生物力学机制，术后容易出现硅胶性滑膜炎、假体断裂等情况[2, 4]。
1.2 第 2 代假体
第 2 代假体包括 Volz 假体和 Meuli 假体，为非铰链式假体[5-6]。假体远、近端柄状物均以髓内插销固定方式嵌插于掌骨与桡骨髓腔中，近端假体与桡骨形成关节窝，远端假体类似于圆柱，其长轴垂直于关节面，圆柱的弧面与近端关节窝形成关节，可进行屈伸与轻微尺桡偏活动。但由于关节面较小，腕关节屈伸过程中会出现因肌力不平衡导致的关节轻微摇摆，即发生不受控制的尺桡偏或掌曲背伸。与第 1 代假体相比，第 2 代假体形成了类似人体关节的结构，但生物力学上仍存在缺陷。临床研究表明，采用第 2 代假体行人工腕关节置换术后容易出现关节脱位、假体变形等情况。为解决上述问题，有学者在 Meuli 假体基础上对假体设计进行了完善，制备 MWP Ⅲ型假体[7-8]。
1.3 第 3 代假体
第 3 代假体主要包括 Trispherical 假体、Biaxial 假体以及 MWP Ⅲ型假体，这些假体在设计上更符合人体腕关节生物力学特性[9-10]。第 3 代假体恢复了桡腕关节的尺偏角与掌倾角，假体安放位置上采取偏置（关节面桡偏），更接近正常解剖结构，使术后腕关节各个方向活动更接近正常活动中心，获得更好的活动稳定性。但第 3 代假体固定方式较之前假体无明显改进，仍然存在假体远期松动、下沉等问题[11-14]。 Kraay 等[15]随访了 67 例使用 Trispherical 假体行人工腕关节置换术的患者，术后 5 年假体生存率为 97%，10 年假体生存率为 93%。 Krukhaug 等[16]对 90 例使用 Biaxial 假体行人工腕关节置换术患者进行随访，术后 5 年假体生存率为 85%，术后 9 年假体翻修率为 20%。
1.4 第 4 代假体
第 4 代假体主要包括 Universal 系列假体（Ⅰ、Ⅱ型）、RE-MOTION 假体和 Maestro 假体。与第 3 代假体相比，其在材料和固定方式上均有所改进。假体近、远端主要采用钴铬钼合金、钛合金，关节面为半圆形超高分子聚乙烯，弹性系数和摩擦系数更接近人正常关节面软骨[17-20]。第 4 代假体固定方式为远端假体柄插入第 3 掌骨髓腔内，两侧使用螺钉固定部分腕骨与掌骨，以加强部分腕骨与掌骨的融合，提供更好的远期稳定性；近端仍采用髓内固定，但在安装假体过程中，需要去除桡骨远端部分皮质骨，以恢复正常腕关节高度。同时，第 4 代假体部分表面增加了多孔涂层，避免了以往假体以骨水泥固定的唯一方式，更加利于进行骨长入，从而增加远期稳定性[21-22]。
Universal Ⅱ型假体目前已得到广泛应用，与Universal Ⅰ型假体相比，Universal Ⅱ型假体远端固定减少了 1 枚拧入头状骨和第 3 掌骨的螺钉，取而代之的是插入式固定柄；桡骨组件也有所增宽，以提供更强的轴向稳定性[23-25]。但有研究表明，Universal Ⅱ型假体在背侧和尺侧的载荷比高于掌侧和桡侧，即整个负荷仅通过桡骨而未通过尺骨[25]。Pfanner 等[26]对 22 例采用 Universal Ⅱ型假体行人工腕关节置换术的患者进行随访，随访时间 2～12 年，平均 82.3 个月。结果显示，术后患者疼痛均缓解，平均疼痛视觉模拟评分（VAS）为 0.82 分，平均握力提高 11 kg，平均屈伸活动度为 72.3°，平均尺桡偏活动度为 24.9°；术后 6 例（26%）患者行关节翻修术，其中 2 例为腕骨组件翻修，4 例为手术完全失败并放置 Swanson 旷置器。