全膝關節置換假體類型及應用進展

李桐，王文波

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院骨外科，哈爾濱 150001)

膝關節骨性關節炎是一種以關節軟骨變性、破壞及骨質增生為特征的慢性關節疾病，在中老年人群中十分常見。終末期膝關節骨性關節炎所引起的膝關節疼痛、活動受限及功能障礙嚴重影響患者的生活質量。目前，其治療方法以全膝關節置換術(total knee arthroplasty,TKA)為主，而應用于初次TKA的膝關節假體類型有后交叉韌帶保留型(cruciate-retaining insert,CR)、后穩定型(posterior-stabilized insert，PS)、超形合度型(ultra-congruent insert，UC)。根據是否保留后交叉韌帶(posterior cruciate ligament，PCL)，假體又可以分為PCL保留型(CR)和PCL替代型(PS、UC)。其中，UC假體在傳統膝關節假體的基礎上進行了改良，通過提高股骨假體與聚乙烯墊片間的形合度替代PCL的功能，解決植入CR假體時平衡間隙的技術難點，縮短手術時間，是代替傳統CR假體的一個良好選擇[1-3]。同時，UC假體還能避免植入PS假體時所造成的髁間骨量丟失、墊片中柱的磨損以及髕骨彈響綜合征的發生[4]。但UC假體是否能達到與傳統假體相同的治療效果，其活動度、穩定性及術后恢復等方面與CR、PS有何異同還需進一步探究。現就全膝關節置換假體類型及應用進展予以綜述，以期為臨床工作提供指導及參考。

1 初次TKA假體類型及其優缺點

1.1CR假體 CR假體是在早期全髁型假體的基礎上，在脛骨平臺后方留有容納PCL的缺口，可在術中保留PCL。PCL起于股骨髁間窩內前部，向后、外、下止于脛骨棘后側，能夠防止脛骨的向后移位，維持膝關節的穩定性，并具有在屈膝時牽拉股骨向后滾動的作用[5]。膝關節運動復雜，并不是簡單的屈伸活動，早期的全髁型膝關節假體設計對膝關節運動認識不足，在膝關節屈曲近100°時，因股骨后側干骺端與假體聚乙烯墊片后緣撞擊，限制了最大活動度。

CR假體的優點：①保留了PCL，存在股骨的后滾運動，能夠提高膝關節的潛在活動度。② CR假體要求等量截骨，恢復正常關節線位置，更接近術前正常狀態。③PCL中存在機械感受器，能夠在運動時提供本體感覺。膝關節的本體感覺包括關節的位置覺、運動覺以及神經反射和肌張力的調節能力，PCL損傷或斷裂后所產生的一系列癥狀是機械平衡改變和感覺傳入缺失導致[6]。有學者發現，CR假體在術后步態的恢復上較PS假體有更良好的表現[7]，可能與保留了PCL的本體感覺有關。

CR假體的缺點：①手術難度較高，終末期膝關節骨性關節炎患者的PCL常存在攣縮畸形，為獲得理想的膝關節活動度，對PCL的松解處理十分重要。由于PCL攣縮，重建韌帶間的平衡十分困難，雖然在CR假體應用過程中發現了間隙平衡的方法，但仍對術者的能力及經驗要求較高。②終末期膝關節骨性關節炎患者的PCL常發生退化，機械感受器損傷導致PCL部分喪失本體感覺功能[8]，故保留本體感覺的意義不大。③為適應PCL牽引下的股骨后滾，墊片設計需盡量平坦，股骨假體與墊片間的形合度較低，在膝關節運動過程中會加重聚乙烯墊片的磨損。

1.2PS假體 PS假體是一種PCL替代型假體，在股骨假體髁間處有髁間盒設計，同時在聚乙烯墊片中央存在突起的中柱。當膝關節屈曲時，股骨假體髁間盒后部抵在墊片中柱下方，形成向后作用力的杠桿，從而實現股骨后滾并維持膝關節的后穩定性。在植入時需股骨髁間截骨以容納凸輪結構。

PS假體的優點：①作為PCL替代型假體，術中直接切除PCL使手術的暴露和韌帶平衡更加容易，也可以避免CR假體因PCL松弛導致的股骨反常前移現象。②這種后凸輪結構能增加股四頭肌的力臂，使股四頭肌的發力更加輕松，也有利于術后康復鍛煉過程中對股四頭肌的保護[7]。③通過擴大股骨后髁面積以及改良髁間盒機制所生產的高屈曲度型PS假體的最大屈曲度可達155°，能夠滿足患者對高屈曲度膝關節運動的需求。

