膝關(guān)節(jié)置換術(shù)及假體的研究進(jìn)展

李玉安 谷長躍 王佳音 (吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院骨科，吉林 長春 130033)

膝關(guān)節(jié)是人體最大、解剖最復(fù)雜、對運動功能要求很高的關(guān)節(jié)。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的，全世界每年有大量患者接受膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。根據(jù)對歐美17個國家的統(tǒng)計，每年約有110萬人行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，其中8%是二次翻修，并且膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的人數(shù)以每年11%的速度遞增。其中，女性患者占64.4%，小于 65周歲者占29.4%，患者呈現(xiàn)年輕化的趨勢。如何在臨床中選擇高質(zhì)量的假體以及改進(jìn)假體設(shè)計、提高手術(shù)技巧，成為擺在所有關(guān)節(jié)外科醫(yī)生面前的一個重大課題。本文將國內(nèi)外有關(guān)膝關(guān)節(jié)置換研究的一些最新進(jìn)展加以綜述，包括假體類型和手術(shù)技術(shù)等方面，以供國內(nèi)外同行借鑒。

1 膝關(guān)節(jié)假體的歷史

到了20世紀(jì)30年代，表面成形技術(shù)開始應(yīng)用，1983年，Harold Bou受到Smith Peterson設(shè)計金屬股骨頭的啟發(fā)，用金屬鑄成遠(yuǎn)端股骨。Jones等在股骨部件上加一根髓內(nèi)干，手術(shù)結(jié)果41%患者恢復(fù)良好〔1〕。1951年Walldius開始應(yīng)用丙烯酸甲脂做鉸鏈型人工膝，此后改用金屬材料獲得成功〔2〕，它不能模擬人工膝關(guān)節(jié)的三軸運動，使用久后，松動幾乎不能避免。Guepar作了改進(jìn)，螺栓向后向頭端移動，屈曲可不受限制，僅需切除18 mm骨質(zhì)〔3〕，這對于人工膝失敗后改做關(guān)節(jié)固定術(shù)是有利的。所有鉸鏈型人工膝的基本問題，是股骨、脛骨部件不能旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)扭力傳遞到假體-鉸鏈軸或骨一水泥界面，如要減少因松動和疲勞所致的失敗，人工膝應(yīng)有一定的旋轉(zhuǎn)。屬于旋轉(zhuǎn)鉸鏈型人工膝有 Herbert膝〔4〕、球心膝〔5〕等。

本世紀(jì)五十年代末，McKeever和Macintosh分別設(shè)計了脛骨平臺并應(yīng)用于臨床〔6，7〕。由于膝關(guān)節(jié)股骨面仍可能引起疼痛，且脛骨平臺常發(fā)生松動，效果并不盡如人意。Walldius回顧896膝脛骨平臺成形術(shù)的結(jié)果，即使按照最寬容的標(biāo)準(zhǔn)，僅46%的病人獲得成功〔8〕。這個數(shù)字難以鼓勵骨科醫(yī)生采用這種方法去代替關(guān)節(jié)固定術(shù)。1971年，Gunston〔9〕提出應(yīng)用單個部件代替相對的關(guān)節(jié)面，維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定，模擬膝的運動。他設(shè)計的輪軌狀人工膝關(guān)節(jié)雖沒有獲得最后的成功，但他第一個應(yīng)用生物力學(xué)原則設(shè)計人工膝關(guān)節(jié)，在形狀和結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的人工膝完全不同，具有劃時代的意義。與此同時，Coventry等〔10〕發(fā)展幾何型全膝假體，這種假體保留前后交叉韌帶和側(cè)副韌帶，它能糾正中度內(nèi)外翻和屈曲畸形，不置換髕股關(guān)節(jié)，獲得廣泛應(yīng)用。

1975年，人們已充分了解增加人工膝的運動范圍，降低骨一水泥界面的應(yīng)力，對全膝人工關(guān)節(jié)置換有很大意義。為了達(dá)到上述目的，設(shè)計的全膝關(guān)節(jié)應(yīng)保留側(cè)韌帶、后交叉韌帶和關(guān)節(jié)囊以維持穩(wěn)定。依靠軟組織提供的生物學(xué)限制，可吸收傳遞到骨一水泥界面的作用力，并增加屈曲，如需進(jìn)一步增加屈曲和旋轉(zhuǎn)運動，股骨部件應(yīng)分左右側(cè)，并像正常股骨髁那樣，從前向后逐漸減少旋轉(zhuǎn)半徑，解剖型全膝就是按照這種原理設(shè)計的一種假體〔11〕。

