人工膝关节置换假体的选择

郑润龙，黄迅悟

解放军第三〇九医院全军骨科中心 关节外科，北京 100091

人工膝关节置换假体的选择

郑润龙，黄迅悟

解放军第三〇九医院全军骨科中心 关节外科，北京 100091

膝关节假体置换在关节假体置换中所占比例较高，但膝关节假体种类繁多，设计特点各异，应用指征不尽相同，故选择合适的关节假体是人工膝关节置换取得良好疗效的基础。本文介绍了常用膝关节假体的性能和优缺点，探讨了不同类型膝关节假体选择指征和应用原则。

人工膝关节；假体置换；假体选择

0 前言

随着关节假体设计的改进及关节置换手术技术的进步，膝关节假体置换取得了较为满意的疗效[1]。目前临床上应用的膝关节假体大致可分为3大类：①部分膝关节置换假体；②全膝关节置换假体；③膝关节翻修假体[2]。

1 部分膝关节置换假体

当前国内使用的部分膝关节置换假体包括：单髁置换及髌股关节置换等。因膝关节部分置换技术要求较高，适应症少，故部分膝关节置换假体临床使用率较低。

1.1 单髁置换

1950年McKeever[3]首次报道单髁置换以来，未能得到推广应用。但近年来，有文献报告单髁置换10年生存率已达到92％～98％[4-5]。单髁置换是真正的表面置换，手术创伤小，保留前后交叉韧带，术后关节功能恢复快，膝关节运动接近正常，可获得良好的关节活动度和步态。单髁置换有其特有的优势和适应症，是治疗膝关节单侧胫股间室病损的可选方法之一。但因单髁置换手术适应症少，术后胫骨部分松动率高，故国内仅部分医院开展了单髁置换手术[1]（图1）。

图1 单髁置换术前后X线片

1.2 髌股关节置换

髌股关节置换假体是针对局限性髌股关节病变设计的假体，最早应用始于1979年。新一代的髌股关节假体在设计上更符合正常的髌股关节解剖结构，有利于更加精确地重建髌股关节结构，置换后假体的生存率明显提高。髌股关节置换只置换滑车及髌骨表面，保留内外侧胫骨及股骨软骨面及前后交叉韧带，手术创伤很小，恢复较快。髌股关节置换适用于局限性髌股关节退行性骨关节炎或创伤性关节炎，非手术治疗或关节镜治疗无效，且无胫股关节病变及关节力线异常的患者。但髌股关节置换手术适应症少，长期效果的观察报道较少，对于单纯髌股关节病变采用髌股关节置换还是采用全膝关节置换尚无统一意见，髌骨关节置换在临床应用较少（图2）。

图2 髌股关节置换术前后

2 全膝关节置换假体

膝关节置换使用最多的是全膝关节置换假体，近年来很多厂家推出了新型膝关节假体，置换后膝关节功能进一步改善，步态和关节活动度接近正常膝关节，是目前较成功的关节置换手术。

2.1 保留后交叉韧带型假体

保留后交叉韧带型假体（Posterior Cruciate-retaining Prosthesis，CR）依靠后交叉韧带（Posterior Cruciate Ligament，PCL）保持胫骨后方稳定，无后方稳定限制，假体形合度更低，限制性更小。运动产生的应力可以被膝周围韧带吸收，使假体与骨之间承受的剪切应力大大降低。保留PCL，术中截骨量小，不需要髁间截骨，易保持正常关节线位置[6-7]。CR有一定手术适应症，包括：膝关节后交叉韧带无松弛或挛缩，膝关节无严重畸形或屈曲挛缩，某些疾患如：类风湿、陈旧性关节结核、PCL缺失、损伤或功能不全，不宜使用CR，否则容易出现膝关节后脱位。保留PCL人工全膝关节是最早使用的膝关节假体，设计上有优势，在全膝置换中应首先考虑使用此类假体，对无屈伸挛缩及内外翻畸形的骨关节炎患者可获得良好疗效，但保留PCL手术技术要求较高，术后关节功能恢复效果与不保留后交叉韧带手术的效果相差不大，曾一度减少使用。文献报告保留后交叉韧带时，假体后方的承受的应力相应增大，可导致聚乙烯垫片后方磨损加剧[8-10]。近年PCL在本体感觉中的作用受到关注，加之技术进步和CR的应用有增多趋势。但目前临床上尚无统一意见。

