人工膝關節(jié)置換術發(fā)展現(xiàn)狀

馬濤 郝林杰 張育民 宋偉 程輝光 李坤

[摘要] 膝關節(jié)置換術已經發(fā)展較為成熟，是目前針對保守治療無效的膝關節(jié)類疾病患者的主要臨床治療手段，取得了較好的臨床療效。本文將國內外有關膝關節(jié)置換研究的一些最新進展加以綜述，總結和探討了膝關節(jié)假體類型和固定方式的研究進展，并闡述了常見膝關節(jié)置換術后并發(fā)癥，以供國內外同行借鑒。

[關鍵詞] 全膝關節(jié)置換術;膝關節(jié)假體;手術療效;并發(fā)癥

[中圖分類號] R687? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2018）36-0160-05

[Abstract] Knee arthroplasty has developed more mature， which is the main clinical treatment for patients with knee joint diseases that are ineffective for conservative treatment， and has achieved good clinical results. This article summarizes some recent advances in knee arthroplasty at home and abroad， the research progress of knee prosthesis types and fixation methods were summarized and discussed， and expounds the complications of common knee arthroplasty for reference by domestic and foreign counterparts.

[Key words] Total knee arthroplasty; Knee joint prosthesis; Surgical efficacy; Complications

自全膝關節(jié)置換術應用于臨床以來，已成為公認的治療膝關節(jié)骨性關節(jié)炎、類風濕性關節(jié)炎等疾病終末期患者的最佳選擇。而膝關節(jié)是人體解剖結構復雜、對運動功能要求極高的關節(jié)，其運動模式復雜[1]，因此，對于膝關節(jié)假體的設計提出了很高的要求。如何在臨床中選擇高質量的假體以及改進假體設計、提高手術技巧，已經逐漸成為膝關節(jié)置換術中不可忽視的重點話題之一。本文將國內外有關膝關節(jié)置換研究的一些最新進展加以綜述，包括假體類型和手術并發(fā)癥等方面，以供國內外同行借鑒。

1 膝關節(jié)假體材料

膝關節(jié)假體使用的材料基本上是從髖關節(jié)假體演變而來，只是在假體材料的細微組成和加工工藝上有所改進，除了材料磨損特性及固定方式外，膝關節(jié)假體的設計更多的考慮了力學與運動學參數(shù)，術后下肢力線以及軟組織平衡狀況均對膝關節(jié)長期效果尤為重要。早期的人工關節(jié)是用不銹鋼制造的，但因不銹鋼的耐腐蝕性和強度不如鈷合金與鈦合金，已逐漸被后兩者所替代，而鈷合金和超高分子聚乙烯組成的假體仍是膝關節(jié)材料的“金標準”[2]。鈷合金是鈷基合金，其耐磨性、耐腐蝕性和綜合機械性能均較好，但鈷、鉻等金屬離子存在腎毒性及致癌性風險。鈦合金彈性模量與人骨的彈性模量較接近，具有良好的生物相容性、強度和耐腐蝕性，但鈦合金耐磨性較差，與人體體液長期接觸會產生黑水現(xiàn)象。為了提高膝關節(jié)金屬材料摩擦界面的抗磨損能力，表面改性處理技術成為主要手段，其目的主要在于提高材料的潤滑性能，降低摩擦系數(shù)。目前主要生產技術包括：表面氧化鈦性處理、氧化鋯性處理、聚氨酯化處理和水凝膠性處理等表面改性方法[3]。隨著材料技術的發(fā)展，普通聚乙烯材料逐漸被超高分子量聚乙烯替代，而通過γ射線或電子束的照射處理以及添加維生素E等措施可以明顯提高交聯(lián)度，進一步提高材料抗氧化性和耐磨性。

