外侧间室软骨退变程度在内侧单髁关节置换中的重要地位及其术前评价方法

万伏银 郭万首

（1.南通大学附属医院骨科，江苏南通 226001；2.中日友好医院关节外科，北京 100029）

单髁关节置换术（unicompartmental knee arthroplasty,UKA）指仅对膝关节内侧或外侧病变的间室进行表面置换，是膝关节置换的一种特殊术式，与全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）相比，具有创伤小、出血少、恢复快、术后关节功能更接近正常生理状态以及更易于翻修等诸多优势[1,2]。同时，大量文献报道也已经证实了UKA的临床效果优良。牛津单髁假体的发明者之一Murray教授报道的早期牛津单髁假体的10年累计生存率为98%[3]。Emerson等[4]报道，美国的牛津单髁假体的10年生存率为95%。Foran等[5]2报道的固定平台UKA的15年假体生存率为93%，20年的假体生存率为90%。Pandit等[6]报道的1000例第三代牛津单髁假体以假体相关再次手术为终点的10年生存率为94%，15年生存率为91%。Newman等[7]进行了15年的前瞻性随机研究结果显示，UKA的临床效果已经与TKA相当，但并发症更少。UKA的巨大成功，不仅应归功于单髁假体设计的改良和手术技术的提高，更应归功于手术指征的把握以及术前病例的筛选。目前，UKA的最佳手术指征是局限性的内侧单间室OA，而外侧间室软骨全层保留[8]。内侧单间室OA是手术指征，外侧间室OA则是手术禁忌证。如果术前外侧间室已存在软骨明显退变磨损，那么术后出现外侧间室OA进展的可能极大增加，将影响UKA的手术效果及假体生存率。因此，外侧间室软骨退变程度对内侧膝关节UKA极其重要，术前对外侧间室软骨的评估也至关重要。

1 外侧间室在OA发生发展中的特殊性

膝关节具有三个间室，OA在发生发展过程中膝关节内外侧间室软骨发生退变和磨损的特点并不相同。正常人的下肢力线通过膝关节中心或轻度内翻，行走时人体负荷的60%～80%通过膝关节内侧间室传导，内侧间室软骨的受力更大，因此内侧间室一般首先出现退变磨损[9]。并且由于股骨内外髁、胫骨内外侧平台存在的解剖差异，膝关节是以内侧为轴进行的矢状面运动或旋转运动。膝关节负重时，内翻膝相比正常膝的关节中心更偏向内侧，内侧胫股关节内收力矩增加，从而更容易引发内侧间室软骨的相互挤压、研磨。然而，由于内侧间室的磨损及随后内翻的存在，外侧间室软骨的负荷反而减轻，对外侧间室软骨起到了保护作用[10]，因此在OA早期，外侧间室软骨可基本保持正常。早在关节置换之初即发现膝关节OA的病变通常局限于内侧单间室，而外侧间室几乎不受影响。Ahlbäck[11]的长期研究也认为内侧单间室OA并非必然累及其他间室。White等[12]提出前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）完好前提下的膝关节磨损实际上是伸直间隙的磨损，而且最先受累的是前内侧关节软骨，并认为前内侧骨关节炎（antero-medial osteoarthritis,AMOA）是UKA的最佳手术指征。张启栋等[13]的研究也发现，内翻畸形的膝关节OK患者，外侧间室软骨发生磨损的比例只有22.3%。Sugita等[14]对外侧间室软骨应用X线片进行测量，结果显示87.5%的患者外侧间室软骨可以保存良好[14]。上述文献结果说明，在OA发生的一定时期内，内侧间室软骨出现明显磨损，但外侧间室软骨却能基本保持完好，这也是内侧膝关节UKA的重要依据。

2 UKA的失败与外侧间室OA的进展

与所有关节置换手术相似，UKA也存在失败的风险。来自瑞典、新西兰等关节登记中心的数据显示，尽管UKA的失败原因多种多样，如假体松动、保留间室OA的进展、不明原因的疼痛、感染、骨折以及垫片脱位等，不同假体类型和不同固定方式的UKA失败方式也存在不同，但是假体无菌性松动和对侧间室OA的进展始终是排名前两位的主要原因[15,16]。Lewold等[17]报道了瑞典膝关节登记中心10年以上的UKA翻修原因，首位是假体无菌性松动，其次是对侧间室OA的进展。根据van der List等[18]的研究，UKA失败最常见的原因同样是无菌性松动和对侧间室OA的进展，其中外侧间室OA的进展占20%。2015年澳大利亚关节登记中心对4874例UKA翻修的原因进行分析发现，对侧间室OA的进展约占28%，远高于感染和垫片脱位、磨损[19]。Epinette等[20]也对UKA失败的原因进行了分析，无菌性松动和对侧间室OA的进展仍然是主要原因，分别约占44%和15%。在时间的分布上，Epinette等[20]发现，中晚期UKA失败的最主要原因是对侧间室OA的进展，约占38%。由此可见，外侧间室OA的进展是影响UKA临床效果的重要因素，是UKA翻修的主要原因之一。

