人工髋关节假体的磨损及其影响因素
作者：王友 戴 戎
单位：200011 上海第二医科大学附属第九人民医院骨科
关键词：
中华外科杂志/980718 关节假体磨损是人工关节后期松动的重要因素之一，其临床意义不仅在于假体本身破坏所引起的机械性失败，还在于磨损可产生大量具有诱导假体周围骨溶解(osteolysis)生物反应的颗粒物质[1，2]。
一、磨损产生的常见部位
1.股骨头假体与髋臼假体界面：Amstutz等[2]报告，Charnley型老年全髋患者的聚乙烯杯线性磨损速率平均为每年0.1 mm～0.2 mm，相当于每年释放20×106～40×109个直径小于10 μm的颗粒。Bankston等[3]比较了不同金属材料股骨头对聚乙烯的磨损影响，结果显示，钴铬合金头、不锈钢头和钛合金头的聚乙烯内杯磨损率分别为每年0.05 mm、0.06 mm和0.08 mm，三者无显著差异。Muller[4]观察了金属股骨头对金属臼杯(metal on metal)人工关节的磨损情况，发现其磨损率仅为金属对聚乙烯假体的1/40。
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2.金属柄与骨水泥界面：各种骨水泥型假体取出后检查多可发现表面某些区域的抛光现象(polishing)，一些假体与骨水泥间尚有一50～100 μm厚的纤维膜，说明两者间确有摩擦。骨水泥与假体柄的不良结合是造成该界面磨损的根本原因。骨水泥填充时，假体柄表面存在空泡或混有血液，或柄负重时骨水泥产生蠕变均使两者间产生裂隙，从而出现相对活动[5]。Carless等[6]的研究提示，骨水泥与假体柄间的裂隙每年以20～50 μm的速度打开。长期周期性负重最终导致骨水泥鞘纵裂，后者一方面促使柄松动与磨损，另一方面为磨损颗粒进入骨髓腔内膜面提供通道。
3.骨水泥与骨界面：骨水泥与骨的磨损基于两者界面微动量，微动量过大，界面骨形成受抑制，代之于纤维膜形成，这样，界面的微动与磨损加剧，假体松动开始出现。一旦出现松动，骨水泥与骨界面所产生的磨损颗粒既可诱发局部骨溶解，使假体进一步松动，又能被泵出骨-骨水泥间隙，参加关节面的三体磨损[2]。
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4.假体表层(Coatings)与骨界面：多孔表面假体有其独特的磨损机制。由于弹性模量存在差异，负重时假体表层与基层可出现微动，这样，两者发生反复摩擦，最终生产金属颗粒。另一可能的机制是，假体表层钛丝网在受载时不断被压缩、拉伸，表层金属小珠、钛丝网及离子喷涂层 (plasma-sprayed) 被磨下，形成金属颗粒[7]。此外，假体表层亦可从假体上分层脱落，参加关节面的三体磨损。
二、组合式假体的特定磨损
组合式人工关节是关节假体发展过程中演变趋势之一，其增加的部件连接界面也为新的磨损颗粒提供了来源。
1.髋臼金属底壳与聚乙烯内杯界面：髋臼金属底壳内表面与聚乙烯内杯外表面之间的微动与分离(dissociation)具有加重聚乙烯磨损作用[8]。Bankston等[3]经随访提出，带有金属底壳的聚乙烯内杯较不带金属底壳的单纯内杯更易被磨损，两者磨损率分别为每年0.11 mm和0.08 mm。除了带金属底壳假体设计必然使聚乙烯内杯的壁厚度较小于单纯聚乙烯假体，造成聚乙烯内部应力与磨损增加这一原因外，Tradonsky等[9]的研究显示，金属底壳内表面与聚乙烯内杯外表面还存在明显的形态不一致性(incongruity)，约有33%～87%的聚乙烯杯外表面未与金属底壳内表面接触，这种形态不一致性导致聚乙烯杯在承受载荷时局部应力升高，聚乙烯也因此易变形、断裂并产生磨擦。