Badge 等[27]对 95 例行采用 Universal Ⅱ型假体行人工腕关节置换术的患者进行了平均 8 年随访，结果显示患者腕关节疼痛评分由术前平均 8.1 分降至 5.4 分，术后平均活动度为掌屈 21°、背伸 29°；平均握力由 4.8 kg 升至 10 kg；手臂、肩膀和手的残疾快速评分（Quick DASH）由术前平均 61 分降至 46 分，Wrightington 评分由术前平均 7.9 分降至 5.7 分；6 例（7%）出现术后并发症，其中 3 例行腕关节翻修术，3 例行外固定支架固定术。
RE-MOTION 假体整体形态与 Universal Ⅱ型假体类似，由腕、桡骨组件与腕骨球组成；与 UniversalⅡ型假体主要区别为：聚乙烯球通过压配方式固定于腕骨组件，从而与桡骨组件形成关节，此固定方式更灵活。Herzberg[11]对 20 例采用 RE-MOTION 假体行人工腕关节置换术的患者进行随访，术后 1 例出现腕骨组件松动，1 例出现桡骨组件松动，但均未再次手术。 Bidwai 等[19]对 10 例采用 RE-MOTION 假体行人工腕关节置换术的患者进行了 1～5 年的随访，所有患者均未出现翻修或融合情况，关节活动度明显改善，疼痛明显缓解，仅 2 例出现切口感染。
Maestro 假体是目前最新的人工腕关节假体，其腕骨柄与桡骨柄由钛合金制成，关节主体部分由钴铬合金制成，关节球仍是由超高分子聚乙烯组成，远、近端柄部通过骨水泥固定于掌骨与桡骨髓腔中，进一步发挥了各材料互相结合的优点[20]。Yeoh 等[14]对 2010 年—2015 年人工腕关节置换术相关文献进行综述，统计了 405 例使用 7 种不同假体行人工腕关节置换术患者，结果提示 Maestro 假体置换后患者腕关节功能恢复最佳，能恢复正常活动度。Schmidt[28]对 2 例桡骨远端粉碎型骨折患者行 Maestro 假体人工腕关节置换术，术后 1 年假体无松动、断裂等，采用 DASH 评分、VAS 评分及握力评价均获得良好疗效。Sagerfors 等[29]对 219 例行人工腕关节置换术患者进行长期随访，术后 8 年 Maestro 假体生存率为 95%，RE-MOTION 假体为 94%，Biaxial 假体为 81%；Maestro 假体影像学松动率为 2%，RE-MOTION 假体为 18%，Biaxial 假体为 26%；患者关节疼痛均缓解，且活动度得到改善。
2 人工腕关节假体材料的发展
理想的人工腕关节材料需要具备以下特性：良好生物整合性、不释放有害物质、强度足够、弹性模量与骨接近、不易疲劳等。随着生物材料技术与关节技术的发展，现在用于制备人工腕关节的材料主要包括钴铬钼合金、钛合金、超高分子聚乙烯。
钴铬钼合金属于钴基合金，以钴、铬、钼为主要元素，同时含有少量镍与碳元素，该材料最先用于口腔科，因具有良好的抗压缩与抗牵拉能力，目前已广泛应用于制造关节假体，特别是以承重为主的髋、膝关节。虽然材料表面可形成氧化层，但长期植入人体后尚不能避免释放钴、铬、钼、镍这类有毒元素，具体释放量、释放速度及相关并发症仍有待进一步研究[30]。
相对于钴铬钼合金，钛合金在关节的应用中更普遍，其具有密度低（较普通不锈钢、钴铬钼合金低 40%～50%）、化学性质更稳定、生物整合性更强、弹性模量更接近骨（但仍然是皮质骨的 5 倍）等特点。作为一种性能卓越的材料，其在航空航天方面也得到广泛应用[31-32]。但钛合金的耐磨性较钴铬钼合金稍差，经表面改性后（如表面氮化）在一定程度上可增加耐磨性。在关节假体制备中，主要用作髋关节假体柄部。