分析UKA术后外侧间室OA进展的原因有两个：首先，是手术相关的问题，包括单髁假体的选择以及术后下肢力线等。Cheng等[21]发现，活动平台和固定平台的UKA失败方式存在区别，固定平台UKA假体的最主要失败方式是对侧间室OA的进展（36%），其次才是假体的无菌性松动（28%），而活动平台UKA假体的最主要失败方式是假体的无菌性松动（35%），其次是对侧间室OA的进展（24%）。除了假体的设计问题，UKA术后的下肢力线也可能对外侧间室OA的进展产生影响。Goodfellow等[8]认为UKA术中对内翻过度矫正造成外翻畸形是UKA术后外侧间室OA进展的重要原因，因为外翻畸形会增加外侧间室的负荷。Wen等[22]通过有限元分析发现，UKA术后下肢力线处于外翻时会明显增加外侧间室负荷，因此同样得出UKA术后轻度内翻可能有助于降低外侧间室OA进展的结论。其次，是UKA病例选择的问题，主要是术前对外侧间室软骨的评估。目前UKA的手术指征要求外侧间室为全层软骨，即软骨没有出现形态学上的磨损，反之则视为UKA的禁忌证。如果术前外侧间室软骨已经存在明显退变磨损，那么术后出现OA进展的可能会极大增加。因此，在UKA术前对外侧间室软骨进行准确的形态学评估至关重要。需要注意的是，形态学上的正常软骨并不是没有退变。大量文献发现，形态学上的正常软骨其实已经存在代谢上的改变，比如糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）含量的下降，而且这种改变与之后OA的进展存在相关性[23-25]。因此，目前UKA的手术指征只要求外侧间室为全层软骨仍值得商榷，需要进一步的研究。

3 UKA术前常用的外侧间室软骨的评价方法

外侧间室软骨形态学上的完好，也就是全层软骨的保留是当前所有UKA手术的重要指征。因此所有拟行UKA手术的患者术前均要对外侧间室软骨进行形态学上的评估，以确保符合UKA的要求。

3.1 X线片对外侧间室软骨形态学的评价

膝关节X线片检查在UKA术前评估中具有重要作用，不仅能对病变的内侧间室进行评估，也能对外侧间室软骨进行评价。通常负重位的膝关节正位X线片可以对外侧间室软骨有一个初步的评估，屈曲20°的负重位X线片效果会更好，如果出现外侧关节间隙的明显狭窄则可确定外侧间室软骨存在磨损，不宜进行UKA。外翻应力位X线片是更为重要的评估外侧间室软骨的方法。在拍摄外翻应力位X线片时需要注意两点：首先，患者平卧时要在膝下放置支持垫，使膝关节处于屈曲20°位的关节囊松弛状态；其次，考虑到胫骨平台存在一定的后倾，影像球头与垂面需成10°的倾斜，可以更好的显示关节面。Gibson和Goodfellow[26]的研究认为，外翻应力位能够准确反映外侧间室的软骨厚度，并且认为外侧关节间隙＞5 mm即证明软骨完好，没有磨损。Waldstein等[25]对72膝拟行TKA的患者术前行外翻应力位X线片检查，术中留取外侧间室股骨远端及胫骨平台截骨标本，发现术前外翻应力位X线片测量的外侧关节间隙与外侧间室软骨的厚度之间存在明确相关性，因此认为外翻应力位X线片能够准确预测外侧间室软骨的厚度。Hamilton等[27]对连续行TKA的550例患者进行分析发现，利用包括外翻应力位在内的X线片检查对UKA适应证进行评估，敏感度和特异度分别为92%和88%，但如果缺少应力位X线片时，10%的膝关节将被误认定适合UKA，而这类患者在外翻应力位X线片上表现为外侧间室病变。需要注意的是，有时在X线上看到外侧间室的边缘存在轻度的骨赘，是由于轻度的关节不稳造成的，和软骨的磨损没有相关性[28,29]，不能因为轻度的骨赘就认为存在软骨磨损。总的来说，外翻应力位X线片不仅能够比较准确地对外侧间室软骨进行形态学上的评价，还能对内侧副韧带有无挛缩以及内翻畸形可纠正的程度进行评价。尽管其对外侧间室软骨的评价并不是100%的准确，也不能判断软骨有无早期组织学上的退变，但X线片检查是最简单、最便宜，也是最容易采用的方法，因此在临床上应用最为广泛。

