TKA中假体旋转对髌骨轨迹影响的研究进展

黄 浩 洪 嵩

遵义医科大学附属医院关节外科，贵州省遵义市 563000

全膝关节置换术(TKA)是最常见的骨科手术之一，术后髌股关节并发症一直是手术预后不良的重要原因[1-2]。尽管随着假体设计和手术技术的改进，TKA术后髌股关节并发症有所减少，但仍可占TKA后并发症的10%[3]。在过去，髌骨轨迹受多方面因素影响，包括假体的设计和植入以及手术方法等方面的影响，随着“髌骨友好型”假体设计的出现以及手术技术的不断改进，目前关于全膝关节置换术后髌骨轨迹异常的影响因素研究，主要涉及股骨假体、胫骨假体的旋转等[4]。本文聚焦于TKA术后髌骨轨迹不良，综述了目前全膝关节置换术术后股骨假体及胫骨假体旋转不良对髌骨轨迹的影响，并据此对如何避免髌骨轨迹异常进行讨论，以期待减少TKA术后髌股关节并发症的发生。

1 股骨假体旋转

术后髌骨轨迹最重要的影响因素是股骨假体旋转，关于最佳的股骨假体旋转已经争论了多年，目前主要有4种不同的方法来确定股骨假体旋转：股骨上髁轴(TEA)、Whiteside线、股骨后髁线(PCL)和间隙平衡技术(GB)。其中，股骨上髁轴分又为外科股骨上髁轴(SEA)和临床股骨上髁轴(CEA)，是确定股骨假体旋转最常用的参照标志[5]。 Murakami等[6]在研究中通过使用MRI测量TKA患者术后股骨假体旋转角度发现，相对于无症状患者，术后膝关节疼痛患者组的股骨假体出现明显内旋。Bell等[7]研究了56例TKA术后膝关节疼痛原因不明患者的假体旋转对线，他们通过CT扫描测量患者胫骨及股骨假体的旋转，并与56例无症状TKA患者组进行对照分析，发现两组的股骨假体平均旋转有显著性差异，疼痛组的股骨假体平均内旋2.3°，而对照组的股骨假体平均外旋3.9°,他们认为股骨假体相对外科股骨上髁轴的内旋失调是TKA后膝关节疼痛的一个重要因素。

Terashima等[8]在一项探讨全膝关节置换术后患者体内髌股关节接触应力与股骨假体对线关系的研究中，通过使用压力传感器在术中测量膝关节屈曲过程中髌股关节的接触应力峰值，并将测量结果与术后股骨假体的对线情况进行比较分析，最终发现髌股关节接触应力与股骨假体的旋转有关，当术后股骨假体的旋转范围为内旋6°到外旋3°时，随着股骨外旋程度的增加，髌股关节接触应力降低。早期的尸体研究[9]表明，当股骨假体参照后髁线处于中立位置或外旋转时，可以实现最佳的髌骨轨迹。而股骨假体内旋可导致髌骨轨迹不良，引起膝前疼痛综合征、髌骨半脱位，甚至髌骨脱位等髌股关节并发症的发生[10]。Akagi等在很早就提出参照股骨后髁线外旋股骨假体3°～5°可以改善髌骨轨迹，减少外侧副韧带松解。Anglin等[11]也在一项尸体研究中也发现，通过股骨假体的外旋可以减小Q角，降低外侧副韧带的张力，从而改善术后髌骨轨迹。

然而，过度向外旋转股骨假体以纠正髌骨轨迹是不可取的，这很可能导致胫股关节和髌股关节的运动学异常。Kia等[12]开发了一个计算机模型，用于研究股骨假体外旋对膝关节生物力学的影响，他们使用CT扫描3具尸体的膝关节，并将CT图像导入计算机软件中，构建膝关节的三维模型，并在实验中使用PS型假体，通过计算机模拟全膝关节置换术，将股骨假体参照后髁轴从0°外旋～9°外旋安装，以3°为递增量，并测量了膝关节在0°～90°屈曲过程中侧副韧带的张力以及胫股关节接触力变化等，最终发现，随着股骨假体外旋增加，胫股关节外侧间室接触应力整体增大，当股骨假体外旋9°时最为明显。Miller等[13]也认为在股骨假体过度外旋的膝关节中，胫股关节的磨损运动增加，髌股关节运动轨迹不良。Ghosh等[14]研究了股骨假体不同程度的旋转在膝关节屈曲时对侧副韧带的影响。他们在体外对8具尸体标本的右膝行全膝关节置换术，将股骨假体分别于中立位、外旋5°、内旋5°安装，测量并分析了膝关节在屈伸过程中内外侧副韧带的长度变化，发现通过股骨假体的过度外旋来解决髌骨轨迹问题会使得内侧副韧带松弛，从而导致膝关节不稳定。