Chen等[10]对5种不同组合式髋臼假体的聚乙烯外表面磨损情况进行了研究，发现内杯假体锁定装置的设计、金属底壳用于螺钉固定的孔数量以及假体接触表面的光滑度对金属底壳-聚乙烯界面的微动与磨损影响甚大，以波浪式鸠尾型结合槽(wavy dovetail spline)作锁定装置的假体对内杯固定最牢靠，10×106周期循环试验后内杯等价角活动量约为320度，加之螺孔数少、接触面较光滑，表面磨损也较轻，磨损面积仅0.26 cm2。相反，以压入式设计配合若干预弯金属片(tap) 制约内杯边缘的假体稳定性最差，10×106周期的等价角活动量为26600度，磨损面积达4.61 cm2，加之这类假体螺孔数多(达13个)，接触面较粗糙，聚乙烯杯外表面磨损也最严重。
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2.股骨头假体与股骨颈假体界面：股骨的头假体和颈假体多采用雌雄锥型结构(taper)连接，由于两者均为金属材料，相互接触可发生一系列电化学反应，形成独特的金属腐蚀磨损机制(fretting corrosion)。Collier等[11]的研究显示，假体头-颈连接处的腐蚀磨损约占所有组合式人工髋关节的4%，其中，头、颈假体材料的配伍对磨损发生率高低有明显相关性，头、颈均为钛合金时磨损率<10%，头、颈均为钴合金时磨损率<6%，头、颈为不同金属材料时磨损率>30%。Dujovne等[12]经体外实验证实，机体加载程度与头-颈界面腐蚀磨损亦有密切关系，加载量较低时腐蚀磨损仅表现为表面磨砂样、抛光或粗糙变，加载达到假体忍受极限时假体出现污斑、打滑、微小凹陷甚至可见疲劳裂痕。当假体承受高负荷加载时，头、颈假体接触面明显分层，一些具有较强粘附性的脱落碎片可转移至对应假体表面或关节负重面，形成三体磨损。此时，头-颈雌雄锥型连接已不完整，液体成分可进入其中。
三、磨损类型与机制
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根据摩擦面性质，Mckellop等[13]将髋假体磨损分为四种类型：Ⅰ型为两个负重关节面功能活动时磨损(如股骨头与髋臼假体内表面摩擦)；Ⅱ型为一个负重关节面与另一非负重关节面的磨损(如金属股骨头穿透聚乙烯，与骨水泥层、骨组织或金属底壳摩擦)；Ⅲ型为两个负重关节面相对活动，中间夹有第三体颗粒的磨损(如夹有骨碎屑、骨水泥颗粒、金属颗粒等)；Ⅳ型为两个非负重关节面的磨损(如假体与骨水泥或骨表面，髋臼内杯与金属底壳或螺钉等)。
磨损的机制主要有三种，即粘附磨损(adhesive)、摩擦磨损(abrasive)及疲劳磨损(fatigue)。粘附磨损是指在接触点连接强度大于材料固有强度时对其表面的拉脱破坏。摩擦磨损是指不光整表面若干尖端对材料表面的擦伤破坏。疲劳磨损是指周期性应力作用下材料表面或更深层断裂或分层。不同磨损机制与不同磨损类型所造成的磨损破坏各不相同。粘附磨损引起表面坑洼与凹陷，摩擦磨损造成表面擦痕，疲劳磨损则导致裂缝与材料分层。从假体形态与颗粒直径看，Ⅰ型磨损表面较光滑，磨损产生的颗粒较小。Ⅱ型、Ⅳ型磨损表面较粗糙，颗粒直径也较大。Ⅲ型磨损对表面破坏最明显，产生的颗粒可相当巨大。然而，在髋关节，假体表面磨损破坏似乎并不一定与假体磨损程度成正比，表面较光滑的Ⅰ型磨损有时可非常严重，致使聚乙烯壁明显变薄，大量微小颗粒释放进入周围组织，而表面较粗糙的Ⅲ型磨损虽对外表破坏较重，但颗粒释放总量却不如Ⅰ型磨损多[13，14]。
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Gilbert等[15]和Urban等[16]对腐蚀磨损的机制与颗粒性质作了大量研究，指出头-颈界面处微小相对活动致使金属表面氧化层的破坏是腐蚀磨损的启动因素，一旦氧化层被腐蚀或磨损破坏，氧化层下方的高度活跃金属释放出离子与溶液中溶解态氧分子结合，形成新的氧化膜。微动使氧化膜再次破坏继而重复上述反应，直至周围环境中氧耗尽。由于氧气耗尽，氧化膜不能形成，大量金属离子释放到局部体液中，金属离子所形成的阳性电荷明显升高，吸引带阴性电荷的氯离子与之中和，构成金属氯化物。金属氯化物进一步与水结合形成金属氢氧化物以及使局部pH值下降的盐酸，后者对氧化膜的腐蚀起自动催化作用。金属氧化物、氯化物、氢氧化物及磷酸盐组成了腐蚀磨损的主要颗粒物质。