特種外科醫(yī)院設(shè)計的全髁膝〔12〕，需切除交叉韌帶和置換簇股關(guān)節(jié)，通過加深脛骨杯和選擇不同厚度的脛骨部件，以維持膝關(guān)節(jié)運動時側(cè)韌帶和關(guān)節(jié)囊的張力，保證人工膝的穩(wěn)定，70年代中期在美國和歐洲國家廣泛使用。由于膝關(guān)節(jié)的作用和運動遠(yuǎn)比髖關(guān)節(jié)來得復(fù)雜，迄今為止，已有一百余種不同類型的人工膝問世，以適應(yīng)各種病人的需要。Hungerford等強(qiáng)調(diào)正確的和可重復(fù)的手術(shù)技術(shù)是很重要的〔13〕，無疑手術(shù)的效果相當(dāng)程度上決定于假體正確的安裝。

在全膝人工關(guān)節(jié)發(fā)展的漫長道路上，一個可喜的進(jìn)展是假體固定方法的改變。Freeman設(shè)計的脛骨部件有兩根帶翼片的聚乙烯栓，這是利用壓配合固定技術(shù)，代替丙烯酸水泥〔14〕。Kenna發(fā)展的多孔表面解剖型人工膝，可使骨細(xì)胞長入金屬的多孔內(nèi)，使骨和假體得到理想的生物學(xué)結(jié)合〔15〕。迄今為止，它的臨床經(jīng)驗雖有限，但初步結(jié)果是令人鼓舞的。在全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)發(fā)展的百余年歷史中，全膝人工關(guān)節(jié)置換已成為除了關(guān)節(jié)固定外另一種可被接受的治療方法，它能為病人提供一個穩(wěn)定、無痛、可活動、能使用多年的新關(guān)節(jié)。

2 膝關(guān)節(jié)假體的分類

目前，人工膝關(guān)節(jié)假體種類繁多，按置換范圍可分為單髁型、全髁型;按固定方式可分為骨水泥型、非骨水泥型;按限制程度又分為限制型、非限制型;根據(jù)關(guān)節(jié)面是固定還是旋轉(zhuǎn)分為固定型、旋轉(zhuǎn)平臺型。根據(jù)患者自身情況選擇最合適類型的假體，直接關(guān)系到手術(shù)效果。

相對于全髁關(guān)節(jié)置換，單髁關(guān)節(jié)置換僅針對病變間室進(jìn)行表面置換，用于治療單間室骨關(guān)節(jié)炎，目前主要是針對內(nèi)側(cè)髁進(jìn)行置換。Riddle等〔15〕報道1998～2005年，美國單髁關(guān)節(jié)置換數(shù)量由6 570例增加至44 990例，平均每年增加32.5%。Lyons等評估了1978～2009年分別行全髁和單髁的病人，經(jīng)過比較骨性關(guān)節(jié)炎指數(shù)，發(fā)現(xiàn)單髁組均高于全髁組〔16〕。Ackroyd等經(jīng)10年隨訪結(jié)果表明，單髁優(yōu)良率為77.9%，全髁優(yōu)良率為75.1%。綜合目前的文獻(xiàn)報道，單髁與全髁相比具有創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、保存骨量、并發(fā)癥少、術(shù)后功能好、保留本體感覺、髕股關(guān)節(jié)咬合良好等優(yōu)點〔17〕。

從固定方式上來看，目前絕大多數(shù)選擇的是骨水泥固定型人工關(guān)節(jié);實踐證明只要使用得當(dāng)，其臨床效果十分滿意。非骨水泥固定型假體的設(shè)計思想則是通過緊密壓配和骨組織長入假體多孔層達(dá)到生物固定的效果。使用這種假體對局部骨骼質(zhì)量、術(shù)者的操作技術(shù)要求較高，并且術(shù)后恢復(fù)時間較長。Park等對比了50個同時行雙側(cè)全膝關(guān)節(jié)置換的病人(一側(cè)行骨水泥型固定，對側(cè)行非骨水泥型固定)，長期隨訪后并未發(fā)現(xiàn)其臨床效果有顯著性差異。目前在歐美經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，骨水泥型假體仍然為其主流。