3.2 超声对外侧间室软骨形态学的评估

近年来，高频超声在关节疾病的诊断中的应用越来越广泛，利用超声对关节软骨进行评价也得到了多数学者的肯定[30,31]。超声对软骨形态的观察良好，能清晰的探查关节软骨、软骨表面轮廓的光滑度以及软骨厚度和软骨的完整性，可以较好地显示膝关节OA软骨表面粗糙、磨损、软骨变薄、软骨厚度改变、软骨透声变化等一系列病理改变，敏感性可达75.7%，特异性可高达92.0%[32]。在极度曲膝位时超声还可以对股骨软骨的厚度进行测量[33]。目前，超声对软骨的评价尚无统一的分级标准，国内黄冬梅等[32]将关节软骨的退变在超声上的表现分为以下四期：Ⅰ期，退变改变不明显；Ⅱ期，退变软骨表面毛糙，轻度变薄或局部隆起；Ⅲ期，退变软骨局部明显变薄；Ⅳ期，退变软骨层完全缺失，软骨下骨暴露。从分期上看，超声结果示Ⅱ期以上的外侧间室软骨不宜行UKA。总体看来，超声对软骨的形态学观察较好，且便宜、容易采用，但其对胫骨软骨的观察存在困难，对软骨的早期退变不够敏感。由于X线片的存在，超声的使用还较少。

3.3 MRI对外侧间室软骨形态学的评估

MRI因其组织对比性强，空间分辨率高，可进行多序列、多参数、多方位的成像，并且无创，是临床常用的检查手段之一。当通过X线片对外侧间室的评估存在不确定时，很多术者会通过MRI对外侧间室软骨进行进一步评估。MRI能够清楚的显示软骨厚度、有无磨损、剥脱以及损伤的部位[34]。目前MRI对软骨的评价可采用Recht分级法[35]：0级，正常关节软骨，软骨弥漫性均匀变薄但表面光滑，仍认为是正常关节软骨；Ⅰ级，软骨分层结构消失，软骨内出现局灶性低信号区，软骨表面光滑；Ⅱ级，软骨表面轮廓轻至中度不规则，软骨缺损深度未及全层厚度的50%；Ⅲ级，软骨表面轮廓重度不规则，软骨缺损深度深达全层厚度的50%以上，但未见完全剥脱；Ⅳ级，全层软骨缺损、剥脱，软骨下骨质暴露伴或不伴软骨下骨质信号改变。根据MRI分级，Ⅱ级以上的外侧间室软骨不宜行UKA手术。Bachmann等[36]报道MRI诊断Ⅰ～Ⅳ级软骨损伤的敏感度分别为14%、32%、94%和100%。MRI对外侧间室软骨的评估准确性高、无创，而且还能同时检查半月板和ACL，因此是UKA术前评估的理想方法。但是由于MRI存在费用较高、不适用于体内有金属植入物的患者，因此临床应用其对外侧间室进行评估要少于X线片检查。

3.4 关节镜对外侧间室软骨形态学的评估

关节镜检查是在直视下观测，直观明了，并可记录图像，具有MRI无可替代的优越性，是评价关节软骨的金标准。关节镜下可以清楚地看到外侧间室股骨软骨和胫骨软骨的状态，有无退变磨损以及严重程度，同时还可以直视下看到半月板有无损伤以及ACL的功能状态，是对外侧间室软骨进行评估、决定能否进行UKA的重要检查方法。

利用关节镜对外侧间室进行评估也存在许多弊端：首先，对操作者的技术和经验要求较高；其次，关节镜检查视野较小，存在观察盲区，影响了观察的准确性；再者，只能观察关节软骨的表面，而不能了解到关节软骨的内部情况；最后，关节镜检查是有创操作，且费用高。因此，关节镜检查难以成为外侧间室软骨评估的常规手段，但是如果合并内侧间室软骨磨损不明确的情况，那么关节镜仍不失为一种好的选择。

3.5 术中观察对外侧间室软骨形态学的评估

通过X线片检查和MRI对外侧间室软骨状态评估的准确性可达到90%以上[8]。然而最终判断外侧间室软骨的状态以及可否进行UKA，是在手术中切开关节时。即使是使用小切口进行牛津UKA，也能看到股骨外侧髁的大部分关节面，术中有时会见到轻微的软骨表面剥脱和软骨软化，但这并不是UKA的禁忌证。如果见到负重面出现全层软骨磨损，即使影像学未发现，也不宜行UKA。另外，术中可能会见到外侧股骨髁的内侧边的软骨出现磨损，软骨下骨裸露，有的甚至达到1 cm的宽度，这种情况多见于明显的内翻膝患者，软骨损伤原因是股骨外侧髁内侧与胫骨髁间棘撞击[8,37]，但是这种软骨损伤并不在外侧间室负重面，而且在内翻膝矫正后可以消失，因此Goodfellow等[8]认为这种情况也不是UKA的手术禁忌证。