四、影响磨损的因素
人工关节设计中，关节对应面的符合程度(conformity)与制约程度(constraint)对于假体关节表面磨损至关重要，关节面符合度高，接触面积大，假体承受的平均应力相对较小，有利于减少磨损。此外，由于制约度高能减少关节运动时的滑动与滚动成分，故亦有利于减少磨损[17]。髋假体中聚乙烯内杯磨损最为常见。一些研究显示，不同制作方式所生产的聚乙烯在强度与抗磨性能方面有明显差异，压模制聚乙烯(compression-molded)表现出较机械切削制聚乙烯(machined fron bar stock)更优良的抗磨性能，磨损率分别为每年0.05 mm和0.11 mm。Bankston等[3]在分析其原因时认为，切削制聚乙烯经历了从加温、加压、大块挤出到切削成形多个步骤，在非连续性生产过程中温度与压力具有不稳定性及间隙性特点，故聚乙烯材料中易形成空泡，分子量也不均匀，为此抗磨性能也较差；与此相反，压模制聚乙烯将聚乙烯树脂直接转变为假体外型，整个过程一步完成，加温、加压较恒定，最终抗磨性能也较好。股骨头材料的表面特性如粗糙度、硬度、可湿润性(wettability)等也是其影响聚乙烯磨损的主要技术指标，较粗糙的股骨头显然可导致较多磨损。通常，金属股骨头粗糙度多用头表面众多高于关节负重面的峰(peak)与低于关节负重面的谷(valley)来指示。各种参数包括平均峰值(Rpk)、平均谷值(Rvk)及峰谷间距离平均值(Ra)定量反映了股骨头表面粗糙度。其中，尤以平均峰值(Rpk)对聚乙烯损伤具有更实际的意义。股骨头材料的硬度决定了股骨头本身抵抗刮痕(scratch)与保持光洁的能力，故是影响股骨头表面粗糙度、进而影响聚乙烯磨损的重要因素[18，19]。硬度越高，抗刮痕能力越强，磨损破坏(特别是三体磨损破坏)就越小。有研究显示，陶瓷与金属的材料硬度比较依次为，氧化铝>氧化镐>钴铬钼合金>钛6铝4钒>316不锈钢，陶瓷较硬的材料性质与其良好的抗刮痕表现相对应[18]。股骨头材料的可湿润性与润滑性间接影响着关节的摩擦系数，可湿润性佳预示材料与关节液亲和性高，关节面易被润滑，有利于减轻聚乙烯磨损。陶瓷在可湿润性方面再次显示出较金属股骨头优越，这为临床上良好的抗磨损性能提供了保证[18，20]。
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近年来，有关聚乙烯假体包装与消毒对聚乙烯材料强度的可能影响开始受到重视。一些学者提出，目前常用的咖玛射线消毒法(2.5～4 Mrads的钴60消毒)具有促使聚乙烯材料氧化破坏作用，放射线照射所释放的自由基在一段时间内能长期存在并逐渐与氧气作用，形成聚乙烯材料的氧化分解，后者导致聚乙烯内部分子量降低、结晶率提高及蠕变阻力增加，因而可加速聚乙烯材料的闲置老化[17]。Fischer等[21]的研究显示，咖玛射线消毒过的聚乙烯磨损率>20×10-9 mm3/Nm，未消毒过的磨损率<10×10-9mm3/Nm，两者差异显著。也有研究指出，聚乙烯的氧化分解主要位于假体亚表层，表现为该处出现白色条带，这些条带部位与临床上取出假体上观察到的裂缝或分层区域相一致[22]。有关这方面的长期影响尚有待进一步的观察研究。
参 考 文 献
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1Harris WH.The problem is osteolysis.Clin Orthop，1995,311:46-53.
