膝關節翻修術中骨缺損處理的研究進展

龐新崗綜述，包倪榮，趙建寧 審校

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膝關節翻修術中骨缺損處理的研究進展

龐新崗綜述，包倪榮，趙建寧 審校

骨缺損的處理是行膝關節翻修術必須面對的問題，除磨損、骨質溶解等情況外，術中的操作也是造成骨缺損的重要原因。針對骨缺損的不同位置和程度有不同的處理方式，對于輕度骨缺損使用骨水泥、螺釘、打壓植骨等即可獲得良好的效果，對于嚴重的骨缺損，干骺端替代物已成為結構性植骨之外的另一種有效方法，對于骨缺損嚴重、韌帶平衡差的患者，定制假體能幫助保留部分關節功能。不同的處理方式各有利弊，文章就不同骨缺損處理方式的選擇及其優缺點進行綜述。

膝關節翻修術；骨缺損處理；AORI分型

膝關節表面置換術(total knee arthroplasty，TKA)作為治療終末期膝關節疾病的最佳方案已被越來越多的醫生和患者接受。隨著TKA的開展，感染、磨損等各種原因導致的膝關節翻修的病例也在逐年增加，美國骨科醫師學會就曾預測，2005-2030年膝關節翻修病例數將增加6倍[1]。據調查，在接受膝關節翻修的人群中，有超過20%的病例術前有明確的骨缺損的影像學表現[2]，術中假體移除也會增加骨量丟失。因此處理骨缺損是行膝關節翻修術必須面對的問題。骨缺損處理不當將導致假體支撐不足、應力遮擋、骨質溶解，進而加重骨缺損，最終導致翻修失敗，如何處理骨缺損成為膝關節翻修術中最大的挑戰。膝關節翻修術常見的骨缺損原因包括假體無菌性松動、感染、骨磨損、應力遮擋、不恰當的假體取出等[3-4]。對于小到中度的骨缺損，傳統的處理方式如骨水泥螺釘重建、金屬墊塊、打壓植骨等可以取得較好的效果；對于嚴重的骨缺損，由于結構植骨存在較高的失敗率，已漸漸被干骺端鈦合金袖套和鉭金屬錐形體取代。文章就不同骨缺損處理方式的選擇及其優缺點展開綜述。

1 骨缺損的分型

目前已有多種骨缺損分型系統，其中安德森骨科研究所分型系統(Anderson orthopedic research institute，AORI)是目前應用最廣泛的分型系統。該系統將骨缺損分為3型。AORIⅠ型為輕度骨缺損，缺損區周圍骨皮質完整，關節線位置接近正常，無或僅有輕度假體沉降。AORIⅡ型骨缺損周圍的骨皮質可保持完整或部分缺失，通常呈現為干骺端的中心性或周圍性骨結構缺失。常伴有關節線位置的改變或假體下沉，而側副韌帶的股骨和脛骨止點均保持完整，根據骨缺損涉及的范圍可分為ⅡA 型：骨缺損累及單側間室；ⅡB 型：骨缺損累及雙側間室。AORIⅢ型，骨缺損區周圍皮質骨大量缺失，側副韌帶的止點消失[5]。

2 骨缺損的處理

2.1 骨水泥與螺釘 骨水泥可以提供良好的即時固定，但力學特性較差，目前多用于AORIⅠ型骨缺損的處理。對于缺損深度和寬度<5 mm的骨缺損，單純使用骨水泥修補缺損可獲得與植骨相同的效果[3]；對于深度在5～10 mm之間，寬度<50%股骨髁或脛骨平臺的骨缺損，在缺損處間隔5～10 mm釘入直徑6.5 mm的螺釘可以為骨水泥分擔應力，有效增加骨水泥強度。Ritter 等[6]最早將螺絲釘加強骨水泥技術在臨床應用并取得滿意的早期效果。隨后該團隊對這種技術進行了中期和長期隨訪，均獲得滿意結果[7-8]。Berend等[8]在對9516膝進行長期隨訪發現，骨水泥聯合螺釘處理脛骨5～20 mm骨缺損并未增加手術失敗率，相對于與使用墊塊等方式，其性價比更高。

需要注意的是，骨水泥并非生物材料，只能填補間隙，不能促進骨缺損的修復，并且其彈性模量低于正常人體組織，容易導致脛骨平臺負荷不均，另外骨水泥在固化過程中體積會縮小2%，以上情況均會增加假體下沉的風險。選擇骨水泥聯合螺釘修補缺損時不可避免地要面對電化學腐蝕及磨損的問題，通過調整螺釘深度、使骨水泥覆蓋螺釘以及選用抗腐蝕更強的材料如鈦合金等可以減少腐蝕的發生。

