膝关节锁扣机制在第三代牛津单髁假体置换术中的临床应用研究

耿保伟,张西峰

(北京清华长庚医院外科部,北京 102218)

膝关节骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是一种易发于50岁以上中老年人群当中的膝关节退行性疾病,整体发病率约8%,其中55岁以上人群发病率为50%[1]。病变常累及一侧、两侧或三个间室,可呈进行性发展,早期主要以疼痛、轻度膝关节活动受限为主,后期则会导致膝关节明显疼痛、畸形、不稳及活动障碍,严重影响患者生活质量。对已经破坏磨损的间室,需要积极手术重建干预,依据发病年龄、人群、病变部位的不同,常规治疗方法的选择包括人工膝关节全膝置换术(total knee arthroplasty,TKA)、人工单髁置换术(unicondylar knee aethroplasty,UKA)、胫骨高位截骨术(high tibial osteotomy,HTO)等术式[1]。对于发生在单间室的病变,由于病患通常较为年轻化,平均发病年龄在55岁,且多发生在内侧间室,发生率为80%[2]。按照膝关节重建“阶梯治疗”理念,临床多以人工单髁置换术为主,此术式对膝关节正常解剖结构破坏少[3-5],具有截骨少、保留交叉韧带、术后膝关节活动更加接近正常生理运动[1]、患者本体体验较好等优点[6],效果可靠[7-9],患者通常更容易接受。但由于正常膝关节运动机制较为复杂,是一个兼有屈伸、滚动、轴向旋转、滑动、侧移等多自由度的三维运动模式,至今尚未有任何一种人工假体能完全仿制出膝关节的正常运动模式。传统单髁假体置换的重点是纠正冠状位和矢状位对线,对于膝关节轴位对线设计尚无明确统一的标准模式,特别是膝关节锁扣机制(见图1)的存在,直接关系到术后膝关节的功能稳定性,如何更进一步优化手术方案设计,使膝关节术后运动状态更为理想,是临床不断研究的焦点。本文通过结合膝关节锁扣机制,按新的手术截骨设计方案安装牛津单髁(Oxford)假体,研究这一新方法较常规方法治疗膝关节前内侧骨关节炎(anterior medical osteoarthritis,AMOA)单间室置换术后,在美国特种外科医院膝关节功能评分(hospital for special surgery,HSS)、疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、西安大略和麦克马斯特大学(the Western Ontario and McMaster Universities,WOMAC)骨关节炎指数及膝关节三维步态上的相关差异。

a 屈曲 b 伸直图1 锁扣机制示意:膝关节从屈曲到伸直过程中,当到达伸直末端0 °～30 °范围时,股骨内旋,胫骨结节相对外移,膝关节锁紧

1 临床资料与方法

1.1 研究对象 纳入标准:(1)发生在内侧间室的骨关节炎,年龄55～65岁,存在长期膝内侧疼痛症状,术前膝关节Rosenberg位X线片前后位检查,膝关节Kellgren Lawrence(K-L)分级为Ⅰ～Ⅳ级范围内;(2)膝关节活动度(range of motion,ROM)>90 °,屈曲挛缩畸形<10 °,内翻畸形<15 °;(3)膝关节前后抽屉实验、内外翻应力实验阴性,且经膝关节MRI影像证实内外侧侧副韧带、前后交叉韧带形态良好;(4)膝关节MRI检查Recht分级≥Ⅲ级;(5)术前血沉(erythrocyte sedimentation rate,ESR)、C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)、白细胞数(white blood cell,WBC)等炎症指标值均在正常范围。排除标准:(1)风湿、类风湿、痛风及创伤所致膝关节炎;(2)膝关节周围或全身存在活动性感染灶;(3)膝关节肌肉瘫痪或神经性关节病,如中重度肌萎缩、肌无力症、Charcot关节病等,术后无法进行康复锻炼者;(4)严重髌股关节炎或髌骨轨迹不良者;(5)需行双膝手术者;(6)合并同侧髋关节病变者;(7)存在严重骨质疏松者(骨密度测定T值≤-2.5)。

选取北京清华长庚医院2020年1月至2021年1月间收治入院的AMOA患者73例,按照随机数字表法分为常规方法组和新方法组。常规方法组共38例,男18例,女20例;右膝14例,左膝24例;病程15.3～22.6个月,平均(18.6±3.3)个月。新方法组共35例,男20例,女15例;右膝19例,左膝16例;病程14.5～23.8个月,平均(18.8±4.1)个月。本研究经北京清华长庚医院伦理审查委员会审批(审批号2022-02-66号),患者豁免知情同意。

1.2 手术方法 两组患者均采取平卧位,使用椎管内麻醉。大腿部绑止血带,压力调至65 kPa,常规消毒、铺单,由经验丰富的同一医师主刀手术。且均采用第三代牛津单髁置换假体材料。

