全膝关节置换假体类型及应用进展

李桐，王文波

(哈尔滨医科大学附属第一医院骨外科，哈尔滨 150001)

膝关节骨性关节炎是一种以关节软骨变性、破坏及骨质增生为特征的慢性关节疾病，在中老年人群中十分常见。终末期膝关节骨性关节炎所引起的膝关节疼痛、活动受限及功能障碍严重影响患者的生活质量。目前，其治疗方法以全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)为主，而应用于初次TKA的膝关节假体类型有后交叉韧带保留型(cruciate-retaining insert,CR)、后稳定型(posterior-stabilized insert，PS)、超形合度型(ultra-congruent insert，UC)。根据是否保留后交叉韧带(posterior cruciate ligament，PCL)，假体又可以分为PCL保留型(CR)和PCL替代型(PS、UC)。其中，UC假体在传统膝关节假体的基础上进行了改良，通过提高股骨假体与聚乙烯垫片间的形合度替代PCL的功能，解决植入CR假体时平衡间隙的技术难点，缩短手术时间，是代替传统CR假体的一个良好选择[1-3]。同时，UC假体还能避免植入PS假体时所造成的髁间骨量丢失、垫片中柱的磨损以及髌骨弹响综合征的发生[4]。但UC假体是否能达到与传统假体相同的治疗效果，其活动度、稳定性及术后恢复等方面与CR、PS有何异同还需进一步探究。现就全膝关节置换假体类型及应用进展予以综述，以期为临床工作提供指导及参考。

1 初次TKA假体类型及其优缺点

1.1CR假体 CR假体是在早期全髁型假体的基础上，在胫骨平台后方留有容纳PCL的缺口，可在术中保留PCL。PCL起于股骨髁间窝内前部，向后、外、下止于胫骨棘后侧，能够防止胫骨的向后移位，维持膝关节的稳定性，并具有在屈膝时牵拉股骨向后滚动的作用[5]。膝关节运动复杂，并不是简单的屈伸活动，早期的全髁型膝关节假体设计对膝关节运动认识不足，在膝关节屈曲近100°时，因股骨后侧干骺端与假体聚乙烯垫片后缘撞击，限制了最大活动度。

CR假体的优点：①保留了PCL，存在股骨的后滚运动，能够提高膝关节的潜在活动度。② CR假体要求等量截骨，恢复正常关节线位置，更接近术前正常状态。③PCL中存在机械感受器，能够在运动时提供本体感觉。膝关节的本体感觉包括关节的位置觉、运动觉以及神经反射和肌张力的调节能力，PCL损伤或断裂后所产生的一系列症状是机械平衡改变和感觉传入缺失导致[6]。有学者发现，CR假体在术后步态的恢复上较PS假体有更良好的表现[7]，可能与保留了PCL的本体感觉有关。

CR假体的缺点：①手术难度较高，终末期膝关节骨性关节炎患者的PCL常存在挛缩畸形，为获得理想的膝关节活动度，对PCL的松解处理十分重要。由于PCL挛缩，重建韧带间的平衡十分困难，虽然在CR假体应用过程中发现了间隙平衡的方法，但仍对术者的能力及经验要求较高。②终末期膝关节骨性关节炎患者的PCL常发生退化，机械感受器损伤导致PCL部分丧失本体感觉功能[8]，故保留本体感觉的意义不大。③为适应PCL牵引下的股骨后滚，垫片设计需尽量平坦，股骨假体与垫片间的形合度较低，在膝关节运动过程中会加重聚乙烯垫片的磨损。

1.2PS假体 PS假体是一种PCL替代型假体，在股骨假体髁间处有髁间盒设计，同时在聚乙烯垫片中央存在突起的中柱。当膝关节屈曲时，股骨假体髁间盒后部抵在垫片中柱下方，形成向后作用力的杠杆，从而实现股骨后滚并维持膝关节的后稳定性。在植入时需股骨髁间截骨以容纳凸轮结构。

PS假体的优点：①作为PCL替代型假体，术中直接切除PCL使手术的暴露和韧带平衡更加容易，也可以避免CR假体因PCL松弛导致的股骨反常前移现象。②这种后凸轮结构能增加股四头肌的力臂，使股四头肌的发力更加轻松，也有利于术后康复锻炼过程中对股四头肌的保护[7]。③通过扩大股骨后髁面积以及改良髁间盒机制所生产的高屈曲度型PS假体的最大屈曲度可达155°，能够满足患者对高屈曲度膝关节运动的需求。