2.2 不保留后交叉韧带型假体

不保留后交叉韧带型假体（Posterior Cruciate-substituting Prosthesis，PS）的设计目的是增加稳定性，减少假体间的接触应力。它的特点是吻合性高，一般有凸轮设计。PS的优点是：①切除了PCL，较容易进行伸屈间隙平衡；②可以通过轻微增加屈曲间隙来增加膝关节的屈曲度；③假体前后向稳定性好。适用于膝关节严重屈曲畸形和外翻畸形的患者及伸膝装置受损的患者，如髌骨切除或髌韧带受损。PS的潜在缺点为：①高吻合性使应力更多的通过假体传导，从而增加了假体-骨界面间的剪切应力，松动率高于CR；②安装假体时去除骨量较多，增加翻修手术难度。PS手术适应症广泛，手术操作难度较低，是目前临床应用最广泛的膝关节假体[7-10]。

2.3 活动平台型假体

活动平台型假体又包括旋转平台型假体和滑动平台型假体。该型假体胫骨平台托盘上的聚乙烯衬垫与托盘不固定,衬垫可以在托盘上自由滑动和旋转活动。该假体模拟人体正常膝关节的结构，在股胫关节中植入类似半月板的垫片，股胫关节呈圆-圆接触，吻合度较高，减少了假体的接触应力，且垫片可以在关节内微动，理论上较固定平台型假体有更好的术后活动度、关节功能以及更低的假体磨损率，更符合膝关节复杂运动的生物力学特性[11-13]。Matsuda等研究发现活动式负重面假体双髁接触面积大约是固定式负重面假体的5倍，接触应力可降至固定式负重面假体的1/5。在胫骨假体安装时，只需要考虑平台假体对胫骨面覆盖，安装后胫骨旋转可自动适应髌股滑动，避免因了胫骨旋转异常导致的髌股滑动轨迹异常，并可减少髌骨撞击综合征、髌股关节弹响和膝前痛。但滑动平台假体对侧副韧带稳定性及软组织平衡性要求更高，对于严重的膝内外翻畸形，术中需要广泛松解。侧副韧带相对脆弱的患者不宜使用旋转平台假体，因屈伸间隙不平衡及侧副韧带稳定性不良，可能出现旋转平台型假体聚乙烯衬垫脱出的情况[14]（图3）。

图3 活动平台型假体置换术后X线片

2.4 高屈曲度假体

高屈曲度假体的设计相对标准型平台假体有更大的股骨后髁面积和关节面屈曲率，更好地模仿了人体生理学特点，理论上可使膝关节在术后达到正常或较大的关节活动度，降低假体后方的磨损率和脱位率。正常膝关节活动度约为135°，膝关节活动能达到90°，能满足一般行走、坐立、上下楼梯；膝关节活动达到120°以上时，活动度可接近正常，可以蹲、跪，使日常生活更为方便[15-16]。高屈曲度型平台假体理论上能提高患者的术后关节活动度，但膝关节活动度受多重因素影响，使用高屈曲度膝关节假体并非必一定使术后关节活动度提高，而应用普通假体也可以获得良好的关节活动度。Nutton 等[17]与Ahmed等[18]认为术前膝关节屈曲度是术后膝关节屈曲度恢复的主要影响因素，而不同的假体对术后关节屈曲度恢复的影响作用有限。另外，术后关节屈曲度与关节功能之间并不一定成正相关，获得高屈曲度的患者术后不一定能获得相应的满意度。由于高屈曲型人工膝关节假体在设计上加深了股骨滑车沟，使得髁间截骨量增加，加之股骨后髁的重切，进一步增加截骨量，进而增加了假体翻修手术的难度。

3 翻修假体

在进行人工关节置换术后翻修时，可先考虑使用限制型较小的普通膝关节假体，对于有较大骨缺损，或韧带功能不全者，应考虑使用翻修假体。

3.1 单纯增加固定稳定性假体

膝关节假体翻修通常有不同程度的骨缺损，使用表面关节难于获得良好固定，股骨侧和胫骨测必须加延长杆才能获得良好固定。较早使用的是DEPUY公司设计的TC3假体，目前多个厂家均生产类似产品。单纯增加固定稳定性假体的限制性与普通后稳定膝关节假体相似，依靠延长杆增加固定强度，适用于内外侧副韧带功能良好，但股骨端或胫骨端骨质不良，用于表面膝难以获得良好固定的患者（图4）。