限制性假體主要指鉸鏈?zhǔn)降腉uepar型、Herbert型等，術(shù)后膝關(guān)節(jié)僅限于單一平面活動，造成假體與骨水泥及骨組織之間應(yīng)力異常集中，假體松動與感染等并發(fā)癥發(fā)生率相當(dāng)高，現(xiàn)已極少用于初次膝關(guān)節(jié)置換術(shù)病人，僅適用于膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)、骨腫瘤切除后關(guān)節(jié)重建、嚴(yán)重骨質(zhì)缺損或者膝關(guān)節(jié)周圍軟組織破壞關(guān)節(jié)不穩(wěn)等病例。非限制型假體臨床上常用的有3類:不保留后交叉韌帶的后方穩(wěn)定型、側(cè)副韌帶穩(wěn)定型(全髁型為代表)、保留后交叉韌帶型。對于人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中是否保留后交叉韌帶，目前仍有很大爭議。目前認(rèn)為膝關(guān)節(jié)置換中保留和不保留后交叉假體全膝關(guān)節(jié)置換的臨床療效無顯著差異，但非保留組的關(guān)節(jié)活動度有大于保留組的傾向〔18〕。因此，保存結(jié)構(gòu)正常的交叉韌帶，可最大限度地維持膝關(guān)節(jié)自然穩(wěn)定性，減少假體-骨水泥-骨組織界面剪切力;而不保留后叉韌帶的后方穩(wěn)定型設(shè)計目的是增加穩(wěn)定性、減少假體間接觸應(yīng)力，特點是高吻合性，一般都有凸輪設(shè)計。通常對于高度屈曲膝攣縮畸形及后叉韌帶有缺損者，選用不保留后叉韌帶的后方穩(wěn)定型。

3 膝關(guān)節(jié)術(shù)式的發(fā)展

早在1861年，F(xiàn)ergisson報告因骨關(guān)節(jié)病而實施了膝關(guān)節(jié)成型術(shù)。1863年，首次出現(xiàn)膝截骨面之間插入了關(guān)節(jié)囊一部分的記載，目的是防止截骨處的愈合。在以后的實踐中，還應(yīng)用了皮膚、脂肪甚至豬的膀胱。但結(jié)果基本不成功。1920～1930年，Campbell利用游離筋膜做關(guān)節(jié)成型術(shù)〔19〕。上述的方法是為了解決關(guān)節(jié)的強(qiáng)直，而不是治療骨性關(guān)節(jié)炎。這種方法是膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的前身。

現(xiàn)在，通?？紤]當(dāng)保守治療以及其他外科治療方法治療終末期膝關(guān)節(jié)疾病失敗時，則需要膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，它可持久緩解疼痛并且提高患肢功能?；颊吣挲g高于70歲是行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的最佳年齡，但若患者年齡小于50歲時行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)則需要權(quán)衡利弊。膝關(guān)節(jié)置換術(shù)通常分為全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)和單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)兩大類。近年來，先進(jìn)的假體設(shè)計、微創(chuàng)技術(shù)等因素明顯提高了單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)的成功率，單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)適用于包括年輕以及活動量大在內(nèi)的膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)髁病變者，已有報道表明單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)假體10年生存率在94%～97%。盡管單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)取得了不錯的中期生存率，但其翻修量卻在增長〔20〕，主要翻修原因為假體無菌性松動以及未置換間室出現(xiàn)疾病的進(jìn)展，這導(dǎo)致大部分病例最終需要行全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)。單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)適用于年齡小于65歲的膝關(guān)節(jié)炎內(nèi)側(cè)髁或外側(cè)髁病變者，但不適用于以下膝關(guān)節(jié)炎患者:髕股關(guān)節(jié)病變，交叉韌帶或者側(cè)副韌帶不穩(wěn)定，肥胖超重，關(guān)節(jié)活動度受限(如屈曲＜90°，伸展＞10°，內(nèi)外翻畸形＞ 10°等)。曾接受過脛骨高位截骨術(shù)的膝關(guān)節(jié)炎者不宜行單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)。

