膝关节骨关节炎的“保膝”内涵和手段

蒋青 张雨

根据 2021 年中国第七次人口普查数据，全国总人口 14.1178 亿，其中 65岁以上人口占 13.5%，远超过国际老龄化社会的标准(65岁以上 > 7.0%)，平均寿命 76.1岁，高于 2019 年(74.6岁)[1]。老龄化人口基数大，平均寿命延长，是我国人口目前最突出的特点，而这也正是退变性骨关节炎发病率高、患病群体大的重要原因。另外，在国家和政府的倡导下，体育运动日趋全民化和日常化，运动损伤成为青壮年群体的高发性疾病。北京一高校调查研究发现，2 年内发生运动损伤共 903 起，其中以课外活动时发生的损伤为主，占 68.31%，体育课时发生的占 31.69%，主要与动作不规范、准备活动不充分和平时缺乏运动密切相关[2]。因此，人口老龄化相关的退变性骨关节炎及青壮年群体运动相关性关节软骨损伤使得骨关节病人群的构成发生了新的变化。发病年龄的年轻化，患者寿命的延长以及人们的健康理念的改变，都在影响着临床治疗决策的制定。关节置换作为终末期骨关节病的治疗方案，已经难以满足患者及医疗环境的需求。近年来，“保膝”治疗的理念被更多的接受、吸纳和发展，“保膝”治疗获得良好的临床效果，一定程度上延迟或避免了膝关节置换，具有很好的临床应用价值。然而，“保膝”治疗的真正内涵和具体意义是什么？保膝对膝关节而言，所保留的具体内容是什么？如何实现真正意义的“保膝”？关于“保膝”治疗的方法很多，临床中如何针对不同患者选择最佳的保膝治疗方法，最大可能延长膝关节的使用寿命，让患者从中获得最大的医疗收益？下面进行详细的阐述，为临床医师提供参考。

一、保膝的概念

“保膝”概念是相对于“换膝”提出来的，目前针对“保膝”尚没有具体统一的定义。张英泽团队认为“保膝”即在不破坏软组织织生物活性及生理特性的情况下，采用微创手段治疗膝关节周围疾病[3]。大家对“保膝”治疗更多是停留在对治疗手段的归类，是相对于全膝关节置换的描述性概念，主要包括生活方式干预、化学药物治疗、物理治疗、微创手术治疗等[4-5]。基于膝关节的解剖、生理和生物力学方面，笔者提出广义的“保膝”治疗是在不破坏膝关节组织结构和本体感觉下，应用物理、化学、生物及力学方法，改善膝关节生物内环境，恢复正常力学负荷传递，保障膝关节生理功能的正常发挥。

二、国内已有的保膝学术团队

针对不同的膝关节疾病及所处的不同阶段，临床中治疗方法也很丰富，可分为保守的“保膝”治疗和有创的“保膝”治疗。保守的“保膝”治疗包括改善生活运动方式、口服或局部应用化学药物、局部物理康复治疗(如红外波、超短波、热疗等)[5-6]，有创的“保膝”治疗包括关节镜微创清理关节内炎性物质或部分软骨组织修复、关节外截骨矫形纠正力学负荷分布、关节腔内注射生物制剂 [ 如血小板富集血浆(platelet-rich plasma，PRP)、间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 等 ][6-7]。保守的“保膝”治疗方法主要用于早期的膝关节骨关节炎或膝关节周围组织轻至中度的损伤，保守的治疗方法易于实施，对医院的级别、技术难度及辅助设备无特殊要求，普遍应用在各个层次的医院。有创的“保膝”治疗可用于中至重度的膝关节骨关节炎，要求术者具有较高的手术技术水平、辅助器械设备和一定的生物实验室条件，这些治疗方法主要在三级医院开展。有创的“保膝”治疗目的主要是推迟或替代“换膝”的方法治疗终末期膝关节骨关节炎。近年来，随着保膝理念的深入，我国越来越多的学者加入到保膝团队，从事并探索保膝的临床治疗策略。

