人工関節の概念は.簡単に言えば体の関節の動きを回復させるために作られた人工臓器です。 そして.現在.臨床の場で広く成功裏に使用されている人工臓器である。
ほとんどの人工関節は.世界中で成功裏に使用されています。 その特徴は.優れた設計の人工関節が人体に装着されても20年生存率が90％を超え.中には30年以上生存するものさえあることです。
歴史と発展
当初は.怪我をして矯正した関節の機能を取り戻したいというニーズがありました。 そのために.非常に有益な試みがいくつもなされました。 例えば.関節固定術が考案され.関節の可動域はある程度回復しても.関節運動の強度や安定性が悪く.得られた関節の機能はあまり満足のいくものではありませんでした。
その後.さまざまな試みがなされた。
1880年.オリエは関節の周りの軟部組織を利用して「関節面」を作りました。
1908年.レクサーは筋膜を使って「関節面」を作りました。
1919年.ビールは豚の膀胱から「関節面」を作りました。
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1891年.グルックは象牙で人間用の股関節を作り.人体に装着した。 失敗したが.この試みは人工関節の歴史に「革命」をもたらしたことは間違いない。
第二次世界大戦の頃までは.材料の進歩によって.より良い義肢を選択することができたのです。
1937年.Smith-Petersenは「関節面」にコバルトクロム・モリブデン合金を選び.臨床に成功し.1939年にはWilesが全金属製の人工股関節を設計し.これも臨床に成功した。 現代の人工関節のパイオニアとして知られている。
1960年代.イギリスのチャーンレイは股関節全置換術を画期的に進歩させた。 チャーンレイは.今でも人工関節の「ゴールドスタンダード」と呼ばれ.「人工関節の父」とも呼ばれている。
1.金属と超高分子ポリエチレンを併用し.大腿骨頭を小径（直径22.5mm）にすることで.人工関節の摩耗が大幅に少なくなりました。 いわゆる低摩耗の原理です。
2.人工股関節の固定に骨セメント（ポリメチルメタクリレート）を使用することで.人工股関節全置換の成功率が格段に高くなりました。
3.層流浄化手術室の採用が提唱され.感染率が大幅に減少した。
人体力学の絶え間ない理解と材料科学の急速な発展により.人工関節の設計はますます人体の生理的・解剖学的特性に沿ったものとなり.人工関節の摩耗や損傷はますます少なくなり.人工関節の寿命はますます長くなってきている。 例えば.解剖学的な人工股関節.回転機能を有する人工膝関節などです。
人工関節用材料
現在.人工関節に使われている材料は.コバルトクロム・モリブデン.チタン.超高分子ポリエチレン.セラミックスなどです。 コバルトクロム-モリブデンはより強い合金で.主にアレルギーの少ないセメント系人工関節や人工大腿骨頭部に使用されています。 チタンは人間の皮質骨に最も近い弾性率を持つ金属で.組織親和性が良い。 主に非セメント系の人工関節に使用されます。 UHMWPEは耐摩耗性と組織適合性に優れ.クッション性が高い。 コバルト-クロム-モリブデン合金やセラミックスと組み合わせた摩耗界面。 セラミックスは.表面の平滑性が非常に良く.硬さと脆さを同時に持っています。 主に人工大腿骨頭部に使用されています。
プロテーゼの表面
人工関節と周囲の骨セメントや骨との固定を良くするために.人工関節の表面に特殊な処理を施すことがよくあります。 例：粗面.マイクロポーラス面.マクロポーラス面.サンゴ面.チタン線面.HAコーティングなど
(ハイドロキシアパタイト）骨セメントプリコーティングなど。 弾性率の異なる2つの材料を応力下で固定する場合.接触界面にはある程度の微小な動きがあり.界面の固定を重視しすぎると応力集中につながることがあります。
セメント系人工関節の長期臨床観察では.表面が粗い（1.5μm）ため.骨セメントとの微小なロッキングが良好で.界面の微小運動による骨セメントの切削効果を回避することができます。 非セメント人工関節の表面は.50～200umの孔を持つマイクロポーラスであることが望ましく.これは骨の生着と血管の生着を最も促進する。 HAコーティング（ハイドロキシアパタイト）は.動物実験と臨床応用において.人工関節と骨の迅速なオッセオインテグレーションを可能にすることを示している。