PS假体的缺点：①易松动且磨损率较高，其凸轮设计使更多的应力传导至胫骨端骨与骨水泥交界处，更易引起假体松动。此外，垫片中柱也具有很高的磨损和断裂风险，尤其在PS固定平台假体中[9]。②植入PS膝关节假体时需在股骨髁间截骨制作髁间盒，会使患者损失更多的骨量，这对于骨量较少或骨质疏松患者不利。③PS假体置换术后常因股骨假体滑车撞击股四头肌肌腱而形成纤维结节，在主动伸膝至关节屈曲30°～50°时，纤维结节可卡在髁间窝内，表现为疼痛或非疼痛的摩擦感及弹响，这种PS假体的潜在并发症被称为“髌骨撞击综合征”[4]。

1.3UC假体 UC假体是一种较新型的膝关节假体，也是PCL替代型假体。UC假体股骨侧使用的是与CR相同的标准股骨假体，但其垫片具有增高的前壁和加深的底盘。这种设计旨在使股骨假体与垫片之间更加贴合，提高形合度，防止膝关节屈曲时股骨髁的前脱位[10-11]。

UC假体的优点：①极高的形合度增大了股骨假体与垫片之间的接触面积，从而在垫片上形成更好的受力分布[12]，有利于分散应力，减少垫片的磨损。②使用标准的股骨假体，在应用CR假体的TKA中如需切除PCL，仅更换UC垫片即可，为术者提供了便利。③相较PS假体，省去了后凸轮结构，无需制作髁间盒，避免了垫片中柱的磨损甚至断裂，也无需担心股骨髁间骨量丢失所导致的股骨髁骨折[13]。④避免了髌骨撞击综合征的发生。

UC假体的缺点:①这种设计可能会增加膝关节屈曲时股骨轴向的外旋[14]，导致的股骨假体与垫片之间的横向摩擦会增加垫片的磨损。②应用时间较短，对于远期存活率及并发症等情况缺少足够的研究报道。

1.4其他 根据聚乙烯垫片与胫骨托固定与否，又可以将假体分为固定平台型假体与活动平台型假体。活动平台型假体的垫片与胫骨底座之间同时具备了活动性与限制性，更加符合膝关节生理运动模式，能够减轻关节面下方压力及骨与假体间的应力,减少垫片的磨损，延长假体的使用寿命。但关于活动平台型假体与固定平台型假体的对比研究发现，两者在术后短中期的功能表现方面差异无统计学意义[15-16]。除活动平台型假体翻修风险稍低外，假体存活率无明显差别[17-18]，且活动平台型假体并未解决PS假体髁间骨量损失的问题。

2 膝关节假体的临床应用及治疗效果

2.1CR与PS假体的选择 一般认为，术前PCL已损伤的患者更适合选择PS假体[12]。除此以外，对于初次行膝关节置换的患者，选择何种假体一直存在争论。支持CR假体的学者认为，保留PCL有助于患者的本体感受，利于患者术后步态恢复[7]。此外，保留更多的生理结构能够减少骨与假体间的应力，且不需要髁间截骨，可为患者保留更多骨量，降低了股骨髁骨折的发生风险。而支持PS假体的学者认为，PS假体避免了平衡间隙的手术难点，如术中难以获得理想的软组织平衡，或是发生PCL医源性损伤，对于经验较少的术者建议使用PS假体[12]。高屈曲型PS假体能够实现更大的活动度，适用于有特殊需求的患者。两种假体在长时间应用和发展过程中取得了良好的治疗效果，总体优良率及3年存活率均可达95%以上，且在术后早期和远期的随访观察及各项功能评分中也无显著差别[19-20]，术后并发症比较差异无统计学意义[21]。除特殊手术适应证外，是否保留PCL及假体类型的选择主要取决于术者。

2.2UC假体与CR和PS假体疗效的比较 UC假体在设计上具有一定的优点，目前广泛应用于TKA的治疗，在术后短中期内取得满意的效果，并表现出良好的功能性和安全性[22-23]，但能否取代传统假体仍需一步探究。目前关于UC假体的临床研究较多，且多以CR或PS假体的临床功能表现作为标准评价疗效。