全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療包括膝關(guān)節(jié)炎在內(nèi)的膝關(guān)節(jié)終末期疾病的金標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展十分迅速，隨著手術(shù)技術(shù)的日臻成熟和膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計材料和相關(guān)器械的不斷完善、改進(jìn)，臨床效果也不斷提高。目前，全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)后10～15年假體生存率在95%以上，平均生存期在20年左右。隨著技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)在公認(rèn)全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)的手術(shù)適應(yīng)證為:老年全膝骨關(guān)節(jié)炎患者，疼痛嚴(yán)重經(jīng)正規(guī)保守治療無效，且功能明顯受限時可考慮全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)。手術(shù)禁忌證包括:(1)全身或局部的任何活動性感染;(2)關(guān)節(jié)主要運動肌癱瘓或肌肉、肌腱等組織破壞。在全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)中，對于是否保留后交叉韌帶，人們爭議較多。贊同保留后交叉韌帶的認(rèn)為，它符合生理及運動的需要;不保留交叉韌帶，會導(dǎo)致關(guān)節(jié)的前后松動。保留韌帶，使截骨的量減少，對髕骨的位置影響小，因此產(chǎn)生的疼痛可以避免。在步態(tài)方面，保留韌帶要對稱和協(xié)調(diào)。有些報告指出，在關(guān)節(jié)的前后松動和運動方面，經(jīng)10年隨訪，保留韌帶與否并沒有太大的差異。贊成切除后交叉韌帶的人認(rèn)為，到關(guān)節(jié)置換的程度，交叉韌帶已失去了應(yīng)有的功能，即使保留了韌帶，也會對脛骨后方的塑料墊有較大的應(yīng)力，加速它的磨損。由于后交叉韌帶的精確性，有人認(rèn)為，如果1年內(nèi)做不到20例關(guān)節(jié)置換，不要在保留交叉韌帶的問題上再計較了。交叉韌帶的切除，使手術(shù)野的范圍擴(kuò)大，暴露廣泛，平衡韌帶容易，截骨易于操作。保留后交叉韌帶易導(dǎo)致關(guān)節(jié)的屈曲攣縮畸形，最重要的是，保留了后交叉韌帶使塑料墊的應(yīng)力加大，容易過早地磨損。

通過對全髁關(guān)節(jié)置換術(shù)以及微創(chuàng)骨科的不斷研究，在其領(lǐng)域內(nèi)涌現(xiàn)出兩種新的技術(shù)。微創(chuàng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)與計算機(jī)導(dǎo)航全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。Khanna等〔21〕對2003年1月至2008年6月之間發(fā)表的28篇關(guān)于微創(chuàng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)性回顧后認(rèn)為，與標(biāo)準(zhǔn)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)相比，微創(chuàng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后疼痛減輕、股四頭肌功能恢復(fù)更快、術(shù)中失血量減少、膝關(guān)節(jié)活動度增加(大部分文獻(xiàn)認(rèn)為關(guān)節(jié)活動度只是短期增加)以及住院時間縮短，但是這些優(yōu)點尚缺乏從微創(chuàng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中止血帶使用時間可能更長和假體位置可能不佳等角度加以校正，故仍需通過多中心、長期隨訪來論證微創(chuàng)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的優(yōu)點。計算機(jī)導(dǎo)航全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)能提高膝關(guān)節(jié)假體安置位置的準(zhǔn)確性，更好地恢復(fù)下肢力線，增加假體的使用壽命，但有證據(jù)表明使用計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)反而增加了手術(shù)時間，且能否為患者帶來長遠(yuǎn)的益處仍需拭目以待。

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用了近30年，但是有關(guān)髕股關(guān)節(jié)是否置換的問題，仍存在較多爭議。在開展膝關(guān)節(jié)置換的早期，不置換髕骨，術(shù)后發(fā)生很高比例的膝前疼痛，從而引進(jìn)了髕骨假體置換。但置換髕骨又導(dǎo)致了其他并發(fā)癥的出現(xiàn)，例如髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定、髕骨骨折，以及髕骨假體失敗、磨損和松動等。單純因為髕骨問題需要再手術(shù)者達(dá)3%。髕股關(guān)節(jié)并發(fā)癥與設(shè)計和手術(shù)技術(shù)有關(guān)，例如髕骨截骨過量、過多，骨床厚度小于13～15 mm，易發(fā)生髕骨骨折;截骨不對稱將導(dǎo)致髕骨傾斜和不穩(wěn)。脛股外翻、股骨和脛骨假體內(nèi)旋和髕骨假體外置，均是造成髕骨不穩(wěn)定的原因。髕股關(guān)節(jié)對于關(guān)節(jié)線高度的恢復(fù)與否也十分敏感。手術(shù)技術(shù)的困難使一些醫(yī)生反對在常規(guī)膝關(guān)節(jié)置換過程中置換髕骨。我們建議在大多數(shù)情況下應(yīng)該進(jìn)行髕骨置換，除非患者較年輕，或者過度肥胖而且髕骨軟骨面完整。

4 展望

人工膝關(guān)節(jié)經(jīng)過近30年的發(fā)展，在基礎(chǔ)研究、假體設(shè)計、手術(shù)技術(shù)等方面均取得了很大的進(jìn)展。隨著人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如何設(shè)計出更符合人體生理學(xué)的個性化假體、提高假體的使用壽命和改善術(shù)后的功能、減輕手術(shù)創(chuàng)傷和提高手術(shù)精確度，將是今后努力的方向。

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