2 膝關節(jié)假體固定方式

膝關節(jié)假體的固定方式主要有骨水泥固定與生物固定。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節(jié)，實踐證明只要使用得當，其臨床效果十分滿意，與非骨水泥固定假體相比，骨水泥固定不易發(fā)生假體微移動，固定作用是通過大塊充填和微觀的機械交鎖實現(xiàn)，其顯著的特點是假體可以獲得即刻的固定，固定優(yōu)點在于骨水泥向骨小梁中的滲透，松質骨得到加固后可以更好地承受形變，使假體與骨之間的應力分布均勻，不良應力減小，避免應力集中。非骨水泥固定型假體的設計思想則是通過緊密壓配和骨組織長入假體多孔層達到生物固定的效果，所以非骨水泥型全膝關節(jié)置換術在適應人群上有所不同，它適合于年齡較輕、骨質條件較好且無明顯骨質缺損的患者。使用生物固定假體時，術中要求更為精確的截骨，若截骨有偏差，骨與假體界面存在縫隙，必然影響假體的初始穩(wěn)定性及后期骨長入，因此，使用這種假體對局部骨骼質量、術者的手術技術要求高。

有研究對1997～2003年芬蘭關節(jié)登記系統(tǒng)32 000例全膝關節(jié)置換術（total knee arthoplasty，TKA）手術，3%屬于生物固定，6%屬于混合固定[4]。Sibanda N等[5]報道在英國非骨水泥固定TKA大約占8%，術后3年骨水泥固定TKA翻修率為1.45%，非骨水泥固定為1.5%，兩者沒有顯著差異。由于膝關節(jié)周圍缺乏強健肌肉、韌帶等保護，其初始固定比較重要，所以目前仍以骨水泥固定為主。雖然目前缺乏長期、高質量的對比研究，但是，相信隨著生物固定界面材料比如骨小梁樣金屬（trabecular metal，TM）和羥基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）的發(fā)展，生物固定方式可能會逐漸增多，尤其是對于較年輕及活動量大的TKA患者[6]。

3 膝關節(jié)假體類型

3.1后穩(wěn)定型與后交叉韌帶保留型膝關節(jié)假體

根據(jù)術中是否保留后交叉韌帶而將膝關節(jié)假體分為后穩(wěn)定型（posterior-substituting，PS）與后交叉韌帶保留型（cruciate-retaining，CR）假體，其均已在臨床上應用超過20年，有學者認為使用CR假體可以保留更多骨質及交叉韌帶本體感覺，更接近生理的膝關節(jié)運動學，膝關節(jié)屈曲時滿足股骨髁后滾要求，能夠提供足夠的穩(wěn)定性并且可以防止脛骨前移[7，8]。但是由于仍然缺乏前交叉韌帶，在股骨髁滾動時存在滑動的現(xiàn)象，會增加脛骨聚乙烯墊片的接觸應力，加劇磨損[9]。PS假體使用了金屬襯托的脛骨平臺，允許股骨髁在膝關節(jié)屈曲過程中在脛骨平臺上后滾，不僅增加活動度，而且限制了股骨前移增加穩(wěn)定度。其手術技術難度低，更容易操作掌握，假體界面更穩(wěn)定[10，11]。不足之處在于易出現(xiàn)脛骨平臺襯墊背面磨損，存在潛在過伸位撞擊問題，導致髕骨沉悶綜合征（patellar clunk syndrome）[12]。