图4 TC3假体示意图

3.2 髁限制型假体

Zimmer 最早推出LCCK关节，美国精技公司也推出了类似假体。髁限制型假体股骨侧盒状凸轮与胫骨胫骨侧增高的衬垫凸起柱高度吻合，只允许有＜2°的内外旋或内外翻运动，可部分限制假体内外翻及旋转活动。股骨和胫骨都是有柄设计，可分散假体界面应力，增加假体固定强度。髁限制型假体有一定侧方稳定性，主要用于严重膝关节内、外翻畸形，且常规软组织松解不能实现侧副韧带平衡或有一侧侧副韧带功能不全患者。这种限制性更高的假体，胫骨衬垫凸起柱产生承受较大应力，可导致聚乙烯变形和磨损，还会造成衬垫向后微动，而导致产生聚乙烯及金属磨屑；这种应力还会传导到骨水泥或假体与骨之间界面从而导致假体松动（图5）。

图5 髁限制性假体术后X线片

3.3 旋转绞链膝关节假体

目前使用较多的是德国Link公司的旋转绞链膝关节假体，国内一些公司也研制了类似关节假体应用于临床。旋转绞链膝关节假体在绞链膝关节基础上，使股骨假体连接在胫骨假体突起的旋转轴上，并依靠衬垫将股骨假体与胫骨假体连成一体。股骨假体相对胫骨衬垫不但有屈曲活动，还有一定的旋转运动。假体有良好的内在稳定性，不依赖膝关节的韧带和软组织，不需要进行软组织平衡，术中可切除内、外侧副韧带[19]。股骨和胫骨假体均为抗旋转设计、有长柄分散假体界面应力，固定可靠。假体轴心距胫骨关节面的最低点约22.5 mm，运动轴置于生理区域，较少发生髌股关节并发症。主要应用在严重的膝内外翻畸形、严重膝关节屈曲挛缩畸形、强直膝、有严重骨缺损或侧副韧带功能缺陷的膝关节翻修病例。特别适用于内、外侧副韧带均受损或无法平衡屈伸间隙的患者。尽管旋转绞链膝增加了旋转功能，但仍是限制型假体，置换后假体与骨连接界面承受应力更大，再次翻修很困难（图6）。

图6 旋转铰链型假体置换术前后X线片

3.4 定制肿瘤膝关节假体

这种假体在铰链假体或旋转铰链假体基础上加长股骨或胫骨部分的假体，假体完全依靠髓内固定，固定界面承受应力大，故松动率较高。主要用于股骨远端或胫骨近端肿瘤切除后置换，该假体是根据骨肿瘤的部位、大小，并结合患者临床情况个体化设计制造的，可满足不同患者的需求。与其他保肢方法相比，有不易感染、骨关节炎发生率低、移植物与机体的排异反应轻，可提供满意的外观和稳定的关节功能等优点，易被患者接受，被认为是目前膝关节恶性肿瘤保肢治疗的较好的方法[20-22]。该假体亦可用于严重股骨髁和胫骨平台骨缺损翻修或创伤导致的股骨髁或胫骨平台毁损的治疗。

4 结束语

综上所述，在进行膝关节置换前要评估膝关节畸形或损伤程度、韧带状况及骨缺损情况，并考虑到患者年龄及是否有骨质疏松等情况，尽量选择限制性小，截骨量少的假体。力争降低术后松动率、使翻修更容易。尽可能恢复关节功能，提患者术后生活质量。

[1]黄迅悟,冯会成,孙继桐,等．膝关节单髁置换中期随访报告[J/CD]．中华关节外科杂志：电子版,2013,7（4）：448-453．

[2]赵军,张玉艳,刘辉．膝关节假体置换发展及数字化成型技术的应用[J]．中国组织工程研究,2012,16（26）：4881-4885．

[3]M cKeever JW．The choice of prosthetic materials and evaluation of results[J]．Clin Orthop,1955,6：17-21．

[4]Naal FD,Fischer M,Preuss A,et al．Return to sports and recreational activity after unicompartmental knee arthroplasty[J]．Am J Sports Med,2007,35：1688-1695．

[5]Baker FN,Jameson SS,Deehan DJ,et al．M idterm equivalent survival of medial and lateral unicondylar knee replacement[J]．Bone,Joint Surd Br,2012,94B：1641-1648．