人工関節置換術の目的は.以下の通りです。
1.痛みを和らげるため。
2.機能を向上させるため。
3. 変形の矯正のため。
人工関節手術は確立された技術であり.世界中で広く行われていますが.臨床的な治療の選択肢はそれだけではありません。 一方で.手術自体には一定のリスクがあり.合併症も多く存在します。 重要な要素のひとつは.プロテーゼの寿命です。 また.術者の人工関節に対する理解度や手術手技はもちろん.病院の一般的なレベル.特に手術室の状況も手術の成功に重要な要素となります。 また.QOL向上の必要性に対する患者さんの理解や.外科医との協力態勢も手術選択の重要な要素です。
人工関節置換術の原理。
1.選択された人工関節は.その地域の生体力学的特性に適合している必要があります。
2.最小限の骨切り
3.周囲の血流を可能な限り温存する。
4.手術は.人工関節の設計思想を反映したものでなければならない。
5.人工関節の装着は.即時安定性と長期安定性を考慮する必要があります。
6.起こりうる修正問題を円滑にする。
禁忌事項
1.他の疾患を伴い.手術や回復の過程に影響を与える。例えば.心臓血管疾患.糖尿病.血液疾患など。
2, 局所的または遠隔の感染病巣または潜在的な感染症はいつ？
3.機能的再建が不可能な場合.骨格.血管.神経.筋肉などの原因により四肢が機能せず.骨と義肢の有効な固定が失われた場合。
4.患者が協力的でない.または回復に自信がない場合。
5.術者の理由：手術とプロテーゼを十分に理解していない。
6.病院や手術室など：患者は事故がタイムリーかつ効果的な方法で対処することはできませんが.手術室の無菌状態が修飾されていない場合。
初期の合併症
I. あらゆる関節の周辺には.重要な神経や血管の損傷が多く存在します。 アクセス.プロテーゼの装着.手術中の体位変換など.手術の手順により.周囲の神経や血管を傷つける可能性があります。 術前の局所解剖の知識.優しく正確なプロテーゼのフィッティング.優しいポジショニングは.合併症を最小限に抑えるために不可欠です。
股関節の手術では.坐骨神経と総腓骨神経が傷つきやすく.大腿神経と骨端神経は傷つきにくいです。 寛骨臼を露出させる際のプリングフックの不適切な使用や.大腿骨近位部骨髄開放時の軟らかいドリルや髄腔からのセメントの流出が原因で.怪我をすることが多い。 また.手術後の手足の過度な伸展も血管神経損傷の原因としてよく知られています。 膝の手術では.関節の後方にある叩打神経と叩打動脈.後方にある総腓骨神経が主な原因です。 傷害のメカニズムは.ほぼ上記と同じです。
第二に.手術後に血腫ができると.感染の可能性が非常に高くなります。 手術中の丁寧な止血と.術後のルーチン的な陰圧ドレーンの留置と開存は血腫予防に有効な対策である。 血腫が発生した場合は.速やかに治療する必要があります。
第三に.手術中の大きな出血箇所については.厳重に止血する必要があります。 出血傾向のある患者には特に注意し.必要に応じて血液専門医に相談すること。 複合血液疾患.長期慢性肝疾患.抗凝固剤使用.家族歴のある患者さんは.手術に十分な準備をする必要があります。
痛み 手術後の合併症の中で最も多いのが痛みです。 通常.術後1日目から2日目に発生します。
長引く痛みは.他の原因がないかを速やかに調査する必要があります。 最も考えられる原因は.感染によるゆるみです。
通常の治療は.鎮痛剤の投与や鎮痛用ポンプの設置です。
手術後の感染は人工関節置換術の最も深刻な合併症であり.その結果は壊滅的なものになる可能性があります。 手術が完全に失敗したり.障害が残ったり.ひどい場合には死に至ることも少なくありません。
他の併存疾患がある場合.感染の可能性が高くなることがあります。 代表的なものは.糖尿病などです。
ホルモン剤の長期使用.免疫抑制剤.二次手術.局所の瘢痕化などは.すべて感染の可能性を高めます。