超高分子聚乙烯材料作为腕关节假体的关节面，其作用相当于关节软骨，主要出现在第 4 代腕关节假体中。这种材料具有摩擦系数小、密度小、弹性好等特点，目前广泛应用于人工髋关节臼杯内衬与膝关节衬垫。但由于超高分子聚乙烯材料弹性模量与金属差异较大，在与金属互相接触摩擦时形变较大，容易产生碎屑，高分子碎屑在组织周围会产生炎性反应，激活巨噬细胞从而引起骨吸收、骨溶解，进而导致关节松动。在非承重关节（如腕关节、肩关节）中，高分子聚乙烯的磨损可能会更小[33-34]。
多孔钽金属也是近年来用于关节领域的新兴材料之一，但目前尚未用于腕关节假体。该材料是由钽金属的化学沉积物制成的玻璃支架，孔隙率可达 75%～80%，因此具有良好的成骨作用；此外，多孔钽金属弹性模量与正常人体骨质相似，不易形成应力集中，从而更有利于成骨[35-36]。近年来多孔钽金属已开始用于人工髋关节的臼杯、膝关节胫骨假体、人工髌骨与人工踝关节的制造。鉴于其良好成骨特性，有望用于人工腕关节的制造[37]。
3 总结
人工腕关节假体经过 40 余年的发展，虽然在缓解疼痛与改善功能方面获得了满意效果，但仍然存在假体松动、下沉、断裂、脱位等问题，而且目前第 3、4 代腕关节假体缺少中远期随访结果，因此尚需要进一步研究探索。
自德国 Gluck 医生采用象牙制作第 1 代腕关节假体，并用于治疗 1 例结核患者以来[1]，人工腕关节假体的设计、材料以及相关术式均得到不断发展、改进。目前，人工腕关节置换术已用于治疗腕关节创伤性、类风湿性、化脓性关节炎。相对于传统腕关节融合术、部分腕骨切除术等术式，置换术可以在缓解腕关节疼痛的同时最大限度保留腕关节活动度。但由于腕关节生物力学的特殊性与复杂性，人工腕关节假体临床应用不如人工髋、膝、肩关节假体广泛。同时，人工腕关节置换术后也存在假体松动、下沉、脱位以及假体周围骨折等并发症。现对人工腕关节假体研究进展作一综述，以期为临床提供参考。
1 人工腕关节假体的发展
1.1 第 1 代假体
第 1 代假体为 Swanson 假体，是由硅胶构成的铰链式假体；假体中部是圆柱形硅胶，远、近端柄状物分别嵌插固定于掌骨与桡骨髓腔内[2-3]。由于硅胶硬度小、弹性大，通过材料的形变即可完成腕关节轻微掌曲、背伸等简单动作。Swanson 假体主要用于治疗各种类型腕关节炎，置换术后可一定程度减轻关节疼痛、改善活动度、增加握力。但硅胶容易老化、破损，假体设计不符合腕关节生物力学机制，术后容易出现硅胶性滑膜炎、假体断裂等情况[2, 4]。
1.2 第 2 代假体
第 2 代假体包括 Volz 假体和 Meuli 假体，为非铰链式假体[5-6]。假体远、近端柄状物均以髓内插销固定方式嵌插于掌骨与桡骨髓腔中，近端假体与桡骨形成关节窝，远端假体类似于圆柱，其长轴垂直于关节面，圆柱的弧面与近端关节窝形成关节，可进行屈伸与轻微尺桡偏活动。但由于关节面较小，腕关节屈伸过程中会出现因肌力不平衡导致的关节轻微摇摆，即发生不受控制的尺桡偏或掌曲背伸。与第 1 代假体相比，第 2 代假体形成了类似人体关节的结构，但生物力学上仍存在缺陷。临床研究表明，采用第 2 代假体行人工腕关节置换术后容易出现关节脱位、假体变形等情况。为解决上述问题，有学者在 Meuli 假体基础上对假体设计进行了完善，制备 MWP Ⅲ型假体[7-8]。
1.3 第 3 代假体