2Amstutz HC,Campbell P,Kosovsky N,et al.Mechanism and clinical significance of wear debris-induced osteolysis.Clin Orthop，1992,276:7-18.
3Bankston AB,Cates H,Ritter MA,et al.Polyethylene wear in total hip arthroplasty.Clin Orthop，1995,317:7-13.
4Muller ME.The benefits of metal-on-metal total hip replacements.Clin Orthop，1995,311:54-59.
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5Maloney WJ,Jasty M,Rosenberg A,et al.Bone lysis in well-fixed cemented femoral components.J Bone Joint Surg(Br)，1990,72:966-970.
6Carless AS,Gents CF,Swansen L.Socket loosening after hip arthroplasty.Acta Orthop Scand，1986,57:97-101.
7Cook SD,Thomas KA,Haddad RJ.Histologic analysis of retrieved human porous-coated total joint components.Clin Orthop，1988,234:90-96.
8Barrack RL,Burke DW,Cook SD,et al.Complications related to modularity of total hip components.J Bone Joint Surg(Br)，1993,75:688-692.
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9Tradonsky S,Porter P,Froiman AI,et al. A comparison of the disassociation strength of modular acetabular components.Clin Orthop，1993,296:154-160.
10Chen PC，Mead EH,Pinto JG,et al.Polyethylene wear debris in modular acetabular prostheses.Clin Orthop，1995,317:44-56.
11Collier JP,Mayor MB,William BA,et al. The tradeoffs associated with modular hip prostheses.Clin Orthop，1995,311:91-101.
12Dujovne AR,Krygier JJ,Bobyn JD.The generation of particulate metal debris through fretting wear in stable modular junctions in total hip revision surgery.New York：Raven Press,1995.51-61.
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13Mckellop HA,Campbell P,Park SH, et al.The origin of submicron polyethylene wear debris in total hip arthroplasty.Clin Orthop，1995,311:3-20.
14Schmalzried T,Jasty M,Rosenberg,et al.Polyethylene wear debris and tissue reactions in knee as compared to hip replacement.J Biomed Mater Res，1994,5:185-190.
15Gilbert JL, Buckley CA.Mechanical-electrochemical interactions during in vitro fretting corrosion tests of modular taper connections in total hip revision surgery.New York:Raven Press,1995.41-51.
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16Urban RM,Jacobs JJ,Tomlinson MJ,et al. Migration of corrosion products from the modular head junction to the polyethylene bearing surface and interface mambranes of hip prostheses in total hip revision surgery.In:Galante JO,Rosenberg AG,Callaghan JJ,eds.New York:Raven Press,1995.61-72.
17Wright TM.Biomechanics and biomaterials in implant wear:the future of total joint replacement.Rosemont:AAOS,1996.71-105.
18Cuckler JM,Bearcroft J,Asgian CM.Femoral head technologies to reduce polyethylene wear in total hip arthroplasty.Clin Orthop，1995,317:57-63.
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19Mckellop HA,Lu B,Benya P.Friction,lubrication and wear of cobalt-chromium,alumina,and zirconia hip prostheses compared on a joint simulator.Trans Orthop Res Soc，1992,17:402-410.
20Kumar P,Oka M,Ikeuchi K,et al.Low wear rate of UHMWPE against zirconia ceramic(Y-PSZ)in comparison to alumina ceramic and SUS 316L alloy.J Biomed Mater Res，1991,25:813-828.
21Fischer J,Hailey JL,Chan KL,et al.The effect of ageing following irrdiation on the wear of UHMWPE.Orthop Res Soc，1995,20:120.