常规方法组:屈膝90 °,沿髌骨内上缘向关节线远端3 cm处做切口,长约6～8 cm。加深切口到达关节囊,在关节腔上端切口延伸1～2 cm,进入关节腔显露关节间室。清理髁间窝、胫骨近端内侧骨赘,检查前交叉韧带和髌股关节,确认完好。胫骨端截骨:安装胫骨截骨导向器,调整力线,设后倾截骨角度为7 °[10]。在关节侵蚀最深处下2～3 mm处,紧靠前交叉韧带做垂直截骨,锯头朝向髂前上棘,再行水平截骨。股骨端截骨:置入髓内定位器,预定力线,连接杆连接髓内杆和股骨钻孔导向器,于股骨远端关节面正中位置钻孔定位,行股骨后髁截骨和远端研磨截骨。安装试模,测试屈伸活动正常,膝关节稳定,无撞击,取出试模。安装合适大小的抗生素骨水泥假体,清除周围多余骨水泥,插入相应间隙试模,屈曲45 °保持骨水泥固化,探针探查确认周围无多余骨水泥,安装垫片,再次测试膝关节稳定无撞击后冲洗,逐层缝合切口,敷料包扎切口。

新方法组:胫骨端垂直截骨时方向相对于常规方法组平均内旋5 °～10 °,余法同上。两种截骨法对比说明见图2。

注:a-常规法胫骨垂直截骨;b-新方法截骨图2 两种截骨法对比示意

两组患者均顺利完成手术,常规组1例患者术后出现切口局部浅表组织感染,予以药物消炎治疗数日,切口愈合,末次随访时1例出现聚乙烯垫片脱位,行再次手术更换垫片。两组患者中分别有1例出现术后早期膝前隐痛,8周后自行减轻。2例发生下肢肌间静脉血栓,予以口服抗凝药物治疗,血栓均在10 d内消失。无术后深静脉血栓、菌血症、严重感染等不良情况发生。术后指导患者分期康复锻炼,术后1 d开始锻炼,维持下肢肌力、肌张力练习,如患肢抬高、股四头肌主被动收缩、足跟滑移等,练习弯曲膝关节,恢复关节活动度,术后1周内助行器辅助下下地日常行走练习。两组患者均由专业的康复治疗师指导康复锻炼。

1.3 观察指标 两组患者术后均获得不少于12个月的随访,随访期间未有假体松动、感染、假体周围骨折等不良情况发生。记录比较常规方法组与新方法组患者术前和术后3 d、1个月、6个月、12个月时HSS评分、VAS评分、WOMAC评分,评估患者膝关节功能。HSS评分包括疼痛、功能、活动度、肌力、固定畸形、稳定性六个方面,共100分。临床疗效分级,优:>85分;良:70～84分;中:60～69分;差:<59分,以此计算末次随访时优良率。VAS评分0分为不疼,1～3分为轻度疼痛,4～6分为中度疼痛,7～10分为重度疼痛,由患者做自评。WOMAC评分包括疼痛、僵硬、日常活动度三项,根据总积分:轻度<80分,中度80～120分,重度>120分,分数越高代表膝关节功能障碍越重。采用三维运动分析系统在末次随访时进行步态分析。

2 结 果

2.1 一般临床资料比较 两组患者年龄、性别、体重指数(body mass index,BMI)、胫骨近端内侧角(medial proximal tibial angle,MPTA)、K-L分级等术前一般临床资料比较,差异无统计学意义(P>0.05,见表1)。

表1 两组患者术前一般临床资料比较

2.2 HSS评分、WOMAC评分、VAS评分、优良率及三维步态参数比较 两组患者术前HSS评分、WOMAC评分、VAS评分比较差异均无统计学意义(P>0.05)。术后随访时两组患者的HSS评分、WOMAC评分、VAS评分与术前比较均有改善,差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者术后随访中,新方法组较常规方法组在术后3 d、1个月、6个月、12个月时HSS评分、WOMAC评分、站立位VAS评分改善更显著,差异有统计学意义(P<0.05),其中,两组患者术后随访时坐位VAS评分比较差异无统计学意义(P>0.05,见表2～4)。

表2 两组患者手术前后HSS评分比较分)

表3 两组患者手术前后WOMAC评分比较分)

表4 两组患者手术前后坐位、站立位时VAS评分比较分)

两组患者术前膝关节屈曲活动度(摆动相、站立相)、内外翻、内外旋比较,差异无统计学意义(P>0.05)。末次随访时,新方法组较常规方法组内外旋角度增大,差异有统计学意义(P<0.05,见表5)。

表5 两组患者术前、末次随访时膝关节三维步态参数结果

根据HSS评分临床疗效分级标准,常规方法组优16例,良14例,中8例,优良率78.9%;新方法组优18例,良16例,中1例,优良率97.1%。两组患者优良率结果对比,差异有统计学意义(P<0.05,见表6)。

表6 两组患者术后优良率比较

2.3 典型病例 59岁女性患者,因“左膝内侧疼痛伴活动受限6个月”入院。既往无特殊病史。入院阳性查体:左膝外观呈轻度“O”型性变,内侧局部压痛,行走时疼痛较为明显,左下肢长度较对侧略有缩短,膝关节屈伸活动度约0 °～120 °。入院查患者一般情况可,生命体征平稳,在椎管内麻醉下行左膝内侧单髁置换术。术后恢复良好,膝关节力位、力线满意。手术前后影像学资料见图3～7。