第 3 代假体主要包括 Trispherical 假体、Biaxial 假体以及 MWP Ⅲ型假体，这些假体在设计上更符合人体腕关节生物力学特性[9-10]。第 3 代假体恢复了桡腕关节的尺偏角与掌倾角，假体安放位置上采取偏置（关节面桡偏），更接近正常解剖结构，使术后腕关节各个方向活动更接近正常活动中心，获得更好的活动稳定性。但第 3 代假体固定方式较之前假体无明显改进，仍然存在假体远期松动、下沉等问题[11-14]。 Kraay 等[15]随访了 67 例使用 Trispherical 假体行人工腕关节置换术的患者，术后 5 年假体生存率为 97%，10 年假体生存率为 93%。 Krukhaug 等[16]对 90 例使用 Biaxial 假体行人工腕关节置换术患者进行随访，术后 5 年假体生存率为 85%，术后 9 年假体翻修率为 20%。
1.4 第 4 代假体
第 4 代假体主要包括 Universal 系列假体（Ⅰ、Ⅱ型）、RE-MOTION 假体和 Maestro 假体。与第 3 代假体相比，其在材料和固定方式上均有所改进。假体近、远端主要采用钴铬钼合金、钛合金，关节面为半圆形超高分子聚乙烯，弹性系数和摩擦系数更接近人正常关节面软骨[17-20]。第 4 代假体固定方式为远端假体柄插入第 3 掌骨髓腔内，两侧使用螺钉固定部分腕骨与掌骨，以加强部分腕骨与掌骨的融合，提供更好的远期稳定性；近端仍采用髓内固定，但在安装假体过程中，需要去除桡骨远端部分皮质骨，以恢复正常腕关节高度。同时，第 4 代假体部分表面增加了多孔涂层，避免了以往假体以骨水泥固定的唯一方式，更加利于进行骨长入，从而增加远期稳定性[21-22]。
Universal Ⅱ型假体目前已得到广泛应用，与Universal Ⅰ型假体相比，Universal Ⅱ型假体远端固定减少了 1 枚拧入头状骨和第 3 掌骨的螺钉，取而代之的是插入式固定柄；桡骨组件也有所增宽，以提供更强的轴向稳定性[23-25]。但有研究表明，Universal Ⅱ型假体在背侧和尺侧的载荷比高于掌侧和桡侧，即整个负荷仅通过桡骨而未通过尺骨[25]。Pfanner 等[26]对 22 例采用 Universal Ⅱ型假体行人工腕关节置换术的患者进行随访，随访时间 2～12 年，平均 82.3 个月。结果显示，术后患者疼痛均缓解，平均疼痛视觉模拟评分（VAS）为 0.82 分，平均握力提高 11 kg，平均屈伸活动度为 72.3°，平均尺桡偏活动度为 24.9°；术后 6 例（26%）患者行关节翻修术，其中 2 例为腕骨组件翻修，4 例为手术完全失败并放置 Swanson 旷置器。Badge 等[27]对 95 例行采用 Universal Ⅱ型假体行人工腕关节置换术的患者进行了平均 8 年随访，结果显示患者腕关节疼痛评分由术前平均 8.1 分降至 5.4 分，术后平均活动度为掌屈 21°、背伸 29°；平均握力由 4.8 kg 升至 10 kg；手臂、肩膀和手的残疾快速评分（Quick DASH）由术前平均 61 分降至 46 分，Wrightington 评分由术前平均 7.9 分降至 5.7 分；6 例（7%）出现术后并发症，其中 3 例行腕关节翻修术，3 例行外固定支架固定术。
RE-MOTION 假体整体形态与 Universal Ⅱ型假体类似，由腕、桡骨组件与腕骨球组成；与 UniversalⅡ型假体主要区别为：聚乙烯球通过压配方式固定于腕骨组件，从而与桡骨组件形成关节，此固定方式更灵活。Herzberg[11]对 20 例采用 RE-MOTION 假体行人工腕关节置换术的患者进行随访，术后 1 例出现腕骨组件松动，1 例出现桡骨组件松动，但均未再次手术。 Bidwai 等[19]对 10 例采用 RE-MOTION 假体行人工腕关节置换术的患者进行了 1～5 年的随访，所有患者均未出现翻修或融合情况，关节活动度明显改善，疼痛明显缓解，仅 2 例出现切口感染。