在关节镜微创清理膝关节炎性物质治疗膝关节骨关节炎，缓解膝关节疼痛的症状，由于手术需要用到关节镜设备，因此这类手术多在运动医学科完成，我国运动医学科发展处于领先地位的有北京大学第三医院、复旦大学附属华山医院、上海市第六人民医院等。由于关节镜清理术只是简单地清理了关节腔内现有的炎性物质，并没有改变骨关节炎的病理状态，所以单纯的清理临床治疗效果有限，现在已很少对单一的骨关节炎进行关节镜清理术，多是合并有其它关节内组织损伤在关节镜下同期处理。

关节外截骨矫形是通过膝关节力学负荷的重新再分配，从而实现纠正病理的膝关节机械力线轴，达到缓解疼痛、避免损伤软骨进一步加重、延缓或终止骨关节炎发生的目的[8]，主要术式包括胫骨高位截骨(high tibial osteotomy，HTO)，腓骨近端截骨(proximal fibular osteotomy，PFO) 和股骨远端截骨(femur distal osteotomy，FDO)。近年来，在我国从事膝关节外截骨矫形治疗膝关节骨关节炎的团队开展了大量的基础研究和临床工作，并研发了一系列辅助导航截骨板、辅助软件系统及 3D 截骨系统[9-10]，这些团队主要有河北医科大学第三医院的张英泽团队、西安红会医院的乔峰团队、北京积水潭医院的黄野团队等。

单髁膝关节置换术(unicompartmental knee arthroplasty，UKA) 是通过置换病变关节表面损伤的软骨，来实现部分替代治疗，达到缓解关节疼痛，改善膝关节功能的目的[11]。主要适用于关节内局限性的单一的股骨髁或胫骨平台软骨损伤或单间室骨关节炎，该术式保留了膝关节大部分骨量和所有的韧带，术后膝关节功能和本体感觉丢失少。健侧半月板，术中更多地保留了膝关节的运动功能和本体感觉，手术创伤小，术后恢复快。UKA 在国际上又称单室成形术，自 20 世纪 70 年代已在欧美国家广泛开展。国内最早对该术式临床疗效进行报道的是首都医科大学附属北京朝阳医院的李之芳教授团队，对 1992～1995 年的 20 个膝关节进行 UKA，随访 1 年左右，认为 UKA 对单间室膝关节骨性关节炎是一个具有吸引力的术式[13]。随后，国内一些关节置换中心陆续开展 UKA 的临床研究，形成了一整套的术前评估内容、手术技巧和术后康复治疗体系，对 UKA 的开展具有很好的临床指导意义。

关节腔内注射生物制剂治疗膝关节骨关节炎，主要是通过生物制剂内含有生物活性生长因子或干细胞的多向分化潜能和抗感染特性，来促进损伤软骨的修复和改善关节腔内炎性环境，从而推迟关节炎的恶化，缓解疼痛和改善关节功能。常用的生物制剂包括 PRP 和 MSCs[11,14]。该治疗方法需要医院配套 GMP 临床实验室，因此能够实施该治疗方法的医院数目有限，主要有北京大学人民医院林剑浩团队，上海市东方医院的袁峰团队，解放军总医院郭全义团队以及南京鼓楼医院蒋青团队等。

三、保膝的内涵

“保膝”的内涵不仅仅是通过一定的技术或手段缓解膝关节病情和避免或推迟膝关节置换术，更是应用一系列的方法恢复具有完整解剖结构的和生理感受或本体感觉的膝关节。一个完整的膝关节除了由运动装置构成，包括膝关节周围的骨性成分、肌肉、肌腱、关节囊、韧带、半月板和皮肤，还包含了这些软组织中感受肌肉张力和压力变化的感受器。运动装置保证膝关节运动动作的完成，感受器是将这些运动力学和空间信号转化为神经冲动传入大脑皮质躯体运动中枢，从而调节运动装置的动作，对于维持膝关节平衡功能具有重要作用[15]。研究发现，在膝关节骨关节炎的患者中，由于疼痛、失用、肌萎缩，且随着年龄增长、病程延长及病情加重，关节内机械性本体感受器数量减少、敏感性下降，最终丧失本体感觉[16]。膝关节韧带和半月板的损伤后，不仅会导致膝关节机械稳定装置受损，还会导致膝关节本体感觉功能的缺陷，影响关节的活动度及稳定性，而反复发生膝关节不稳定事件会进一步导致半月板的撕裂和软骨损伤，形成恶性循环[17-18]。因此，单纯的保留膝关节的运动装置成分，忽略其中本体感受器的生理性重建，将导致膝关节本体感觉的下降，不是完整膝关节的功能性康复。