目前，大多數(shù)文獻認為兩者總體效果無明顯差異。Bolanos AA等[13]對14例雙膝分別使用PS及CR假體的關節(jié)置換的患者進行隨訪，在98個月的隨訪期內未發(fā)現(xiàn)雙膝在功能、股四頭肌及腿后群肌肉肌力、步態(tài)、活動度等方面的差異。而Lozano-Calderón SA等[14]的一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn)PS及CR假體術后2年疼痛、功能、假體生存率無明顯差異，但PS假體組術后活動度稍較CR組平均高約5°，另外也發(fā)現(xiàn)PS假體組發(fā)生傷口血腫的概率稍高，但感染率未見差異。Arabori M等[15]對20例雙膝分別使用CR及PS假體的關節(jié)置換患者進行隨訪，分析雙膝運動學差異，發(fā)現(xiàn)PS假體在負重及屈膝情況下更穩(wěn)定，未見股骨前移，而CR假體在負重情況下屈膝30°～60°時有前移的傾向，表明雖然保留了PCL，但是可能并未發(fā)揮較大作用。同時也發(fā)現(xiàn)PS假體較CR假體置換術后膝關節(jié)活動度大。Schnurr C等[16]通過對50例使用PS假體的膝關節(jié)術前術后屈伸間隙進行測量，發(fā)現(xiàn)在去除PCL后會增大屈曲間隙，而伸直間隙保持不變，這可能是PS假體較CR假體置換術后ROM大的原因之一。關于保留和不保留后交叉韌帶的爭論仍將繼續(xù)。

3.2 固定平臺與旋轉平臺膝關節(jié)假體

根據(jù)脛骨側假體是否具有旋轉功能，將膝關節(jié)假體分為固定平臺與旋轉平臺兩種類型。最早的旋轉平臺膝關節(jié)假體為出現(xiàn)于1976年由Goodfellow和Ocornor的牛津膝關節(jié)[17]，隨后又出現(xiàn)了LCS、MMK、TACK、MBK等假體。旋轉平臺假體設計遵循“自然膝”的理念，最大限度增大股骨與脛骨假體間形合度，同時聚乙烯墊片在脛骨平臺上旋轉活動，分散平臺界面之間的應力，減少聚乙烯墊片的磨損和假體的松動[18]。

目前對旋轉平臺假體療效是否優(yōu)于固定平臺假體學術界仍存在爭議[19]。Bhan S等[20]對32例術前雙膝活動度無差異的患者進行膝關節(jié)置換術，一側植入固定平臺假體，另一側植入旋轉平臺假體，經過平均6年隨訪，未發(fā)現(xiàn)旋轉平臺假體在術后活動度、KSS評分、患者的主觀偏好及髕股并發(fā)癥發(fā)生率有差異，但是旋轉平臺假體發(fā)生脫位1例，需要早期翻修，提示旋轉平臺半脫位或者脫位可能是早期翻修的一個重要原因。Jacobs W等[21]從Medline（1966～2002年）及現(xiàn)刊目錄（1996～2002年）搜索關于固定平臺及旋轉平臺的隨機對照研究或者臨床對照研究文獻，包括其參考文獻中的類似文獻，進行Meta分析后同樣未發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明兩種類型假體中任何一種在術后活動度及功能方面的優(yōu)勢性。Kim Y-H等[22]對108例平均年齡45歲且最大年齡不超過51歲的患者雙膝分別行固定平臺及旋轉平臺膝關節(jié)置換進行前瞻性研究，平均隨訪16.8年，假體存活率均超過95%，未發(fā)現(xiàn)兩種類型假體在活動度及功能方面的差異，但未發(fā)現(xiàn)旋轉平臺假體半脫位及脫位發(fā)生，旋轉平臺型假體對手術要求較固定平臺型假體高，提示脫位可能與術者手術技術有一定關系。國外學者進行兩種類型假體的術后步態(tài)分析同樣也未發(fā)現(xiàn)差異[23]。

雖然旋轉平臺在理論上更適合膝關節(jié)的生物力學，但是在臨床上對于年輕患者或者年長患者均未發(fā)現(xiàn)其中、長期療效的優(yōu)越性。目前，固定平臺型假體10～15 年的生存率達90% 以上[21，22]，技術已經比較成熟，而旋轉平臺型假體存在脫位的風險，且手術技術要求更高[24]，對于初學者可能使用固定平臺更好，在獲得相似的術后效果的同時，有較低的風險。另外，有學者提出旋轉平臺型假體增加了一個磨損界面，手術技術要求較高，并且隨著術后時間的延長及磨損的發(fā)生，其“半月板”是否能夠真正運動令人產生疑問[25]。因此，對旋轉平臺假體與固定平臺假體學之間的爭議仍將持續(xù)下去。