22Sutula LC,Collier JP,Saum KA,et al.Impact of Gamma sterilization on clinical performance of polyethylene in the hip.Clin Orthop，1995,319:28-40., 百拇医药
单位：200011 上海第二医科大学附属第九人民医院骨科
关键词：
中华外科杂志/980718 关节假体磨损是人工关节后期松动的重要因素之一，其临床意义不仅在于假体本身破坏所引起的机械性失败，还在于磨损可产生大量具有诱导假体周围骨溶解(osteolysis)生物反应的颗粒物质[1，2]。
一、磨损产生的常见部位
1.股骨头假体与髋臼假体界面：Amstutz等[2]报告，Charnley型老年全髋患者的聚乙烯杯线性磨损速率平均为每年0.1 mm～0.2 mm，相当于每年释放20×106～40×109个直径小于10 μm的颗粒。Bankston等[3]比较了不同金属材料股骨头对聚乙烯的磨损影响，结果显示，钴铬合金头、不锈钢头和钛合金头的聚乙烯内杯磨损率分别为每年0.05 mm、0.06 mm和0.08 mm，三者无显著差异。Muller[4]观察了金属股骨头对金属臼杯(metal on metal)人工关节的磨损情况，发现其磨损率仅为金属对聚乙烯假体的1/40。
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2.金属柄与骨水泥界面：各种骨水泥型假体取出后检查多可发现表面某些区域的抛光现象(polishing)，一些假体与骨水泥间尚有一50～100 μm厚的纤维膜，说明两者间确有摩擦。骨水泥与假体柄的不良结合是造成该界面磨损的根本原因。骨水泥填充时，假体柄表面存在空泡或混有血液，或柄负重时骨水泥产生蠕变均使两者间产生裂隙，从而出现相对活动[5]。Carless等[6]的研究提示，骨水泥与假体柄间的裂隙每年以20～50 μm的速度打开。长期周期性负重最终导致骨水泥鞘纵裂，后者一方面促使柄松动与磨损，另一方面为磨损颗粒进入骨髓腔内膜面提供通道。
3.骨水泥与骨界面：骨水泥与骨的磨损基于两者界面微动量，微动量过大，界面骨形成受抑制，代之于纤维膜形成，这样，界面的微动与磨损加剧，假体松动开始出现。一旦出现松动，骨水泥与骨界面所产生的磨损颗粒既可诱发局部骨溶解，使假体进一步松动，又能被泵出骨-骨水泥间隙，参加关节面的三体磨损[2]。
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4.假体表层(Coatings)与骨界面：多孔表面假体有其独特的磨损机制。由于弹性模量存在差异，负重时假体表层与基层可出现微动，这样，两者发生反复摩擦，最终生产金属颗粒。另一可能的机制是，假体表层钛丝网在受载时不断被压缩、拉伸，表层金属小珠、钛丝网及离子喷涂层 (plasma-sprayed) 被磨下，形成金属颗粒[7]。此外，假体表层亦可从假体上分层脱落，参加关节面的三体磨损。
二、组合式假体的特定磨损
组合式人工关节是关节假体发展过程中演变趋势之一，其增加的部件连接界面也为新的磨损颗粒提供了来源。
1.髋臼金属底壳与聚乙烯内杯界面：髋臼金属底壳内表面与聚乙烯内杯外表面之间的微动与分离(dissociation)具有加重聚乙烯磨损作用[8]。Bankston等[3]经随访提出，带有金属底壳的聚乙烯内杯较不带金属底壳的单纯内杯更易被磨损，两者磨损率分别为每年0.11 mm和0.08 mm。除了带金属底壳假体设计必然使聚乙烯内杯的壁厚度较小于单纯聚乙烯假体，造成聚乙烯内部应力与磨损增加这一原因外，Tradonsky等[9]的研究显示，金属底壳内表面与聚乙烯内杯外表面还存在明显的形态不一致性(incongruity)，约有33%～87%的聚乙烯杯外表面未与金属底壳内表面接触，这种形态不一致性导致聚乙烯杯在承受载荷时局部应力升高，聚乙烯也因此易变形、断裂并产生磨擦。Chen等[10]对5种不同组合式髋臼假体的聚乙烯外表面磨损情况进行了研究，发现内杯假体锁定装置的设计、金属底壳用于螺钉固定的孔数量以及假体接触表面的光滑度对金属底壳-聚乙烯界面的微动与磨损影响甚大，以波浪式鸠尾型结合槽(wavy dovetail spline)作锁定装置的假体对内杯固定最牢靠，10×106周期循环试验后内杯等价角活动量约为320度，加之螺孔数少、接触面较光滑，表面磨损也较轻，磨损面积仅0.26 cm2。相反，以压入式设计配合若干预弯金属片(tap) 制约内杯边缘的假体稳定性最差，10×106周期的等价角活动量为26600度，磨损面积达4.61 cm2，加之这类假体螺孔数多(达13个)，接触面较粗糙，聚乙烯杯外表面磨损也最严重。
