發布日期：2018-12-07
骨和骨之間的連接稱為關節（joint），人體中關節數量非常多，如果不計算微動關節（如椎體間的連接）和不動關節，至少有78個關節，包括人體主要七大關節：肩關節、肘關節、橈腕關節、髖關節、膝關節、踝關節、顳下頜關節。因為各種不同的病癥，如先天發育不良造成的關節畸形、自身免疫造成的風濕性關節炎、細菌感染造成的感染性關節炎、創傷性關節炎和骨性關節炎，需要進行大量的人工關節置換。關節置換假體產品種類繁多，幾乎所有可動關節都有對應的產品（圖1），包括最常見的人工髖關節、膝關節假體，以及人工肩關節、踝關節、肘關節、腕關節、顳下頜關節、跖趾關節、指間關節假體。
圖1人工關節假體或修復產品（未展示常見的髖、膝等關節假體）
踝關節有屈伸、內外旋、內外翻、前后位移和內外側位移等5個活動自由度（圖2），前2種為踝關節主要運動形式，后3種活動范圍很小，與踝關節穩定性有密切關系（步行時背屈13°-17°，距屈6°-16°，內旋5°，外旋3°左右）。踝關節屈伸軸可自由改變的特點要求踝關節假體組件之間具備充分的活動度，這也是第一代踝關節假體產品失敗，開發設計第二代活動平臺踝關節假體的原因之一。
圖2 踝關節運動
踝關節的生理承重約為4倍體重（圖3），在關節假體體外力學模擬試驗時，一般會加載5倍體重的縱向載荷。踝關節在運動過程中可承受80% 體重的向后剪切力，所以一般踝關節假體固定柱位于距骨部件前部，并斜向后伸展。在體外的模擬實驗中，為了驗證在向后剪切力作用下植入的關節假體的防脫出性能，一般活動平臺假體會在10°距屈角度下（該位置剪切力最大）進行內外旋、前后位移、內外側位移穩定性力學試驗。為了證明踝關節假體產品的安全有效性，還需考慮組件的疲勞性能、骨固定性能（多數骨水泥固定，極少數生物固定，如STAR）、涂層強度、關節面磨損性能、脛骨平臺鎖定性能、假體活動范圍等方面的性能研究。
大多數關節假體都采用金屬（鈷鉻鉬或鈦合金）-塑料（UHMWPE或XLPE）-金屬（鈷鉻鉬或鈦合金）三組件設計，陶瓷材料在最為成熟的髖關節假體中應用很多，負載極小的手足關節（掌指、指見、跖趾關節等）假體也采用硅膠和碳復合材料。從20世紀70年代至今，踝關節假體所使用的材料幾乎沒有變化——鈷鉻鉬合金或鈦合金金屬部件與超高分子量聚乙烯部件（部分產品高交聯聚乙烯）形成關節面。因為踝關節假體使用的材料有著悠久的臨床植入歷史，生物相容性試驗并不是必需的，但必須進行生物相容性評價。
圖3 踝關節受力
第一代假體采用兩組件形式，金屬組件（不銹鋼或鈷鉻鉬合金）與塑料組件（UHMWPE 或XLPE）兩種材料構成脛骨部件或距骨部件，如Mayo、Smith和NJ等（圖4）。第一代踝關節假體因為采用兩組件設計，除屈伸外，其他運動形式受限較大，導致固定界面產生過大的應力，另外，組件不能完全覆蓋截骨面，且骨水泥主要固定在松質骨上，使得無菌性松動成為最常見的臨床不良事件。針對該設計缺陷，第二代踝關節假體采用了3組件設計形式（增加了固定或活動的襯墊，fixed bearing or mobile bearing）以增加活動度，減少限制性。另外，第一代假體設計還有過多截骨量、組件與周圍組織撞擊等問題。
第二代人工踝關節假體主要以STAR（link）、B-P Mark I、Agility（Depuy）等關節假體為代表，其中使用STAR假體的患者具有比較正常的步態。B-P Mark I假體主要不良事件包含沉陷（發生最多）、襯墊半脫位。沉陷的原因是應力遮擋和血供破壞，距骨組件單列魚鰭固定設計導致距骨近端應力遮擋，同時破壞距骨血供，導致距骨壞死。針對此設計缺陷，第三代踝關節產品B-P Mark Ⅱ將距骨組件由單列魚鰭固定改為雙列魚鰭狀固定，同時增加中間溝深度以防止襯墊脫位，B-P Mark Ⅲ（強生Mobility假體原型）將魚鰭狀改為兩個平行的斜向后圓柱體，使得應力分布更均勻，同時避免破壞距骨血供。另外，踝關節假體植入手術工具的不斷優化也縮短了醫生的學習曲線。
圖4 踝關節假體設計
踝關節假體近年來發展迅速，在審評踝關節假體臨床評價資料時，應持謹慎態度。如果申報產品或同品種產品沒有中長期臨床使用數據，建議進行條件性審批（實際上中國獲批的Inbone踝關節假體和美國獲批的STAR踝關節假體都為條件性審批），要求企業對參與臨床試驗的患者繼續跟蹤，并收集安全性數據（投訴和不良事件）和有效性數據（如Buechel-Pappas、VAS、SF-36、AOFAS等功能性評分，以及影像學終點等），直到獲得長期臨床數據（如10年）。這樣的條件性審批是有意義的，例如Mayo踝關節假體的短期臨床試驗顯示很高的假體存活率和患者滿意度，Stauffer等人在平均1.9年隨訪期中發現假體93%的存活率，Lachiewlcz 等人在平均3年隨訪期中發現假體100%的存活率，然而長期臨床試驗結果卻顯示假體的存活率和滿意度非常低，Kitaoka等人的研究顯示Mayo踝關節假體5年、10年、15年的生存率分別為79%、65%和61%，他的另一份研究則顯示36%（57/160）患者不得不提前取出植入的踝關節假體。
參考信息：
[1]FDA Official Website.https://www.fda.gov/
[2]Stryker Official Website.https://www.stryker.com/us/en/portfolios/orthopaedics/trauma-and-extremities/elbow-hand-and-wrist.html
[3]Corin Official Website.https://www.coringroup.com/
[4]國家食品藥品監督管理局官網http://samr.cfda.gov.cn/WS01/CL0001/.
[5]Christopher E. Gross. et al. Design Rationale for Total Ankle Arthroplasty Systems: An Update. J Am Acad Orthop Surg,2018.
[6] David I. Pedowitz, et al. Total Ankle Replacement: Where Do We Stand? University of Pennsylvania Orthopaedic Journal. 2010.05
[7]Frederick F. Buechel, Michael J. Pappas. Principles of Human joint replacement. Springer. 2015.
[8]Buechel, F.F, et al. Complications of 292 total ankle replacements. Presented at the Ninth Annual Meeting of the Foot and Ankle Society, San Francisco CA(1979).
[9]Stauffer, R.N. ,Segal, N.M.et al. Total ankle arthroplasty: four years’ experience. Clin Orthop, 1981.
[10]Kitaoka H.B. et al. Survivorship Analysis of the Mayo Total AnkleArthroplasty. The Journal of Bone and Joint Surgery, 1994.
[11]Kitaoka HB, Patzer GL, et al. Clinical results of the Mayo total anklearthroplasty. J Bone Joint Surg Am,1996.
?。▽徳u四部 滕穎影 劉斌 供稿）
來源：中國器審