Maestro 假体是目前最新的人工腕关节假体，其腕骨柄与桡骨柄由钛合金制成，关节主体部分由钴铬合金制成，关节球仍是由超高分子聚乙烯组成，远、近端柄部通过骨水泥固定于掌骨与桡骨髓腔中，进一步发挥了各材料互相结合的优点[20]。Yeoh 等[14]对 2010 年—2015 年人工腕关节置换术相关文献进行综述，统计了 405 例使用 7 种不同假体行人工腕关节置换术患者，结果提示 Maestro 假体置换后患者腕关节功能恢复最佳，能恢复正常活动度。Schmidt[28]对 2 例桡骨远端粉碎型骨折患者行 Maestro 假体人工腕关节置换术，术后 1 年假体无松动、断裂等，采用 DASH 评分、VAS 评分及握力评价均获得良好疗效。Sagerfors 等[29]对 219 例行人工腕关节置换术患者进行长期随访，术后 8 年 Maestro 假体生存率为 95%，RE-MOTION 假体为 94%，Biaxial 假体为 81%；Maestro 假体影像学松动率为 2%，RE-MOTION 假体为 18%，Biaxial 假体为 26%；患者关节疼痛均缓解，且活动度得到改善。
2 人工腕关节假体材料的发展
理想的人工腕关节材料需要具备以下特性：良好生物整合性、不释放有害物质、强度足够、弹性模量与骨接近、不易疲劳等。随着生物材料技术与关节技术的发展，现在用于制备人工腕关节的材料主要包括钴铬钼合金、钛合金、超高分子聚乙烯。
钴铬钼合金属于钴基合金，以钴、铬、钼为主要元素，同时含有少量镍与碳元素，该材料最先用于口腔科，因具有良好的抗压缩与抗牵拉能力，目前已广泛应用于制造关节假体，特别是以承重为主的髋、膝关节。虽然材料表面可形成氧化层，但长期植入人体后尚不能避免释放钴、铬、钼、镍这类有毒元素，具体释放量、释放速度及相关并发症仍有待进一步研究[30]。
相对于钴铬钼合金，钛合金在关节的应用中更普遍，其具有密度低（较普通不锈钢、钴铬钼合金低 40%～50%）、化学性质更稳定、生物整合性更强、弹性模量更接近骨（但仍然是皮质骨的 5 倍）等特点。作为一种性能卓越的材料，其在航空航天方面也得到广泛应用[31-32]。但钛合金的耐磨性较钴铬钼合金稍差，经表面改性后（如表面氮化）在一定程度上可增加耐磨性。在关节假体制备中，主要用作髋关节假体柄部。
超高分子聚乙烯材料作为腕关节假体的关节面，其作用相当于关节软骨，主要出现在第 4 代腕关节假体中。这种材料具有摩擦系数小、密度小、弹性好等特点，目前广泛应用于人工髋关节臼杯内衬与膝关节衬垫。但由于超高分子聚乙烯材料弹性模量与金属差异较大，在与金属互相接触摩擦时形变较大，容易产生碎屑，高分子碎屑在组织周围会产生炎性反应，激活巨噬细胞从而引起骨吸收、骨溶解，进而导致关节松动。在非承重关节（如腕关节、肩关节）中，高分子聚乙烯的磨损可能会更小[33-34]。
多孔钽金属也是近年来用于关节领域的新兴材料之一，但目前尚未用于腕关节假体。该材料是由钽金属的化学沉积物制成的玻璃支架，孔隙率可达 75%～80%，因此具有良好的成骨作用；此外，多孔钽金属弹性模量与正常人体骨质相似，不易形成应力集中，从而更有利于成骨[35-36]。近年来多孔钽金属已开始用于人工髋关节的臼杯、膝关节胫骨假体、人工髌骨与人工踝关节的制造。鉴于其良好成骨特性，有望用于人工腕关节的制造[37]。
3 总结
人工腕关节假体经过 40 余年的发展，虽然在缓解疼痛与改善功能方面获得了满意效果，但仍然存在假体松动、下沉、断裂、脱位等问题，而且目前第 3、4 代腕关节假体缺少中远期随访结果，因此尚需要进一步研究探索。