4 外侧间室软骨磨损之前的代谢变化

4.1 GAG含量与关节软骨代谢

目前UKA的手术指征只对外侧间室软骨要求形态学上的完整，甚至轻微的软骨表面剥脱和软骨软化都可以接受，即允许软骨存在轻微的退变。因此，目前UKA术前并不会对外侧间室软骨进行早期退变的评估。但是，很多研究表明，软骨的早期退变和以后OA的进展存在一定相关性，比如软骨中GAG的含量[38]。GAG是反映软骨早期代谢变化的重要指标，它和关节软骨的承重能力密切相关，当关节软骨退变时，软骨基质中的GAG丢失，组织的机械强度显著降低，软骨功能的完整性会受到破坏，软骨容易出现磨损[39]。Owman等[38]的研究发现，GAG含量下降、但X线片上没有OA表现的人群中，6年以后出现明显影像学OA表现的比例要明显高于GAG含量正常的人群。Cunningham等[40]的研究同样发现，GAG含量较低的髋关节发育不良患者行髋臼周围截骨术后的早期失败风险更高。因此GAG含量下降对术后早期OA的进展具有重要的预测作用。

4.2 软骨延迟增强磁共振成像（delayed gadoliniumenhanced MRI of cartilage，dGEMRIC）与GAG含量检测

dGEMRIC是一种检测软骨中GAG含量的有效方法，借助增强剂钆喷酸葡胺（gadolinium diethylene triamine pentaacetic acid,Gd-DTPA）的存在，dGEMRIC能获得评价关节软骨中GAG含量分布状况的T1Gd值，并绘制成相应的T1图像，特别适用于膝关节软骨[41]。dGEMRIC检测软骨中GAG的原理在于软骨基质中GAG含有带负电荷的羧基和硫酸基团，根据同种电荷相互排斥原理，带负电荷的Gd-DTPA2-在GAG丰富的部位受到排斥，而在GAG缺失的部位浓聚。同时，由于Gd-DTPA2-的存在会影响MRI的T1值，Gd-DTPA2-含量多的部位T1值较小，故T1值的大小与软骨中GAG含量呈正比[42,43]。Williams等[44]研究31例OA患者发现，K/L分级Ⅱ级与Ⅳ级患者之间的T1Gd值存在明显差异，而没有关节间隙狭窄的K/LⅠ级患者与其余有关节间隙狭窄的患者相比T1Gd值明显较高，提示T1Gd值与OA严重程度密切相关。Kim等[45]采用dGEMRIC技术评价髋关节发育不良患者早期OA的改变，发现T1值随着影像学改变的逐渐加重而逐渐减少，而无症状且X线片检查无明显改变的患者T1值明显高于其他患者，说明dGEMRIC指数与患者软骨病变的严重程度密切相关。Fleming等[46]通过dGEMRIC技术检测ACL损伤患者与未损伤患者内侧间室软骨的GAG含量，发现两者之间存在显著差异，同时证明dGEMRIC技术能够敏感的检测GAG含量的变化。综上，dGEMRIC是检测关节软骨中GAG含量的有效方法，准确率高，适用于临床研究软骨早期退变。

综上，外侧间室软骨在UKA中具有极其重要的地位，外侧间室OA的进展是UKA失败的主要原因之一。UKA术前对外侧间室软骨的评估至关重要，关系到UKA的手术效果和最终结局。目前，UKA术前对外侧间室软骨的评估主要采用X线片和MRI等影像学检查。X线片是通过间接的方法对软骨的厚度进行评价，敏感度和特异度均较高，临床应用也最为广泛。超声和MRI能够对外侧间室软骨直接显示，对软骨形态的变化具有很高的敏感性和特异性，但是并不作为常规检查手段。关节镜是评价软骨的“金标准”，但是有创操作，也不作为UKA术前的常规检查。术中观察是对外侧间室软骨的终极评估，也是决定是否进行UKA的最终判断。通过上述方法的一种或者联合，UKA术前对外侧间室软骨的形态学评估可基本明确。但外侧间室OA的进展仍是现在UKA翻修的一个主要原因[18]，而上述方法都只是对外侧间室软骨的形态学进行评估，并没有对软骨的早期退变进行评价，考虑到软骨代谢的变化与后期OA的进展存在一定的相关性，UKA仅要求外侧间室软骨全层保留的指征是否足够仍值得进一步研究。