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2.股骨头假体与股骨颈假体界面：股骨的头假体和颈假体多采用雌雄锥型结构(taper)连接，由于两者均为金属材料，相互接触可发生一系列电化学反应，形成独特的金属腐蚀磨损机制(fretting corrosion)。Collier等[11]的研究显示，假体头-颈连接处的腐蚀磨损约占所有组合式人工髋关节的4%，其中，头、颈假体材料的配伍对磨损发生率高低有明显相关性，头、颈均为钛合金时磨损率<10%，头、颈均为钴合金时磨损率<6%，头、颈为不同金属材料时磨损率>30%。Dujovne等[12]经体外实验证实，机体加载程度与头-颈界面腐蚀磨损亦有密切关系，加载量较低时腐蚀磨损仅表现为表面磨砂样、抛光或粗糙变，加载达到假体忍受极限时假体出现污斑、打滑、微小凹陷甚至可见疲劳裂痕。当假体承受高负荷加载时，头、颈假体接触面明显分层，一些具有较强粘附性的脱落碎片可转移至对应假体表面或关节负重面，形成三体磨损。此时，头-颈雌雄锥型连接已不完整，液体成分可进入其中。
三、磨损类型与机制
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根据摩擦面性质，Mckellop等[13]将髋假体磨损分为四种类型：Ⅰ型为两个负重关节面功能活动时磨损(如股骨头与髋臼假体内表面摩擦)；Ⅱ型为一个负重关节面与另一非负重关节面的磨损(如金属股骨头穿透聚乙烯，与骨水泥层、骨组织或金属底壳摩擦)；Ⅲ型为两个负重关节面相对活动，中间夹有第三体颗粒的磨损(如夹有骨碎屑、骨水泥颗粒、金属颗粒等)；Ⅳ型为两个非负重关节面的磨损(如假体与骨水泥或骨表面，髋臼内杯与金属底壳或螺钉等)。
磨损的机制主要有三种，即粘附磨损(adhesive)、摩擦磨损(abrasive)及疲劳磨损(fatigue)。粘附磨损是指在接触点连接强度大于材料固有强度时对其表面的拉脱破坏。摩擦磨损是指不光整表面若干尖端对材料表面的擦伤破坏。疲劳磨损是指周期性应力作用下材料表面或更深层断裂或分层。不同磨损机制与不同磨损类型所造成的磨损破坏各不相同。粘附磨损引起表面坑洼与凹陷，摩擦磨损造成表面擦痕，疲劳磨损则导致裂缝与材料分层。从假体形态与颗粒直径看，Ⅰ型磨损表面较光滑，磨损产生的颗粒较小。Ⅱ型、Ⅳ型磨损表面较粗糙，颗粒直径也较大。Ⅲ型磨损对表面破坏最明显，产生的颗粒可相当巨大。然而，在髋关节，假体表面磨损破坏似乎并不一定与假体磨损程度成正比，表面较光滑的Ⅰ型磨损有时可非常严重，致使聚乙烯壁明显变薄，大量微小颗粒释放进入周围组织，而表面较粗糙的Ⅲ型磨损虽对外表破坏较重，但颗粒释放总量却不如Ⅰ型磨损多[13，14]。
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Gilbert等[15]和Urban等[16]对腐蚀磨损的机制与颗粒性质作了大量研究，指出头-颈界面处微小相对活动致使金属表面氧化层的破坏是腐蚀磨损的启动因素，一旦氧化层被腐蚀或磨损破坏，氧化层下方的高度活跃金属释放出离子与溶液中溶解态氧分子结合，形成新的氧化膜。微动使氧化膜再次破坏继而重复上述反应，直至周围环境中氧耗尽。由于氧气耗尽，氧化膜不能形成，大量金属离子释放到局部体液中，金属离子所形成的阳性电荷明显升高，吸引带阴性电荷的氯离子与之中和，构成金属氯化物。金属氯化物进一步与水结合形成金属氢氧化物以及使局部pH值下降的盐酸，后者对氧化膜的腐蚀起自动催化作用。金属氧化物、氯化物、氢氧化物及磷酸盐组成了腐蚀磨损的主要颗粒物质。
四、影响磨损的因素