四、保膝的手段

1.主动健康方式保膝：现阶段，我国正处于人口老龄化的快速增长阶段，老年性退变性骨关节炎基数大，再加上青壮年运动损伤的高发病率，医疗资源短缺和分布不均[19]，膝关节骨关节炎或关节运动损伤的院前治疗缺乏防治宣教，院后治疗管理体系极不完善，也不被重视，这些均是膝关节损伤频发和治疗效果不够理想的重要影响因素。在我国现有的医疗环境下，提倡主动健康保膝已迫在眉睫。而运动康复因具有经济有效、设备简单、可操作性强、易普及等优势成为主动健康的主要内容。研究表明，运动康复治疗膝骨关节炎能够明显延缓膝关节骨关节炎的进展，主要作用机制包括以下四个方面[20]：( 1) 肌力增强训练可明显降低肌肉蛋白降解率，从而延缓和阻止肌萎缩；( 2) 肌肉的舒张与收缩激活了 β-内啡呔疼痛抑制系统，而减轻膝关节的疼痛；( 3) 膝关节周围肌群收缩产生的力学刺激利于软骨细胞软骨表型的维持，同时促进软骨细胞代谢合成更多的软骨细胞外基质，维持了软骨的厚度和力学强度；( 4) 膝关节周围肌群的周期节律性舒缩促进关节滑液的生成，加速关节软骨的营养物质交换，利于软骨细胞进行新陈代谢和生理活动，促进损伤部位的再生与修复。同时，加强骨关节炎主动健康管理对其它慢病(如肥胖、高血压、糖尿病等) 的管理也会产生积极的效应。

在主动健康保膝的基础上，建立 5G 云端管理平台，以云计算、大数据、人工智能等技术为基础，配合应用 5G 的高速率、低时延、大连接来适配骨关节炎的健康管理场景。以 5G 智能 IT 终端数据采集为触角，5G 骨关节炎综合数据分析平台为中枢，5G 骨关节炎管理应用为工具，5G 全域标志体系、机制保障体系、标准规范体系、成效评价体系为管理支撑体系、网络标志与安全体系为技术支撑体系，打造“一条跑道，一个平台，一组设备，一套体系”的新型智慧医疗骨关节炎健康管理示范体系。具体内容：以 5G 组网方案为跑道；以老年骨关节病专用数据库、知识模型和人工智能做专业支撑，通过用户端、医师端、管理端打通服务的专用平台；通过智能骨关节病评估设备、居家一体机等多种场景化设备，实时监测老年骨关节病健康数据，提供全方位骨关节病健康管理数据采集与反馈；以全域标志体系、安全保障体系、人才培养体系、机制保障体系、标准规范体系和成效评价体系为一整套的体系；构建服务落地骨关节病健康管理试点区域，提供医院、社区(单位)、居家的健康管理和康复指导服务的多维场景。

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2.膝关节周围截骨：针对膝关节以外的结构性畸形导致继发性膝关节损伤，骨关节炎的发生，对畸形的膝关节外成分进行截骨矫形，纠正机械力线，二次分配膝关节表面力学负荷，从而避免膝关节内损伤的进一步发展，缓解关节疼痛，来达到治疗目的。膝关节周围截骨按截骨部位分为 HTO、PFO 和 FDO[21]。

FDO 主要用于发育性或者外伤导致的膝外翻畸形，累及外侧单间室的骨关节炎疾病，畸形位置多在股骨远端干骺端，主要的术式有单平面的股骨远端外侧开放楔形截骨与内侧闭合楔形截骨，以及双平面的股骨远端 V 形截骨与股骨远端外侧 L 形双平面开放楔形截骨[22-23]。不同的截骨术式具有不同的特点，外侧开放楔形截骨可以在矫正外翻畸形的同时延长发育不良的外侧，从而弥补下肢不等长，但术中需要植骨[24]。相反，内侧闭合截骨则会短缩相对正常的内侧，有加重肢体不等长的风险，由于将股骨和胫骨纠正在一条直线上排列，下肢长度反而可能会增加，且不需要植骨[24-25]。用双平面截骨对畸形矫正的可调节范围更大，截骨线可尽力偏向远端的松质骨内，双平面松质骨的接触面较大，有利于骨愈合，但操作比较复杂，可能需要双侧切口[23,26]。