したがって.術野や遠位部に感染病巣がある場合は人工関節置換術の禁忌となる。
感染症の診断と治療 I. 診断
感染症は.局所の発赤.腫脹.熱感.疼痛などの典型的な症状があれば.容易に診断することができます。 しかし.低毒性感染症や慢性感染症が発生した場合.臨床症状が非典型的であることが多く.その後.他の臨床検査.細菌培養.X線写真などの補助的な検査によって診断がなされることになります。
感染性人工関節のゆるみと無菌性人工関節のゆるみを区別することは.治療や予後を導く上で臨床的に非常に重要である。
1.臨床症状：痛みは感染症の重要な症状の一つである。 痛みのほとんどは.安静時痛と活動時に発生します。 無菌性のプロテーゼのゆるみは.主に活動時に発生する痛みを示し.安静にしているとかなり緩和されます。 感染症は微熱として現れます。
2.臨床検査：白血球数.血沈.CRP（C-reactive protein）.穿刺液培養など。 特に.血沈とCRPの組み合わせ.特に動的な値の変化は低酸素性感染症の診断に大きな意味を持つ。
3.X線検査：感染症の初期のX線症状は明らかではありません。 骨軟骨炎や骨髄炎の後遺症はありますが.無菌性のゆるみとの区別が非常に難しい場合があります。
治療：表面的な感染は比較的容易であるが.深い感染は非常に困難である。
深部感染症の管理は厄介なものです。 感染症によって.さまざまな治療法があります。
1.局所灌流：急性感染症の場合.主に術後3週間以内。 3週間以上経過した感染症や低酸素症の感染症は.この保存的治療が有効でないことが多い。
2.I期再置換：コントロールされた急性感染症や低酸素性感染症に対しては.I期で感染した人工関節を除去し.新しい人工関節を設置する。 また.感染症の病態に応じて.抗生物質入りの骨セメントを使用します。
3.第二期修正：感染のコントロールが困難な場合.まず治療用プロテーゼで感染したプロテーゼを除去して局所治療を行い.全身的な総合治療を併用し.感染がコントロールされたら新しいプロテーゼを装着することができます。
人工関節置換術または切断術：患者の全身状態および患肢の局所状態により.人工関節の再挿入が不可能な場合に用いられる方法である。
骨折は術中と術後に発生することがあります。 前者は.主に外科手術に関連するものです。
前者は.術中の体位変換.歯髄ファイルの使用.リポジショニングなど手術に関わるものが多く.後者は外傷やプロテーゼのゆるみに関わるものが多く.晩期合併症となります。 治療法としては.内固定術の移植.骨移植.外固定術など.様々な方法があります。 さらに重要なことは.手術の方法に注意を払い.骨折をしないように正しいリハビリテーションや生活習慣を身につけることです。
VII.血栓症血栓症の原因は.以下の通りです。
1. 手術前後の長時間のベッドレストにより.筋緊張が低下し.静脈血流が遅くなる。
2.手術中に静脈を直接または間接的に傷つけた場合。
3.手術中の多量の出血と比較的不十分な水分摂取により.血液が凝固しやすい状態にあること。
主な症状は.患肢の腫れと筋肉の圧迫感で.微熱を伴うこともあります。 重症の場合.チアノーゼや四肢の水腫が起こることがあります。 血栓症の予防と治療。 全身の筋肉の早期等張性収縮を促す。 低分子デキストラン.ヘパリン.アスピリンなどの薬剤で予防が可能です。 必要であれば.外科的に血栓を除去する。
VIII.脱臼：術後の人工関節の脱臼は.特に人工股関節全置換術の合併症として多くみられ.その原因は以下の通りです。
1. 同じ関節に過去に手術を受けたことがある。
2.サージカルアクセスと転位。
3.補綴物の位置が不適切であること。
4.補綴物間の影響
5.関節周囲の軟部組織の調子が悪い。
6.術後の関節固定（またはリハビリテーション）が不適切であること。
術後の関節脱臼の予防・治療方法には.以下のようなものがあります。
1.補綴物の位置を正しく防止する。
2.関節周囲の軟部組織の緊張を確保するようにする。
3.手術で人工関節を装着する前に.トライアルモールドを十分に活用して関節の可動性を確認する。
