改善髋关节置换术

如果我们按照建议每天走1万步——相当于每年走365万步，一生走2.5亿步……这并不奇怪，随着年龄的增长，我们关节内提供光滑减震表面的软骨开始磨损，并可能变得疼痛。最终，唯一的选择可能是髋关节置换术。就改善生活质量而言，这可能是有史以来最成功的手术之一;尽管如此，来自利兹大学的索菲·威廉姆斯(Sophie Williams)仍在努力让事情变得更好，她向凯蒂·海勒(Katie Haylor)解释道。

Sophie -髋关节是球窝关节。骨盆里有个窝，我们称之为髋臼。在你的大腿骨的顶部有一个像球一样的东西，它位于你的髋臼的中空处。它们都被软骨覆盖，非常光滑，润滑得很好。所以当你沿着它走的时候，所有的东西都在滑动，摩擦力很小。

凯蒂-考虑到这种设计，为什么有人需要髋关节植入?

在英国是因为骨关节炎。这就是软骨被磨损的时候，没有了柔软的软骨层使它没有摩擦。你的骨头会互相碰撞，这就会引起疼痛。

凯蒂-所以我们知道髋关节是什么样子。植入物是什么样子的?

很像那个球窝。所以头部就是一个圆球，一个球。想想一个非常光滑的高尔夫球。它们往往比自然的臀部小:所以自然的臀部直径可能在5厘米左右;髋关节置换术往往更小，所以比较常见的是28毫米。插座很可能是一个白色的塑料然后也安装在一个金属轴上，所以你有一个塑料衬垫，然后一个金属外壳，然后所有这些都适合髋关节的插座。

凯蒂-为什么是金属和塑料?

这是20世纪60年代偶然发现的一种组合，我们并没有太大的偏离。这些材料非常耐磨;我们已经能够选择金属对塑料，不会对身体产生巨大的反应;我们一直在寻找更自然的替代品，但实际上并没有找到任何耐磨的东西来满足工作的要求。

凯蒂:你说的磨损是指，如果你把任意两个表面摩擦一段时间，它们就会磨损，对吗?你可能会有碎片脱落，导致……我想它们在体内会造成麻烦吗?

他们可以的。这是其中一件事，我们一直在寻找磨损更少的材料。所以在身体里，当你行走的时候，你会让金属头和塑料摩擦你会得到非常非常小的塑料磨损颗粒。

凯蒂-如果它们进入你的血液会发生什么?它们会进入你的血液吗?

粒子确实倾向于停留在局部。虽然我说它们真的很小，但它们还没有小到可以在体内流动。但是细胞会过来，它们的大小和细菌差不多，所以细胞会过来，把它们看作外来的东西，试图吃掉它们，然后引起反应。这些细胞想要摆脱这些颗粒因为它们认为它们不应该在那里。所以它们会发出一些化学信使，这些化学信使会改变那个区域骨细胞的行为。所以你开始磨损骨头，所以实际上髋关节替代物会变松。这是一个长期的过程，通常发生在关节植入人体15年后。我们的塑料已经改变了;虽然我们仍然像20世纪60年代那样使用金属和塑料，但我们已经改变了我们的塑料，所以我们的磨损更少，所以你更不可能有磨损的问题。

凯蒂:那么在髋关节植入方面，我们还需要做些什么呢?因为这听起来可能是一个相当复杂的问题。那么，怎样才能减少磨损呢?

我们已经做了很多了。用的是聚乙烯，你的塑料袋也是由聚乙烯制成的，但它的分子量很高。这意味着它是非常非常大，非常长的聚合物链在这种材料中，然后非常紧密地挤在一起。我们用伽马射线照射这些植入物，在材料中产生交联，在这些链之间产生化学连接，这实际上大大减少了材料的磨损。所以你的髋部在它上面前后摆动。你需要投入更多的能量，如果你愿意的话，进入这个系统，让这些链分解，释放粒子。

问题是，它也使材料的延展性降低，因此弹性降低。现在它没有很大的弹性，但它变得更脆了。假设在炎热的天气里有一块巧克力，它有一点弹性，你可以稍微弯曲一下。这在髋关节置换术中是一件好事:在塑料窝中只有一点点弯曲。如果你把它放在冰箱里，它就会变得很脆。所以如果你在聚合物中加入大量的伽马射线它就会变得更脆。因此，作为材料科学家，我们确实需要考虑这种抵消是什么;你想减少磨损但又不想让材料变得太脆。所以这两者之间有一个妥协。我们已经做了大量的研究，我们已经找到了我们需要的区域，这样材料就不会太脆，但它们的磨损也会很低。

凯蒂-伽马射线…这并不意味着髋关节植入物会有放射性，对吗?

苏菲-没有，没有。完全没有放射性。事实上，伽马射线是在手术前用于对各种医疗植入物和器械进行消毒的。

凯蒂:那你的工作之一就是帮助外科医生减少出现问题的可能性吗?

苏菲-是的。我们和外科医生合作，也和植入物制造商合作。我们的实验室里有模拟器，所以它们就像假病人一样，有人走了几百万步，我们看到这些材料是如何磨损的。然后我们也会稍微改变一些东西，比如头在插孔里的位置，看看这是否会改变我们的磨损程度。所以我们可以真正了解这些材料是如何工作的，然后再把它们放在病人身上。

凯蒂-这些金属塑料髋关节植入物有多好?它们和真货一样好吗?

不，它将永远是你身体的替代部分。但绝大多数患者确实会谈论他们被遗忘的关节他们并不知道它的存在。他们当然可以继续拥有他们想要的那种生活方式。