HTO 是建立在膝关节负荷分布不均的理论之上的，即正常膝关节内侧间室承受的负荷约占全膝关节的 2 / 3，而外侧间室仅占约 1 / 3[26]。HTO 通过矫正膝关节冠状面上的内翻成角，使负重力线由膝关节内侧转移到中心或稍偏外侧，改善胫骨平台内外侧应力的不均衡。早在 1991年White 等[27]首先提出“膝关节前内侧骨关节炎”概念，认为骨关节炎更容易首先累及膝关节内侧间室，导致膝内翻畸形，又进一步增加内侧间室的应力，进入恶性循环，并认为 HTO 能够有效地打破这一恶性循环，明显缓解膝关节疼痛及改善膝关节功能。HTO 经过改良和演变，可分为外侧闭口楔形截骨术和内侧开放楔形截骨术，根据截骨平面也可分为内侧单平面截骨和内侧双平面截骨[28]。不同术式都有各自的优势和局限性，内侧开放楔形截骨术的优势在于胫骨截骨面外侧骨皮质保留连续性，且内侧楔形植骨处为松质骨，能够促进截骨面的骨生长愈合，局限性在于术后有较高的髌骨高位风险[29]。外侧闭合式楔形截骨矫形接骨板内固定术式操作简便，但胫骨后倾角减小风险偏高。在内侧单平面或双平面截骨的研究中认为，单平面截骨操作简单，对胫骨后倾角的影响更小，但是双平面截骨在前后方稳定性、预防合页骨折及提供较大的撑开角度上更具优势[30]。因此，需要根据患者术前的评估和术者对术式的精炼程度来加以考量，选择合适术式，如合并屈曲挛缩患者选择内侧开放式，以避免后倾角度减小；对于髌骨高位风险较高的患者，则应选择外侧闭合式，以保证髌骨高度稳定；膝内翻角度较大者，双平面截骨更具优势。

PFO 主要针对膝关节内侧间隙变窄，负重位 X 线片测量下肢力线存在膝关节内翻畸形的患者。张英泽等[31]基于膝关节“不均匀沉降”理论认为，通过 PFO 帮助膝关节周围软组织实现“力矩再平衡”，包括股二头肌、比目鱼肌、髂胫束、外侧副韧带等对腓骨近端的牵拉，纠正胫骨平台不均匀沉降，实现缓解膝关节内侧疼痛和改善功能的目的。但该术式无法矫正下肢力线，目前尚无循证医学证实以及临床长期随访结果支持。

3.UKA：UKA 是针对早期单间室骨关节炎进行单侧病变间室表面置换，用以替代胫股关节损伤的软骨表面。UKA 诞生于 20 世纪 50 年代，由于早期假体系统构成不够完善、手术适应证的不明确、手术技术不够成熟，早期临床翻修率较高[32]。到了 20 世纪 70 年，1974年Goodfellow 和 Oconnor 发明了活动性单髁假体，也称第一代牛津膝。它由三部分组成：球面的金属股骨髁元件、平坦的胫骨金属平台和中间的聚乙烯半月板衬垫。在接下来 20 余年的发展，又相继诞生了第二代和第三代牛津膝单髁假体(OUKA)[33-34]。第二代分为内侧间室型和外侧间室型两种类型。第三代 OUKA 仅用于内侧间室，假体有左右之分，手术入路也与前两代(同全膝关节置换相同，需要翻开髌骨) 有了明显的改进，通过微创髌旁小切口即可完成假体入路，配套的操作器械也更精细、微创化。