2.2 植骨 顆粒骨植骨可單獨或聯合假體、Mesh網修復AORIⅠ-Ⅱ型包容性及非包容性骨缺損。作為生物材料，其最大的優勢是能恢復骨量，因此更適用對骨量要求較高的年輕患者。Sugita等[9]對45例脛骨骨缺損(深度10～25 mm)的患者行顆粒骨植骨，隨訪均獲得良好的中期效果。自體骨兼具良好的骨傳導作用和骨誘導作用，其含有的有活性的成骨細胞、破骨細胞能有效促進壞死骨的吸收及新骨的形成，實現骨缺損修復。同種異體骨只保留了骨傳導的特性，在松質骨融合和皮質骨修復的過程較自體骨延長。考慮到植骨融合和吸收的問題，目前多數學者認為顆粒骨尺寸為0.5～1 cm，對于<0.5 mm的顆粒骨容易因炎癥反應發生骨吸收，對于>1 cm的顆粒骨則會延長骨融合時間[10]。

自體骨來自術中截骨或髂骨取骨，數量受到限制，同種異體骨來源相對較多，包括新鮮冰凍骨及凍干骨等，低溫能夠延長骨的保存時間(在-70°條件下異體骨可以保存5年)[11-12]，并能減輕異體骨植骨引起的免疫反應，但同時低溫也會使骨強度下降。對于較小的包容性骨缺損，術中通過打壓植骨的方式即可獲得良好的結構性支撐；對于較大的包容性骨缺損，通過打壓植骨填充后，使用帶延長桿的假體分散骨-假體界面應力以增加穩定性；對于AORIⅡ型非包容性缺損，可以使用Mesh金屬網籠將其轉化為包容性骨缺損后，再使用顆粒骨進行修復[13-15]。

對于無法使用墊塊的缺損面積過大的AORIⅡ-Ⅲ型骨缺損可使用結構性同種異體骨植骨。Backstein等[16]認為脛骨側非包含性骨缺損大小>10 mm, 脛骨側>20～45 mm, 就需用結構性植骨。結構性植骨的優勢在于其具有恢復骨量的生物學潛能，因此更合對骨量保持要求較高的患者，其次移植骨可以根據骨缺損形的形狀進行塑性，靈活性優于定制假體，而且其力學性能和負荷傳導能力優于骨水泥，此外通過結構性植骨可恢復關節線的高度并且能為韌帶的再附著創造條件。目前關于骨缺損處理的諸多報道中，結構性植骨均可獲得較好的中長期效果[17]，10年平均生存率74%[18]，Engh等[19]對46例結構植骨重建脛骨股缺損的患者進行長期隨訪，失敗4例，其中感染2例，無一例出現松動、塌陷。Backstein等[16]對61例患者進行平均5.4年隨訪，術后影像學檢查顯示植骨愈合率98.4%。

植骨修復骨缺損也存在劣勢，自體植骨骨量受到較大限制，同種異體骨來源較自體骨多，但存在疾病傳播及免疫排斥的風險，無論自體骨還是異體骨，植骨后均有可能發生植骨不愈合、畸形愈合、塌陷或吸收等問題。為提高植骨成功率，術前要根據骨缺損的范圍和程度備好與之相匹配的骨源，并使用低劑量射線照射以降低疾病傳染率；術中徹底清除硬化骨、壞死骨，建立健康的、血供豐富的骨床是植骨至關重要的一步，植骨前加壓灌洗髓腔可以減少術后免疫排斥的發生，為降低骨吸收的發生率，術中應盡量避免對異體骨的修飾；植骨后應注意使用自體顆粒骨填充移植骨-宿主骨間隙，促進骨整合的同時避免骨水泥進入間隙，通過使用帶延長桿的假體可以增加固定強度并分散移植區的負荷[20]，術后同樣應避免過早負重，一般術后4～6周逐漸負重，3個月后植骨融合后即可完全負重。

2.3 組合式假體和定制假體 使用金屬墊塊是處理中等大小骨缺損(AORI Ⅰ、Ⅱ型)、重建關節線的一種有效方法，金屬墊塊具有良好的負荷傳導能力，可以提供即時、穩定的機械支撐[21]，其對抗扭力的性能也要優于骨水泥[22]。根據需要，脛骨側金屬墊塊被設計為多種類型，包括矩形墊塊、半平臺楔形墊塊以及全平臺成角墊塊等，股骨側墊塊多為矩形墊塊。Chen等[23]研究表明，相較于楔形墊塊，矩形墊塊避免了骨接觸面上的剪切力作用，具有更高的穩定性。Fehring等[24]認為相比于楔形墊塊，矩形墊塊的應力分布更加均勻。對墊塊的選擇應依據缺損的形狀和大小，在滿足骨床制備的前提下，應盡量保留骨量，以增加機體穩定性，也利于以后行翻修手術。Brand等[25]最早報導了楔形墊塊的使用情況，在對22膝超過2年的隨訪中未發現假體松動跡象。但墊塊作為人工材料，同骨水泥一樣只能填補缺損，并不能促進骨的生長，相比于植骨，其翻修難度更大，且可能發生墊塊-假體松動、產生磨損微粒，有人設計了帶有內置墊塊的假體，有效的增加了穩定性，避免了松動的發生及磨損微粒的釋放[26]，可以達到定制假體的效果，但由于其假體與墊塊是配套使用，降低了應用過程中的靈活性。