PS假體的缺點：①易松動且磨損率較高，其凸輪設計使更多的應力傳導至脛骨端骨與骨水泥交界處，更易引起假體松動。此外，墊片中柱也具有很高的磨損和斷裂風險，尤其在PS固定平臺假體中[9]。②植入PS膝關節假體時需在股骨髁間截骨制作髁間盒，會使患者損失更多的骨量，這對于骨量較少或骨質疏松患者不利。③PS假體置換術后常因股骨假體滑車撞擊股四頭肌肌腱而形成纖維結節，在主動伸膝至關節屈曲30°～50°時，纖維結節可卡在髁間窩內，表現為疼痛或非疼痛的摩擦感及彈響，這種PS假體的潛在并發癥被稱為“髕骨撞擊綜合征”[4]。

1.3UC假體 UC假體是一種較新型的膝關節假體，也是PCL替代型假體。UC假體股骨側使用的是與CR相同的標準股骨假體，但其墊片具有增高的前壁和加深的底盤。這種設計旨在使股骨假體與墊片之間更加貼合，提高形合度，防止膝關節屈曲時股骨髁的前脫位[10-11]。

UC假體的優點：①極高的形合度增大了股骨假體與墊片之間的接觸面積，從而在墊片上形成更好的受力分布[12]，有利于分散應力，減少墊片的磨損。②使用標準的股骨假體，在應用CR假體的TKA中如需切除PCL，僅更換UC墊片即可，為術者提供了便利。③相較PS假體，省去了后凸輪結構，無需制作髁間盒，避免了墊片中柱的磨損甚至斷裂，也無需擔心股骨髁間骨量丟失所導致的股骨髁骨折[13]。④避免了髕骨撞擊綜合征的發生。

UC假體的缺點:①這種設計可能會增加膝關節屈曲時股骨軸向的外旋[14]，導致的股骨假體與墊片之間的橫向摩擦會增加墊片的磨損。②應用時間較短，對于遠期存活率及并發癥等情況缺少足夠的研究報道。

1.4其他 根據聚乙烯墊片與脛骨托固定與否，又可以將假體分為固定平臺型假體與活動平臺型假體。活動平臺型假體的墊片與脛骨底座之間同時具備了活動性與限制性，更加符合膝關節生理運動模式，能夠減輕關節面下方壓力及骨與假體間的應力,減少墊片的磨損，延長假體的使用壽命。但關于活動平臺型假體與固定平臺型假體的對比研究發現，兩者在術后短中期的功能表現方面差異無統計學意義[15-16]。除活動平臺型假體翻修風險稍低外，假體存活率無明顯差別[17-18]，且活動平臺型假體并未解決PS假體髁間骨量損失的問題。

2 膝關節假體的臨床應用及治療效果

2.1CR與PS假體的選擇 一般認為，術前PCL已損傷的患者更適合選擇PS假體[12]。除此以外，對于初次行膝關節置換的患者，選擇何種假體一直存在爭論。支持CR假體的學者認為，保留PCL有助于患者的本體感受，利于患者術后步態恢復[7]。此外，保留更多的生理結構能夠減少骨與假體間的應力，且不需要髁間截骨，可為患者保留更多骨量，降低了股骨髁骨折的發生風險。而支持PS假體的學者認為，PS假體避免了平衡間隙的手術難點，如術中難以獲得理想的軟組織平衡，或是發生PCL醫源性損傷，對于經驗較少的術者建議使用PS假體[12]。高屈曲型PS假體能夠實現更大的活動度，適用于有特殊需求的患者。兩種假體在長時間應用和發展過程中取得了良好的治療效果，總體優良率及3年存活率均可達95%以上，且在術后早期和遠期的隨訪觀察及各項功能評分中也無顯著差別[19-20]，術后并發癥比較差異無統計學意義[21]。除特殊手術適應證外，是否保留PCL及假體類型的選擇主要取決于術者。

2.2UC假體與CR和PS假體療效的比較 UC假體在設計上具有一定的優點，目前廣泛應用于TKA的治療，在術后短中期內取得滿意的效果，并表現出良好的功能性和安全性[22-23]，但能否取代傳統假體仍需一步探究。目前關于UC假體的臨床研究較多，且多以CR或PS假體的臨床功能表現作為標準評價療效。

