徐溢明 彭慧明 翁习生

    (中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院骨科，北京 100730)

    自1964年Charnley[1]报道了将骨水泥(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate,PMMA)用于人工髋关节假体固定以来，它被广泛应用于人工关节外科，起到填充关节假体和骨质之间的空隙、固定假体、传递应力的作用。根据瑞典人工关节登记系统的最新统计，2018年瑞典超过90%的全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)采用骨水泥型假体[2]。虽然生物型假体的比例逐年上升，但是同年瑞典仍有57.5%的初次全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)使用了全骨水泥型假体[3]。骨水泥具有成本较低、性质稳定、易于塑形等优点，同时也存在着机械性能不佳、凝固过程大量放热等不足[4]。无菌性松动和感染等并发症的发生与骨水泥密切相关[5]。因而，需要对骨水泥材料进行更多研究和改进，以改善固定效果、延长人工关节寿命。近年来，随着生物力学、材料科学等学科的发展和关节置换手术量的增加，对骨水泥性能的理论研究不断深入，提出了多种改善骨水泥性能的方案，在弥补不足的同时拓展了其生物功能。本文从理论研究和实践应用入手，对如何改善骨水泥在关节外科领域的应用效果进行了综述。

    1 对骨水泥性能的理论研究

    1.1 生物力学研究

    作为假体与骨质之间的填充物，骨水泥在关节运动时受到的载荷包括压力、弯曲、牵张、剪切等多种复杂作用，以往只能从材料学参数出发进行概略的分析，例如既往研究表明，骨水泥的抗压强度和弹性模量显著高于松质骨，降低骨水泥的弹性模量能够有效减少应力遮挡，减少无菌性松动的发生[6]。随着有限元分析等生物力学方法的发展，计算骨水泥层不同位置的受力情况成为可能。Belgherras等[7,8]根据既往测定的正常步行、上、下楼梯、坐下、起立五种最常见的运动中股骨受力情况，建立了股骨柄及周围骨水泥层受力的三维模型，发现骨水泥最易产生裂纹的部位是股骨近端前部，在上楼梯时产生裂纹的风险最高。Celik等[9]利用患者CT数据建立了类似模型，认为骨水泥层在较高压力下产生的微小裂纹是导致无菌性松动的重要诱因。既往对尸体的解剖研究曾在股骨柄周围骨水泥层内发现大量空洞[10]，Rachid等[11]分析认为此类空洞可能导致裂纹的产生，增加骨水泥层发生松动甚至碎裂的风险。骨水泥在使用时有可能混入骨渣等微小杂质，Mohamed等[12]分析了此类杂质对骨水泥层受力的影响 ......