植入物腐蚀问题在骨科学中已经成为了一个持久的挑战。甚至Sir John Charmley 也曾指出在创伤和关节置换术植入物的设计上，腐蚀是一个关键性的挑战。因会继发电解腐蚀，而不能在同一植入物中使用不同金属材料的观念，已经成为骨科住院医教育中的一个基本科学概念。

但是在实践中，常使用各种不同金属组合来提高整体植入物设计。比如在全髋关节置换技术中，钴铬合金头配钛金属柄是行业标准。那么，标准惯例和教科书的差异在哪呢？

电解腐蚀

电解腐蚀的产生是因两种不同金属内部存在电化学差异，理论上讲，就是一种金属变成正极，另一种变成负极。活泼金属，也就是正极，在不活泼金属的吸引下，导致电解腐蚀。以此理论为基础，产生在两种不同金属之间的电流回路会导致腐蚀的扩大，因此常识认为不要在同一个骨科植入物中使用多种金属。

钝化层是一个关键的组成部分，以确保避免多元合金复合植入物发生电解腐蚀。金属们不是钝性的，或许可以将其在活体内产生的氧化层看作一种表面处理的结果，可保护植入物不被腐蚀。本质上，这层金属氧化膜变成了一个绝缘体，保护暴露在电化学环境中的金属支架。

不是所有的金属都可以形成稳定的钝化层，典型的“不稳定”金属包括钛、铬、钼合金等。

腐蚀实际上与钝化层的分解有关。化学和机械损耗，不仅腐蚀隔离植入物的动态氧化层，并且是造成植入物磨损和腐蚀的原因。本质上，磨损和腐蚀变得密不可分、二者相互依赖，加速复合物的分解。

钝化层

钝化层动力学，是植入物腐蚀的理论基础，三种腐蚀类型包括：点状腐蚀、裂隙腐蚀、微动磨损。点状腐蚀，是因金属氧化层的局部溶解和蛀孔的形成速度快于金属氧化层的建构速度而造成的。裂隙腐蚀以相似的机械理论为基础，发生在液体扩散受限的停滞区域。

在裂隙腐蚀中，氯离子浓度的增加、低PH值及低氧分压均会增加金属氧化层的溶解性，从而加速钝化层的分解。微动磨损对裂隙腐蚀起到物理协助的作用，由此产生的机械破坏使裂隙腐蚀更易占主导地位。受腐蚀风险最高的是不锈钢-钴铬合金复合物，这个复合物具有最脆弱的钝化层，导致发生腐蚀的阈值较低。

电解腐蚀是可能被避免的，当一个稳定的钝化层构建在金属复合物上，可限制造成裂隙腐蚀和微动磨损的运动生物化学反应或局部化学反应。当具备稳定的钝化层，并消除金属间运动后，不同的合金复合物可以被用在相同的植入物中。

髋关节置换植入物

在髋关节置换术（THA）设计中可以见到一个应用混合金属材料的典型案例。在引入多孔涂层非骨水泥髋关节置换假体后，混合金属材料第一次显现出优势。如the Harris-Galante，解剖性多孔涂层假体（PCA)、解剖自锁髓内钉（AML）的设计，要求应用的混合金属能够提供良好的轴承面，并为促骨向内生长而进行优化。

最初，这些模型中的假体不是由完全的钴铬合金就是钴铬合金与钛合金的混合物制成。根据早期研究报告的髋部疼痛的初步转归，及对钴铬合金股骨柄的高硬度的担忧，标准被调整为钴铬合金头配钛合金股骨柄。

是什么引起了对多种金属复合物THA股骨假体的需求？钴铬合金是股骨头设计的优良金属，作为轴承面，它的硬度十分理想，可减少磨损，但不适合制作股骨柄，因其弹性模量显著高于真骨。

另一方面，钛合金更适合制作股骨柄假体，因其可促使骨向内生长，并与骨的弹性模量接近，因此植入物的承受的应力遮挡较小。同时，钛合金具有更佳的生物相容性、耐疲劳性，并且更易塑造需要的几何结构及亚态以促进骨向内生长（从制造的角度来看）。

这两个部分的关键连接出现在股骨头和股骨颈之间的模块化圆锥接口处，圆锥结构实质上是将股骨头锁定在股骨颈内，通过摩擦力防止移动，但是接合点不能防止液体渗入。这些模块接合点会变成关节置换术设计的弱点，易受影响而发生磨损或破裂。

大量研究已经证实裂隙腐蚀和微动磨损（机械性的裂隙腐蚀，非电解性腐蚀），是头颈圆锥接口钝化层磨损的主要形式，即使不存在电解腐蚀，其造成的磨损仍会是非常严重的。

机械性裂隙腐蚀会导致很多问题，包括：植入物丧失机械完整性、由咬合面间捕获因子造成的三体磨损、骨质溶解、及局部肉芽肿炎性反应，从而导致植入失败。近期有报道称，固定金属对聚乙烯髋关节植入物中假瘤的形成，或与机械性裂隙腐蚀有关。

金属对金属大直径股骨头因为轴承表面积大，圆锥接口处阻力较大，而使微动磨损增强。当股骨颈引入模块化后，再连接另一个圆锥接口，微动磨损产生的碎片会明显增加。

模块化会成为植入物设计的弱点，并且是造成腐蚀碎片增多的原因。

尽管对骨科植入物的应用经验已经超过了四十年，但腐蚀始终是一个问题。钝化层保护特定组合的混合金属免于发生电解腐蚀，解除了人们最初的担忧。但是在许多更新的设计中，微动磨损是造成碎片产生的主要原因。达到了相应的条件，裂隙磨损和微动磨损可以导致植入失败。所有外科医生都应该警惕，提高模块化水平会导致植入系统中碎片增加。

原文地址：http://www.aaos.org/news/aaosnow/apr13/research4.asp

更多精彩内容，请点击专题报道：2013年美国骨科医师学会年会

www.cmt.com.cn