2 胫骨假体旋转

胫骨假体的旋转对线也很重要，目前的研究主要涉及胫骨假体内旋失调。对于术中胫骨假体旋转对线的参考标志尚无统一的标准,可能是因为由于缺乏通用的解剖标志，以获得准确的胫骨假体旋转位置,目前主要有3种不同的方法在术中确定胫骨成分旋转：与胫骨结节相关的参考标志、Akagi轴(胫骨截骨平面后交叉韧带中点和髌腱内侧缘的连线)、ROM技术(自我形合技术)。Panni等[15]在一项分析全膝关节置换术(TKA)后胫骨假体旋转对临床结果的影响的研究中发现，胫骨假体的过度内旋是TKA术后膝关节疼痛和功能较差的一个重要危险因素(尤其是>10°的胫骨内旋)。胫骨假体的内旋会导致膝关节前疼痛、严重的膝关节僵硬、伸膝装置并发症以及聚乙烯的过度磨损。Nakamura等[16]在术后对115个TKA膝关节进行轴向CT扫描和轴向X线片检查，测量TT-TG值以及股骨和胫骨假体旋转的旋转角度，并同时测量了髌骨倾斜角度和髌骨位移值。通过对测量数据的统计学分析，他们发现在膝关节屈曲时，TT-TG距离的增加以及胫骨假体内旋可能会导致髌骨倾斜和髌骨移位的增大，引起髌骨运动轨迹不良。

Steinbrück等[17]对8个新鲜冷冻尸体的膝关节进行了TKA，用特殊嵌体将胫骨假体内旋3°、中立位和外旋3°放置，通过外力加载使膝关节从20°～120°屈曲。用压力感受器(一种压力敏感的薄膜)测量了髌骨后压力分布，并用基于超声波的运动分析系统记录髌骨和胫股关节的运动学。当胫骨假体从3°内旋转到中性位置，再到3°外旋时，髌骨后峰值压力显著降低[(8.5±2.3)MPa、(8.2±2.4)MPa、(7.8±2.5)MPa],而膝关节的运动学却无明显变化。这样的结果表明，在体外胫骨假体旋转的变化对髌骨后峰值压力有很高的影响，通过外旋转胫骨假体的外旋显著降低髌骨后压力，同时提示我们应避免术中胫骨假体的内旋。而Manning等[18]通过尸体模型研究术中胫骨假体最大旋转对胫股关节负荷的影响，发现相对于中性位置相比，胫骨假体的外旋增加了内侧间室负荷。

值得一提的是，术中胫骨假体的旋转对线比骨覆盖更重要。在放置胫骨假体时，如果只优先考虑胫骨覆盖，可能会导致胫骨假体旋转不良。Martin等[19]对30例胫骨标本进行CT三维重建，他们模拟使用了两种对称的胫骨种植体和两种不同的不对称胫骨假体，通过使用计算机建模发现，最大限度地覆盖骨表面，可能会出现胫骨假体旋转不良的风险，并且与非对称设计的假体相比，对称设计的胫骨假体更容易出现旋转不良。胫骨成分的旋转不良可导致全膝关节置换术后并发症的发生。尽管有报道称相比外旋，胫骨假体内旋与膝关节疼痛或僵硬的关联更多，但其生物力学原因尚未完全明确。Kuriyam等[20]通过使用计算机构建TKA膝关节的有限元模型，模拟负重膝关节深屈曲过程，测试条件在胫骨假体的15°外旋和15°内旋之间发生变化，测量分析了外侧副韧带和内侧副韧带的张力以及胫股和髌股关节的接触应力。发现随着胫骨假体的内部旋转，内侧副韧带张力逐渐增大，外侧副韧带张力也增加，但只有不到内侧副韧带一半的张力值。同时由于接触面积减少，胫股和髌股关节的接触应力增加，最终得出的结论是过度的胫骨假体内旋会增加MCL张力和胫股和髌股关节的接触应力。

3 结语

综上，全膝关节置换术中股骨和胫骨假体的正确旋转是获得良好髌骨轨迹以及减少术后髌股关节并发症的关键点，而术中旋转参考轴线的选择对假体旋转对线尤为重要。总的来讲，股骨假体的内旋可能会引起髌骨轨迹异常以及膝前疼痛，过去的观点是适当外旋股骨假体有利于改善髌骨轨迹，但目前研究提示过度向外旋转股骨假体以纠正髌骨轨迹是不可取的，这会引起胫股关节运动学改变以及侧副韧带张力改变，导致膝关节不稳。对于胫骨假体的旋转对线，更重要的是参照标志的选择，术中最佳的旋转参照标志尚未确定，胫骨假体的旋转不良可能会导致髌骨倾斜、髌骨移位和膝关节疼痛，特别是胫骨假体的过度内旋(>10°)，是术后膝关节疼痛重要危险因素之一。关于髌骨轨迹，过去的管理方法仍然有效，目前的研究主要涉及股骨假体、胫骨假体的旋转对线以及髌骨方面的因素。对于临床医生来讲，需要将髌骨轨迹不良和髌股关节接触力增高与膝前疼痛等髌股关节并发症联系起来，明确其生物力学原因，为我们的临床工作提供参考。