图3 术前全长位X线片示左膝内侧间室骨关节炎,左下肢轻度内翻

图4 术前X线片示病变主要累及内侧间室

图5 术前左膝MRI检查,排除局部病变

图6 术中胫骨端截骨,垂直截骨时较常规方法内旋5 °～10 °,安放第三代牛津单髁假体

图7 术后X线片示假体位置可

3 讨 论

3.1 锁扣机制的成因、定义及意义 膝关节在正常生理运动中,当完全伸直位时,髂胫束、外侧副韧带、内侧副韧带后部及前交叉韧带后外侧部紧张,半月板前部挤压在胫骨和股骨之间。当膝关节开始屈曲时,膝关节解锁,腘肌的收缩使股骨在胫骨上外旋。屈曲0 °～30 °,股骨以后滚为主,股骨外侧后滚幅度比内侧大。屈曲30 °以上,股骨在胫骨上以旋转为主。由于内侧股骨髁的关节面比外髁大,在膝关节从屈曲到伸直过程中,外侧间室比内侧间室先到达完全伸直。在伸直末0 °～30 °,股骨在胫骨上发生内旋,平均内旋约5 °～15 °[11],胫骨结节相对外移,膝关节锁紧,称为锁扣机制。单云官等[12]通过观测186根股胫关节面的形态结构,得出股骨内、外侧髁关节面中部有内、外侧压迹,与胫骨近端内、外侧髁关节窝及半月板共同组成股胫关节的锁扣机制。锁扣机制的存在可以减轻人体直立位时股四头肌的负荷,同时,可以帮助股骨髁回纳到半月板内,达到伸直位时最大稳定性。常规的置换方法重点是从冠状位和矢状位上纠正不良的力线,对于轴状位上仍是以前交叉韧带和髂前上嵴为参考目标,而忽略了正常三维运动模式下[13]锁扣机制的重要性,缺少更为精准的参考模式,导致术后在伸直末,人工半月板运动轨迹偏离股-胫正常的运动中心线[14],长期的不良刺激,可能导致假体边缘应力增加,加速聚乙烯垫片磨损,引起衬垫磨损脱位[15]、撞击、膝痛等不良后果。本研究结果表明,常规方法术后轴状位运动参数未能得到有效纠正,新方法截骨同时能纠正膝关节轴状位失衡,术后轴状位运动参数变化更有意义。

3.2 两组方法临床评分及疗效分析 本研究中,采用第三代牛津单髁置换活动型假体,它的设计原理是假体置换后恢复膝关节自然运动,所以运动学特征较为复杂:(1)活动型半月板垫片随着股骨假体而运动;(2)半月板-股骨界面(球-舀)存在屈伸活动,半月板-胫骨界面(平面-平面)存在水平和旋转两种运动。刘少华等[16]通过研究后得出活动平台单髁假体置换下肢力线矫正角度较固定平台对于恢复下肢解剖轴线更佳。基于此种设计,新方法组在屈膝位下胫骨端垂直截骨时,较常规方法组稍内旋平均5 °～10 °,以适应锁扣机制。两种方法经统计对比发现,新方法组较常规方法组在3 d、1个月、6个月、12个月时HSS评分、WOMAC评分、站立位VAS评分均有改善,差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者末次随访时优良率比较,差异有统计学意义(P<0.05)。常规组患者术后1例出现假体脱位,予以翻修更换。Kennedy等[17]研究发现,年龄、体重以及髌股关节磨损对临床结果和假体生存率没有显著影响。吴浩等[10]分析了若干例UKA术后患者,得出矢状位上胫骨假体后倾角度过大或过小均能导致衬垫发生脱位。本研究中两组患者术中均采用后倾7 °截骨,矢状位力线满意,所以脱位因素不能排除轴状位因素异常导致,建议可进一步建立临床数据研究。两组患者术后早期均出现1例膝前内侧隐痛,吕欣等[18]分析了80例UKA术后患者,认为行髌骨周围去神经化后早期即能有效改善膝前疼痛的发生,提高股四头肌肌力和膝关节功能。同时,安帅等[19]研究分析了60例UKA患者,认为围手术期疼痛管理对膝关节单髁置换术后患者疼痛和早期功能恢复效果同样有重要影响,是值得临床骨科医师关注的重点问题。本研究中两组患者术中未放置引流管,术后1 d即开始在专业康复治疗师的指导下分期康复锻炼,计划可行,术后效果满意。毕然然等[20]通过纳入60例UKA患者,得出膝关节单髁置换术后超早期的规范康复治疗,可进一步减轻患膝关节疼痛,促进患膝肌力及关节活动度恢复。

本研究结合膝关节锁扣机制,认为新方法截骨术后可使膝关节功能评分更佳,取得更高的优良率。同时,这一方法较常规方法在术后膝关节三维运动上,使得内外旋活动更加接近正常生理运动范围。