人工关节设计中，关节对应面的符合程度(conformity)与制约程度(constraint)对于假体关节表面磨损至关重要，关节面符合度高，接触面积大，假体承受的平均应力相对较小，有利于减少磨损。此外，由于制约度高能减少关节运动时的滑动与滚动成分，故亦有利于减少磨损[17]。髋假体中聚乙烯内杯磨损最为常见。一些研究显示，不同制作方式所生产的聚乙烯在强度与抗磨性能方面有明显差异，压模制聚乙烯(compression-molded)表现出较机械切削制聚乙烯(machined fron bar stock)更优良的抗磨性能，磨损率分别为每年0.05 mm和0.11 mm。Bankston等[3]在分析其原因时认为，切削制聚乙烯经历了从加温、加压、大块挤出到切削成形多个步骤，在非连续性生产过程中温度与压力具有不稳定性及间隙性特点，故聚乙烯材料中易形成空泡，分子量也不均匀，为此抗磨性能也较差；与此相反，压模制聚乙烯将聚乙烯树脂直接转变为假体外型，整个过程一步完成，加温、加压较恒定，最终抗磨性能也较好。股骨头材料的表面特性如粗糙度、硬度、可湿润性(wettability)等也是其影响聚乙烯磨损的主要技术指标，较粗糙的股骨头显然可导致较多磨损。通常，金属股骨头粗糙度多用头表面众多高于关节负重面的峰(peak)与低于关节负重面的谷(valley)来指示。各种参数包括平均峰值(Rpk)、平均谷值(Rvk)及峰谷间距离平均值(Ra)定量反映了股骨头表面粗糙度。其中，尤以平均峰值(Rpk)对聚乙烯损伤具有更实际的意义。股骨头材料的硬度决定了股骨头本身抵抗刮痕(scratch)与保持光洁的能力，故是影响股骨头表面粗糙度、进而影响聚乙烯磨损的重要因素[18，19]。硬度越高，抗刮痕能力越强，磨损破坏(特别是三体磨损破坏)就越小。有研究显示，陶瓷与金属的材料硬度比较依次为，氧化铝>氧化镐>钴铬钼合金>钛6铝4钒>316不锈钢，陶瓷较硬的材料性质与其良好的抗刮痕表现相对应[18]。股骨头材料的可湿润性与润滑性间接影响着关节的摩擦系数，可湿润性佳预示材料与关节液亲和性高，关节面易被润滑，有利于减轻聚乙烯磨损。陶瓷在可湿润性方面再次显示出较金属股骨头优越，这为临床上良好的抗磨损性能提供了保证[18，20]。
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近年来，有关聚乙烯假体包装与消毒对聚乙烯材料强度的可能影响开始受到重视。一些学者提出，目前常用的咖玛射线消毒法(2.5～4 Mrads的钴60消毒)具有促使聚乙烯材料氧化破坏作用，放射线照射所释放的自由基在一段时间内能长期存在并逐渐与氧气作用，形成聚乙烯材料的氧化分解，后者导致聚乙烯内部分子量降低、结晶率提高及蠕变阻力增加，因而可加速聚乙烯材料的闲置老化[17]。Fischer等[21]的研究显示，咖玛射线消毒过的聚乙烯磨损率>20×10-9 mm3/Nm，未消毒过的磨损率<10×10-9mm3/Nm，两者差异显著。也有研究指出，聚乙烯的氧化分解主要位于假体亚表层，表现为该处出现白色条带，这些条带部位与临床上取出假体上观察到的裂缝或分层区域相一致[22]。有关这方面的长期影响尚有待进一步的观察研究。
参 考 文 献
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1Harris WH.The problem is osteolysis.Clin Orthop，1995,311:46-53.
2Amstutz HC,Campbell P,Kosovsky N,et al.Mechanism and clinical significance of wear debris-induced osteolysis.Clin Orthop，1992,276:7-18.
3Bankston AB,Cates H,Ritter MA,et al.Polyethylene wear in total hip arthroplasty.Clin Orthop，1995,317:7-13.
4Muller ME.The benefits of metal-on-metal total hip replacements.Clin Orthop，1995,311:54-59.
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