4 膝關節(jié)單髁置換術

單髁置換術（Unicompartmental knee arthroplasty，UKA）始于20世紀70年代，適用于膝關節(jié)單間室的骨關節(jié)病變，能夠明顯緩解疼痛，改善功能。早期UKA由于術后早期效果差、假體失敗率高，難以大范圍推廣使用[26]。近年來由于關節(jié)假體設計和手術器械的改進、微創(chuàng)技術的應用以及手術適應證的嚴格把握，UKA手術逐漸增多[27]，有學者報道其術后10年假體生存率可以達到94%[28]。

UKA最適用于年齡在60歲以上且活動量不多的非肥胖老年OA患者，其無夜間休息痛，膝關節(jié)活動度在90°左右，屈曲攣縮不超過5°，成角畸形不超過15°，并能夠被動矯正。對于ACL缺失或者既往有關節(jié)不穩(wěn)史的患者不推薦UKA，因為可能會加劇術后關節(jié)的磨損。雖然發(fā)現(xiàn)60歲以下患者UKA長期累積失敗率高于60歲以上患者，但是，由于其創(chuàng)傷小、費用低、發(fā)生并發(fā)癥概率低、恢復快等諸多優(yōu)點，也有學者應用于更年輕的人群作為初次膝關節(jié)置換的首選[29]。

由于單間室病變大多位于內側，所以內髁膝關節(jié)置換占UKA絕大多數(shù)，外髁置換只占約5%～10%[30]。由于內外側間室解剖及生物力學的不同，內外髁關節(jié)置換假體及手術原則并不完全相同，而內側UKA對手術技術的要求較外側UKA更高[31]。早期內側間室置換術成功率稍高于外側置換，但隨著新的假體出現(xiàn)及技術的發(fā)展，現(xiàn)階段兩者長期結果及翻修率相似。

相比于TKA手術，UKA切口小，創(chuàng)傷小，切除骨質少，保留了交叉韌帶、髕股關節(jié)、內側脛股關節(jié)及半月板等軟骨組織，康復時間短，較好的保留了膝關節(jié)運動功能及本體感覺[32]。另外，失敗的UKA較容易翻修為TKA，推遲初次TKA的時間十年以上，避免了初次TKA后復雜的翻修手術[33]。但UKA對手術技術要求較高，假體位置安放不正確將導致嚴重的磨損，甚至脛股半脫位。

目前，臨床上對于UKA的遠期效果仍存在爭議。Griffin T等[34]對2004年之前關于UKA、TKA、脛骨高位截骨術（high tibial osteotomy，HTO）的文獻進行薈萃分析，發(fā)現(xiàn)UKA關節(jié)活動度優(yōu)于TKA，術后總體并發(fā)癥發(fā)生率低于HTO，與TKA相似，但TKA容易發(fā)生下肢靜脈血栓，術后5年關節(jié)功能和疼痛情況與TKA、HTO相似，術后10年UKA假體生存率為85%～95%，TKA在90%以上，HTO成功率低于85%，UKA總體療效與TKA相近，優(yōu)于HTO。但是，一項來自于對芬蘭關節(jié)登記系統(tǒng)27年間的初次UKA和初次TKA數(shù)據(jù)對比分析的研究發(fā)現(xiàn)UKA的成功率低于TKA，UKA的術后5年、10年、15年Kaplan-Meier生存率分別為89.4%、80.6%、69.6%，TKA分別為96.3%、93.3%、88.7%，但是，由于把握適應證、假體類型、患者人口統(tǒng)計學特征等的不同，結果可能存在偏倚[35]。目前，仍然缺少關于初次UKA與TKA療效對比的高質量RCT試驗以及初次UKA翻修為TKA后其成功率的報道。