相对于膝关节周围截骨与全膝关节置换术，UKA 具有创伤少、恢复快、并发症少、保留尽可能多的本体感觉。但其手术适应证也更为狭窄，早期认为 UKA 适用于：年龄 ≥ 60岁，体重小，活动量相对较小，膝关节活动度 ≥ 90°，屈曲挛缩 < 5°，内翻畸形 ≤ 10° 或外翻畸形 ≤ 15°。而肥胖、青年和活动水平高、关节疾病(例如类风湿关节炎、绒毛结节性滑膜炎)、对侧间室及髌股关节退行性变、前交叉韧带损伤为禁忌证[33]。近年来，随着假体设计的改进、手术技术的进步及辅助器械的设计，UKA 的手术适应证在不断扩大。大量的研究表明，年龄、体重、活动量、髌股关节情况等不应视为 UKA 的手术禁忌证[35]。在临床治疗效果方面，在 UKA、膝关节周围截骨和全膝置换术中仍存在争议。一些回顾性报道表明，UKA 与全膝关节置换术后假体 5 年在位率为分别为 85%～95% 和 90%～100%[36-37]，结果相近。与 HTO 相比，两种术式术后 12 年生存率差异无显著性意义，在 17 年假体生存率中的统计结果显示，UKA 生存率为 88%，而 HTO 仅 65%[38]。相对于 HTO 和全膝关节置换，UKA 仅是置换受损的关节间室，并不损伤交叉韧带，创伤更少，对关节活动影响少，术后恢复更快，手术满意度高。

4.干细胞移植治疗关节炎或软骨损伤：关节软骨组织因缺乏血管、淋巴及神经的营养作用，导致其一旦损伤很难实现自我修复[39]。而干细胞广泛存在于人体各个组织中，具有自我增殖、多项分化潜能、抗炎和免疫调节的作用，为组织的再生和修复带来希望[40]。骨关节炎是以软骨退变、软骨损伤为始动的疾病，继之以软骨下骨微骨折、增生硬化、关节内炎症、滑膜增生等为主的病理改变[41]。干细胞用于治疗骨关节炎目的在于抗炎调节关节内微环境，维持正常稳定，通过多项分化潜能实现软骨下骨微骨折的修复和软骨损伤的修复与再生[42]。临床中常用的干细胞主要来源于患者自体骨髓 MSCs 和脂肪 MSCs，分离获取干细胞后需要经过体外培养扩增达到合适数量后制备成细胞混悬液，进行局部关节腔内注射治疗，单次注射剂量在千万个细胞级别[43]。另外，在关节腔注射干细胞治疗前，根据膝关节骨关节损伤的具体情况，如合并半月板或韧带损伤、关节畸形等，可联合关节镜下清理术、半月板或韧带修复及 HTO 等，术后进行规范的康复功能训练。研究表明，关节腔内局部注射干细胞治疗骨关节炎均能明显缓解关节疼痛，改善关节活动度，提升患者生活质量。然而，对于是否能够实现软骨的修复尚存在一定的争议，Centeno 等[44]和 Al-Najar 等[45]报道，自体骨髓 MSCs 治疗术后 MRI 评估认为损伤的软骨和半月板有明显修复和再生，Pintat 等[46]和 Lee 等[47]报道关节软骨未见明显进一步退变，Spasovski 等[48]报道关节软骨情况和安慰剂组的无明显差异。术后常见的不良反应主要包括关节痛、关节肿胀和关节僵硬[46-48]。关节痛发生率约 20%～80%，部分患者 3 天左右自行消失，关节肿胀发生率约 90%。关节痛、关节肿胀发生的原因可能是穿刺技术问题、干细胞剂量 / 浓度过高、关节腔内注射的细胞活性较低，细胞发生死亡而引发炎症反应所致。

MSCs 关节腔内注射治疗膝关节骨关节炎整体上都获得了满意的效果，可明显推迟关节置换时间，主要集中在关节疼痛缓解、关节功能和生活质量的提高。但总的来说，所报道的文献循证医学证据水平较低，依据不足，特别是关于关节软骨、半月板及韧带的再生报道较少，且是基于 MRI 间接评估，需要更多的研究进一步证实。

五、小结

随着研究的不断深入，科学技术的发展，交叉学科的相互渗透与交融，保膝治疗的理念逐渐得以完善，治疗手段不断革新，从缓解症状，到矫正组织结构、调整膝关节力学负荷，再到保留膝关节本体感觉、恢复生理感受，近年来以修复和再生为目的的生物治疗被广泛关注和寄予厚望，其终极目标是保膝关节的组织结构完整和生理功能健全。另外，面临新时期体现的新国情要求和互联网推动下医疗格局的转变，以及人们对健康的迫切需求，以 5G + 互联网为平台的主动健康新型智慧医疗保膝健康管理示范体系是新时代医疗发展的新方向、新挑战和新机遇，也是实现全民健康的必然需求。