2.2.1股骨后滚与活动度 研究发现，UC与CR假体均不能完美还原膝关节生理性的股骨后滚[24]，两者的活动度也未发现明显差异[25]。但因试验过程中患者处于麻醉状态，膝关节肌肉松弛且被动屈伸，因而测量结果具有一定局限性。Rajgopal等[2]也发现，术后短中期UC与CR假体的活动度比较差异无统计学意义。部分学者研究发现，与PS假体相比，UC假体的术中活动度与股骨后滚较差[26-28]，但两种假体术后短中期的活动度比较差异无统计学意义[29]。有学者提出，TKA后膝关节活动度达到111°～165°对于患者的日常生活非常必要[30]。PS假体虽然拥有较高的活动度，但3种假体在术后早期所达到的活动度均可以满足患者的正常生活需求。股骨的后滚旨在提升膝关节屈曲时的运动空间，增加活动度的最大值。相对早期临床功能表现，UC假体的股骨后滚运动虽不及PS假体，但在短中期的使用上并未造成不利影响。

2.2.2稳定性 有学者在TKA中进行抽屉试验，采用导航系统对胫骨的前后移位进行测量，结果发现，UC与CR假体的矢状位稳定性均低于术前，但两者比较差异无统计学意义[25]。关于UC与PS假体术中稳定性的对比研究发现，当膝关节屈曲角度为0°和30°时两者差异无统计学意义，而当屈曲角度为60°和90°时，UC假体表现出矢状位松弛[26]。说明在特定角度下，UC假体的术中稳定性不及PS假体，在屈曲过程中，PS假体的后凸轮结构以中柱为支点形成杠杆，这种机械性结构使PS假体能够展现良好的后稳定性。但考虑到术中稳定性测量时患者处于麻醉状态，下肢肌肉松弛，因此无法评定术后患者是否会存在同样的稳定性差异。也有学者采用体外装置标准化抽屉试验并与X线摄影测量相结合的方法，对UC与CR假体术后早期的稳定性进行了比较，结果发现UC假体的早期稳定性优于CR假体[24]。关于UC与PS假体术后早期稳定性的研究也发现，UC假体的稳定性较差[27]。CR与UC假体在维持稳定性上分别依靠PCL及膝关节周围的软组织张力，这表明两种假体术后能否获得良好的膝关节稳定性，在一定程度上取决于患者自身软组织条件。

2.2.3膝关节功能评分 Rajgopal等[2]对105例膝骨关节炎患者进行双侧膝关节置换治疗，随机一侧膝关节使用UC假体治疗，另一侧使用CR假体治疗，术后进行6～24个月的随访。结果发现，在西大略湖和麦克马斯特大学骨性关节炎指数评分及改良膝关节功能评分上UC假体略优于CR假体。而Song等[3]对76例(38例CR假体、38例UC假体)膝关节置换患者进行了为期至少3年的随访调查发现，在美国特种外科医院膝关节评分、美国膝关节协会评分与西大略湖和麦克马斯特大学骨性关节炎指数评分上CR假体与UC假体比较差异无统计学意义。因而，无论是同一个体还是单一个体间的比较，UC假体均有与CR假体基本相同的功能表现。Lützner等[29]对CR与UC假体术后进行了为期3～12个月的调查研究发现，两种假体的美国膝关节协会评分及牛津大学膝关节评分均较术前明显提高，且UC假体牛津大学膝关节评分中的疼痛评分和功能评分高于CR假体。石亚雄和田华[30]的回顾性研究也显示，UC假体与PS假体的术后特种外科医院膝关节评评分与西大略湖和麦克马斯特大学骨性关节炎指数评分比较差异均无统计学意义。虽然UC假体的术中活动度及膝关节稳定性低于PS假体，但两种假体在术后短中期的临床功能表现上无明显差异[30-32]。关于UC假体的短中期随访报道中均未发现有明显低于传统假体的评分项目，但目前仍缺乏关于UC假体术后长期随访的文献报道。

3 小 结

UC假体在TKA后短中期内能够取得与传统CR、PS假体基本相同的治疗效果。UC假体能够使用标准的股骨假体，无需髁间截骨，具有保留骨量的优点。行CR假体置换过程中，如术中决定切除PCL，也只需更换UC垫片即可，在术前准备及术中操作上为术者提供了便利。UC假体在功能表现上与CR假体基本相同，而在术中的稳定性及活动度上略低于PS假体，但这并未影响术后短中期的临床功能表现。UC假体是替代CR和PS假体的可靠选择，但其术后远期效果是否存在其他问题还需进一步探讨。未来膝关节假体设计与发展仍需在保证膝关节良好功能的前提下，以减少磨损及并发症发生，降低手术难度，方便术者。