定制假體在力學特性上要優于其他修補方法，多用于處理韌帶松弛、軟組織平衡差的嚴重骨缺損，可以有效恢復關節線，為恢復關節功能創造條件[27]。定制假體分為脛骨、股骨兩部分，采用鉸鏈技術提供穩定性。早期設計旋轉鉸鏈膝效果較差，存在較高的失敗率，新一代定制假體改善生物力學特性，得到了較好的臨床效果。采用定制假體手術操作相對簡單，療效也比較可靠，可滿足早期康復和負重的要求。但采用髁替代型鉸鏈式假體進行全膝翻修的最大顧慮或劣勢在于，此手術一旦失敗幾乎無法再次翻修。Angelini等[28]對11例接受鉸鏈式假體的患者進行隨訪，術后1年膝關節活動度5～85度，KSS評分67～95分。

2.4 干骺端袖套和多孔鉭錐形體 干骺端袖套和錐形體是目前常用的干骺端金屬替代物，適用于AORIⅡB及Ⅲ型骨缺損重建在修復骨缺損。干骺端袖套采用多孔表面設計、非骨水泥固定，有利于周圍骨沉積及骨重塑，其植入過程需用試模從小到大逐次擴髓成型直至獲得堅強的固定，從而使缺損區與干骺端袖套在外形上高度匹配，同時干骺端袖套為配套設計，末端可接延長桿以增加穩定性。Agarwal等[29]對104例膝隨訪2年，102例發生骨長入，發生松動的兩例膝未使用延長桿。多孔鉭強度和硬度與骨組織相似，具有良好的組織相容性和抗腐蝕性，其表面高摩擦特點增加重建后初始穩定性，其負電荷屬性和多孔特性有利于新骨長入，從而提供長期穩定的生物學固定。為增加早期穩定性，鉭椎形體同樣推薦與延長桿聯合使用[30]，對于大塊型骨缺損，必要時可以同時使用兩塊錐形體以提高穩定性[31]。Panni等[32]對9例接受金屬鉭錐形補塊植入的患者進行超過12個月的隨訪，術后患者膝關節評分較術前有顯著改善，術后攝片顯示所有病例均已發生骨整合。Kamath等[30]對62例使用多孔擔錐形體的患者進行了平均70個月隨訪，獲得了滿意的臨床效果和影像學結果，以翻修為終點，其生存率達到95.4%。相較于傳統的結構骨植骨，采用鉭金屬錐形體避免骨吸收、塌陷等情況，中短期隨訪顯示更低的假體松動發生率[33]。

相比于結構性植骨，使用干骺端袖套和多孔鉭錐形補塊不存在疾病傳播、骨不愈合、骨吸收等風險，但昂貴的價格、取出困難等問題同樣限制干骺端袖套和多孔鉭錐形補塊的使用[34]。

3 討 論

隨著TKA的開展，接受膝關節翻修的病例數也在逐年增加。由于感染、骨溶解、假體松動、假體取出等原因，膝關節翻修術中不可避免地要面對骨缺損的問題，如何處理骨缺損成為骨科醫生最大的挑戰。為方便手術設計，臨床醫生設計了多種骨缺損分型系統，目前應用最廣的是AORI分型。由于術前攝片時假體及自身組織的遮擋，術中骨量丟失增加等原因，最終的分型一般在術中確定。材料科學的發展及假體設計的完善為骨缺損的處理提供了多樣化的選擇，對于AORIⅠ型骨缺損，可以在截骨的基礎上使用骨水泥、螺釘重建缺損；對于AORIⅡ-Ⅲ型包容性骨缺損，選擇顆粒骨打壓植骨不僅能獲得良好的臨床效果，而且最大程度的保留骨量，因此更適用于年輕患者；對于非包容性骨缺損，脛骨或股骨墊塊可以實現缺損重建，為假體提供穩定支撐，目前可選的墊塊有矩形墊塊、半平臺楔形墊塊以及全平臺成角墊塊等，不同墊塊各有利弊，應根據術中骨缺損的形狀、大小進行選擇；對于墊塊不適用的較嚴重AORIⅢ型非包容性骨缺損，結構性植骨可以實現缺損重建，恢復關節線高度并為韌帶附著創造條件，但植骨不可避免的要面對骨不愈合、骨吸收、疾病傳播等問題，干骺端填充物在有效重建缺損的基礎上避免了上述問題；對于更加嚴重的缺損，定制假體成為恢復患者運動功能的一種選擇。

在處理骨缺損時骨科醫生應充分評估缺損程度、類型，選擇最合適的處理方式，除此之外，還應考慮患者的原發疾病、年齡、對運動能力的需求、經濟狀況[35]，必要時可以聯合多種方式重建缺損以增加成功率。

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(本文編輯：劉玉巧)

江蘇省自然科學基金(BK20161385);南京市科技項目基金(201402007)

210002南京,南京軍區南京總醫院骨科

包倪榮，E-mail：bnrbnr@sina.com

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R687.4

A

1672-271X(2017)02-0175-04

10.3969/j.issn.1672-271X.2017.02.016

2017-01-22；

2017-02-25)