[6]林宏生,查振刚,沈伟哉,等．后交叉韧带保留型和后稳定型全膝关节置换术后早期临床疗效比较[J]．中华创伤骨科杂志, 2007,9：427-430．

[7]llarato K,Bourne KB,Victor J,et al．M idterm comparison of posterio r cruciate-retaining versus-substituting otal knee arthrop lasty using the GenesisⅡprosthesis A multicenter prospective random ized clinical trial[J]．Knee,2008,15：217-221．

[8]M isra AN,Hussain MRA,Fiddian NJ,et al．The role of the posterior cruciate ligament in total knee replacement[J]．Bone Joint Surg Br,2003,85：389-392．

[9]Victor J,Banks S,Bellemans J．Kinematics of posterior cruciate ligament-retaining and substituting total knee arthroplasty：a prospective random ised outcome study[J]．Bone,Joint Surg Br, 2005,87：646-655．

[10]W ang CJ,W ang JW,Chen HS．Com paring cruciate-retaining total knee arthroplasty and cruciate ubstituting total kneearthroplasty：a prospective clinical study[J]．Chang Gung Med J, 2004,27：578-585．

[11]Goodfcllow J,O’Connor J．The mechanics of the knee and prosthesis design[J]．J Bonc Joint Burg（Br）,1978,60（3）：358-369．

[12]Bucchcl FF,Pappas M J．Long-term survivorship analysis of cruciate-sparing versus cruciate-sacrificing knee prostheses using meniscal bearings[J]．Clin Orthop Rclat Res,1990,（260）：162-169．

[13]O’Connor JJ,Goodfcllow JW．Theory and practice of meniscal knee replacement：designing against wear[J]．Proc lnst Mcch Eng H, 1996,210（3）：217-222．

[14]Pollock DC,Amm een DJ,Engh GA．Synovial entrapment：acomplication of posterior stabilized total knee arthroplasty[J]．Bone Joint Sura Am,2002,84-A（12）：2174-2178．

[15]吕厚山．人工膝关置换术的进展和现状[J]．中华外科杂志,2004, 42（1）：30-33．

[16]Mason JB．The new demands by patients in the modern era of total joint arthroplasty：a point of view[J]．Clin Orthop Relat Res, 2008,466（1）：146-152．

[17]Nutton RW,van der Linden ML,Rowe PJ,et al．A prospective random ised double-blind study of functional outcome and range of flexion follow ing total knee replacement w ith the NexGen standard and high flexion components．J Bone Joint Surg（Br）, 2008,90（1）：37-42．

[18]Ahmed I,Gray AC,van der Linden M,et al．Range of flexion after prinary TKA：the effect of soft tissue release and implant design．Orthopedics,2009,32（11）：811．

[19]李世德,张兴琳．旋转脚链型与单纯铰链型膝关节肿瘤假体置换的效果对比[J]．中国组织工程研究与临床康复,2009,13（8）：9418-9422．

[20]于秀淳,张永兵,刘晓平,等．国产肿瘤型膝关节假体临床应用45例分析[J]．中国组织工程研究与临床康复,2009,13：2519-2522．

[21]黄长明,王臻,童星杰,等．大段异体骨移植治疗骨肿瘤[J]．中华骨杂志,2000,20（7）：406-409．

[22]Plotz W,Rechl H,Burgkart R,et al．Limb salvage w ith tumor endoprostheses for malignant tumors of the knee[J]．Clin Orthop Relat Res,2002,（405）：207-215．

Selection of Knee Prosthesis

ZHENG Run-long, HUANG Xun-wu
Department of Orthopedics, Orthopedic Center of PLA, No. 309 Hospital of PLA, Beijing 100091, China

Knee arthroplasty accounts for higher proportion in joint arthroplasty. However, there are different kinds of knee prosthesis, multiple characteristics in their design as well as various application indications. Therefore, selection of a suitable prosthesis lays a good foundation for achieving the effectiveness of artificial knee arthroplasty. The advantages, disadvantages and performances of the knee prosthesis were described in this paper. And the indications for selection and the application principles for different types of knee prosthesis were also discussed.

knee prosthesis；prosthesis replacement；prosthesis selection

R617

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.10.006

1674-1633（2015）10-0020-05

2015-08-27

首都临床特色应用研究项目（2121107001012094）。

黄迅悟，主任医师，硕士生导师。

通讯作者邮箱：hxw_309@163．com