2.2.1股骨后滾與活動度 研究發現，UC與CR假體均不能完美還原膝關節生理性的股骨后滾[24]，兩者的活動度也未發現明顯差異[25]。但因試驗過程中患者處于麻醉狀態，膝關節肌肉松弛且被動屈伸，因而測量結果具有一定局限性。Rajgopal等[2]也發現，術后短中期UC與CR假體的活動度比較差異無統計學意義。部分學者研究發現，與PS假體相比，UC假體的術中活動度與股骨后滾較差[26-28]，但兩種假體術后短中期的活動度比較差異無統計學意義[29]。有學者提出，TKA后膝關節活動度達到111°～165°對于患者的日常生活非常必要[30]。PS假體雖然擁有較高的活動度，但3種假體在術后早期所達到的活動度均可以滿足患者的正常生活需求。股骨的后滾旨在提升膝關節屈曲時的運動空間，增加活動度的最大值。相對早期臨床功能表現，UC假體的股骨后滾運動雖不及PS假體，但在短中期的使用上并未造成不利影響。

2.2.2穩定性 有學者在TKA中進行抽屜試驗，采用導航系統對脛骨的前后移位進行測量，結果發現，UC與CR假體的矢狀位穩定性均低于術前，但兩者比較差異無統計學意義[25]。關于UC與PS假體術中穩定性的對比研究發現，當膝關節屈曲角度為0°和30°時兩者差異無統計學意義，而當屈曲角度為60°和90°時，UC假體表現出矢狀位松弛[26]。說明在特定角度下，UC假體的術中穩定性不及PS假體，在屈曲過程中，PS假體的后凸輪結構以中柱為支點形成杠桿，這種機械性結構使PS假體能夠展現良好的后穩定性。但考慮到術中穩定性測量時患者處于麻醉狀態，下肢肌肉松弛，因此無法評定術后患者是否會存在同樣的穩定性差異。也有學者采用體外裝置標準化抽屜試驗并與X線攝影測量相結合的方法，對UC與CR假體術后早期的穩定性進行了比較，結果發現UC假體的早期穩定性優于CR假體[24]。關于UC與PS假體術后早期穩定性的研究也發現，UC假體的穩定性較差[27]。CR與UC假體在維持穩定性上分別依靠PCL及膝關節周圍的軟組織張力，這表明兩種假體術后能否獲得良好的膝關節穩定性，在一定程度上取決于患者自身軟組織條件。

2.2.3膝關節功能評分 Rajgopal等[2]對105例膝骨關節炎患者進行雙側膝關節置換治療，隨機一側膝關節使用UC假體治療，另一側使用CR假體治療，術后進行6～24個月的隨訪。結果發現，在西大略湖和麥克馬斯特大學骨性關節炎指數評分及改良膝關節功能評分上UC假體略優于CR假體。而Song等[3]對76例(38例CR假體、38例UC假體)膝關節置換患者進行了為期至少3年的隨訪調查發現，在美國特種外科醫院膝關節評分、美國膝關節協會評分與西大略湖和麥克馬斯特大學骨性關節炎指數評分上CR假體與UC假體比較差異無統計學意義。因而，無論是同一個體還是單一個體間的比較，UC假體均有與CR假體基本相同的功能表現。Lützner等[29]對CR與UC假體術后進行了為期3～12個月的調查研究發現，兩種假體的美國膝關節協會評分及牛津大學膝關節評分均較術前明顯提高，且UC假體牛津大學膝關節評分中的疼痛評分和功能評分高于CR假體。石亞雄和田華[30]的回顧性研究也顯示，UC假體與PS假體的術后特種外科醫院膝關節評評分與西大略湖和麥克馬斯特大學骨性關節炎指數評分比較差異均無統計學意義。雖然UC假體的術中活動度及膝關節穩定性低于PS假體，但兩種假體在術后短中期的臨床功能表現上無明顯差異[30-32]。關于UC假體的短中期隨訪報道中均未發現有明顯低于傳統假體的評分項目，但目前仍缺乏關于UC假體術后長期隨訪的文獻報道。

3 小 結

UC假體在TKA后短中期內能夠取得與傳統CR、PS假體基本相同的治療效果。UC假體能夠使用標準的股骨假體，無需髁間截骨，具有保留骨量的優點。行CR假體置換過程中，如術中決定切除PCL，也只需更換UC墊片即可，在術前準備及術中操作上為術者提供了便利。UC假體在功能表現上與CR假體基本相同，而在術中的穩定性及活動度上略低于PS假體，但這并未影響術后短中期的臨床功能表現。UC假體是替代CR和PS假體的可靠選擇，但其術后遠期效果是否存在其他問題還需進一步探討。未來膝關節假體設計與發展仍需在保證膝關節良好功能的前提下，以減少磨損及并發癥發生，降低手術難度，方便術者。