4.術後は股関節の過度の内反を避ける。
5.手術後.関節が不安定な場合は.外固定時間を適宜延長する。
6.閉塞性再ポジショニングは.麻酔下で.外部固定と組み合わせて行うことができます。
7.外科的切開と再ポジショニング。
晩期合併症
人工関節のゆるみは人工関節置換術後の最も多い合併症であり.再手術の主な理由となり.人工関節の耐用年数に直接影響します。 プロテーゼのゆるみの発生をいかに抑えるかは.常に外科医の努力の方向であった。 簡単に説明すると.プロテーゼのゆるみの原因は主に以下の通りです。
1.有害ストレスの影響
2.フラグメンテーションによる骨溶解。
第二に.異所性骨化症 異所性骨化症とは.手術後に関節周囲の軟部組織に骨の沈着が発生することです。 病態は不明である。 軟部組織に大きな損傷がある場合や.体力に関係する場合がほとんどです。 一般的に使用される予防薬には.非ステロイド系のホルモン剤があります。
カラープロテーゼの特徴
1.大腿骨近位部の骨切り面とのアライメントが適切であれば.応力伝達の分布と方向がより合理的になり.すなわち大腿骨の正常な生理的荷重伝達を回復させることができます。
2.ステムの沈み込みを防ぎ.ステムの正しい位置を確保することができます。
3.大腿骨近位部髄腔を完全にカバーし.関節の摩耗による「破片」の侵入を防ぐ。
骨セメント？ ノンセメンテッド？
人工股関節置換術において.セメントと非セメントのどちらを選択するかは.しばしば直面する問題である。 これは.初回置換手術と再手術の両方に言えることです。 まず.両者の特徴を理解する必要があります。
セメント系補綴物の特徴。
1.臨床応用期間が長く.臨床結果が明確で.成功例が多いこと。
2.操作技術が非常に成熟している。
3.外科手術の必要性が比較的低い。
4.患者さんの回復までの時間が比較的短い。
ノンボーンセメントプロテーゼの特徴。
1.生物学的固定を用いることで.骨セメントの使用に伴う副作用を回避することができる。
2.直面する可能性のある再手術の選択肢を増やす。
3.術者に要求される手術条件が比較的高い。
4.よくある合併症として.大腿部痛があります。
しかし.難しい選択を迫られたとき.非セメント人工関節を選択することは間違った選択かもしれません。 セメント系人工関節と非セメント系人工関節の選択は.決して患者さんの年齢だけを基準にすべきではありません。 患者様の骨の状態.成長の可能性.生活の質の要求.リハビリテーションへの協力.術者の様々な種類の人工関節に対する理解と技術.これら全てが人工関節を選択する上で重要な要素です。
これらの要素は.再手術のためのプロテーゼの種類を選択する際にも考慮されます。 しかし.再手術にはそれぞれの特徴があります。 例えば.骨欠損の状態.骨折の有無.感染の有無.潜在的な感染因子など。
セメント系人工関節で再置換する際に直面する問題点は
1.硬化した骨界面に対する骨セメントの結合強度は.いわゆる微細な絞めつけがなくなるため大きく低下し.初期置換時の20％程度にしか達しない。
2.再手術で大きな骨欠損を埋めるために骨セメントのみを使用すると.骨セメント自体の強度が著しく低下することがあります。
3.骨の完全性がない場合.骨セメントが充填されない。
4.手術中に骨折した場合.骨セメントを使用すると骨折の隙間に流出し.骨折が治らないことがある。
5.複数回の再手術に直面した場合.骨セメントを除去すると.必然的に骨の損失がより広範囲に及ぶことになります。
しかし.再手術においてセメント系人工関節を使用することには.術後直後の安定性が良い.感染症や感染の可能性がある場合に抗生物質入りセメントを使用できる.手術が比較的簡便である.などの利点があります。 これらの欠点は.圧縮インプラントや構造インプラントと組み合わせることで回避することができます。 再手術に非セメント人工関節を使用することで.これらのデメリットを回避することができます。
また.複合骨折の際にも独自の優位性を発揮します。 デメリットは.手術の必要性が比較的高いこと.感染の可能性があること.手術のリスクが高くなること.術後直後の安定性が悪いことです。