5 高屈曲型膝關節(jié)假體

術后關節(jié)活動度是評價TKA手術的一個重要指標。大多數(shù)傳統(tǒng)膝關節(jié)置換術后患者屈膝程度不超過110°～120°。高屈曲度假體相對傳統(tǒng)假體有更大股骨后髁的面積和屈曲弧，理論上可使膝關節(jié)置換術后達到較大的關節(jié)活動度[36]，并且在屈曲120°～150°范圍內假體依然保持面-面接觸，減少了膝關節(jié)極度屈曲時的假體磨損[37]。

但是，術后關節(jié)活動度不僅僅取決于假體本身，也與患者性別、BMI、病因、膝關節(jié)既往手術史、術前屈曲程度、伸膝裝置的有效性、髕股關節(jié)的情況、術中假體位置的安放、屈伸間隙、骨贅去除情況、術者的手術技巧以及術后康復等密切相關[38，39]，所以假體的設計不是決定術后膝關節(jié)屈曲程度的唯一因素。

目前，大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)高屈曲假體未能提供較高的術后關節(jié)屈曲度，與傳統(tǒng)的膝關節(jié)置換效果相似[40，41]。但是，在某些患者群體中療效良好，提示對于高屈曲型TKA應嚴格把握手術的適應證及患者的選擇，同時也要求術者有精良的手術技術。

有研究發(fā)現(xiàn)高屈曲型膝關節(jié)假體置換術后早期股骨側假體發(fā)生松動概率升高[42，43]，也有研究指出當高屈曲型假體置換術使用較厚的脛骨襯墊（>14 mm）時會明顯增大術后假體翻修的風險[44]。但是也有文獻報道未發(fā)現(xiàn)術后早、中期無菌性松動的證據(jù)[45，46]。有學者提出高屈曲型假體置換術后患者深屈曲時會增加患膝髕股關節(jié)及假體關節(jié)面的壓力，可能加劇磨損，導致假體早期失敗[9]。另外，由于手術去除較多骨質，對假體的二次翻修可能會帶來不便。

6 膝關節(jié)置換術后并發(fā)癥

雖然人工關節(jié)置換術成功率越來越高，但是仍有許多問題存在，比如因為骨溶解導致的無菌性松動，尤其是對于活動量較多的年輕患者更為明顯。目前，下肢深靜脈血栓和肺栓塞、傷口愈合不良、假體周圍感染、假體周圍骨折、關節(jié)僵硬、無菌性松動等是膝關節(jié)關節(jié)置換術后的常見并發(fā)癥。

雖然隨著材料學的發(fā)展及術者手術技術的不斷提高，初次膝關節(jié)置換失敗率在不斷降低，但隨著關節(jié)置換總體數(shù)量的不斷增長，關節(jié)翻修術的絕對數(shù)量也在增加。與初次置換相比較，關節(jié)翻修術手術難度大，持續(xù)時間長，出血量大，感染風險高，對術者手術技術要求更高，而翻修術的效果都比初次置換術差。目前，膝關節(jié)假體失敗翻修的原因主要為假體周圍骨溶解、假體松動、感染、假體周圍骨折等。而在我國感染仍然是導致TKA后失敗翻修的最主要原因。

7 臨床展望

自膝關節(jié)置換術應用于臨床以來，成為公認的治療保守無效的膝關節(jié)類疾病患者的最佳措施。人工膝關節(jié)置換術經過幾十年的不斷發(fā)展，在材料選擇、假體設計、手術技術等方面均取得了長足的進步和發(fā)展。隨著人們對生活質量要求的不斷提高以及科學技術的不斷發(fā)展，個體化定制假體將成為未來的發(fā)展趨勢，同時，不斷提高假體的使用壽命和術后療效、減輕手術創(chuàng)傷和提高手術精確度，將是今后努力的方向。

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（收稿日期：2018-10-12）