唐康來 施又興

現(xiàn)代人工肩關(guān)節(jié)置換進展與展望

唐康來 施又興

人工肩關(guān)節(jié)置換術(shù)逐漸成為現(xiàn)代肩關(guān)節(jié)外科治療的核心之一，為治療復雜性肱骨近端骨折、盂肱關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎、肱骨頭壞死、盂肱關(guān)節(jié)類風濕性關(guān)節(jié)炎、肩袖性關(guān)節(jié)病等肩部疾病提供了有效的治療手段，為肩關(guān)節(jié)外科的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用，臨床應用效果越來越滿意［1－2］。

人工肩關(guān)節(jié)置換最早開始于19世紀80年代，法國醫(yī)生Jules E Pean利用鉑金屬制成的管套和表面硬質(zhì)處理的橡膠頭構(gòu)成假體，為一例肩關(guān)節(jié)結(jié)核患者進行肩關(guān)節(jié)置換。雖然手術(shù)最終因感染宣告失敗，但他卻開啟了人類肩關(guān)節(jié)置換的歷程，為肩關(guān)節(jié)疾病的治療探索了新的方向。現(xiàn)代人工肩關(guān)節(jié)置換開始于20世紀50年代，最初是奠基人Neer設計了Neer I型假體，而后出現(xiàn)了Neer II型、Neer III 型、Aequalis 假 體、Bigliani／Flatow 假 體、UNIVERS－3D假體等一系列具有代表性肩關(guān)節(jié)假體。

外科醫(yī)生對肩關(guān)節(jié)的應用解剖、生物力學機制、運動學及穩(wěn)定性等的認識逐漸深入，不斷革新假體設計理念，為現(xiàn)代肩關(guān)節(jié)假體研制和關(guān)節(jié)置換術(shù)發(fā)展奠定了基礎。依據(jù)假體設計理念、肩關(guān)節(jié)運動學及穩(wěn)定性，可以將假體分為限制性假體、非限制性假體和半限制性假體，其中非限制性假體的約束少，盡可能實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)正常解剖重建，是臨床最為常用的假體類型，也是未來肩關(guān)節(jié)假體發(fā)展的主要方向。根據(jù)手術(shù)方式可以分為全肩關(guān)節(jié)置換、半肩關(guān)節(jié)置換、逆置型肩關(guān)節(jié)置換和肱骨頭表面置換，其中全肩關(guān)節(jié)置換術(shù)和半肩關(guān)節(jié)置換術(shù)的優(yōu)缺點及如何選擇依然是爭論的熱點。同時，逆置型肩關(guān)節(jié)假體、肱骨頭表面置換為肩關(guān)節(jié)置換帶來一些新的思路，其意義不容忽視。

一、肱骨頭假體

1．肱骨近端解剖與假體設計：肩關(guān)節(jié)假體的設計原則是盡可能的重建肩關(guān)節(jié)正常解剖結(jié)構(gòu)，恢復關(guān)節(jié)的生物力學關(guān)系。肱骨近端的解剖研究與假體設計密切相關(guān)，相關(guān)解剖研究進展推動著假體設計不斷發(fā)展。肩關(guān)節(jié)假體的設計最主要考慮的指標有肱骨近端頭干角（Head shaft angle）、前后扭轉(zhuǎn)角（Retroversion）和偏心距（Offset）。三個指標在人群中變異很大，特別是扭轉(zhuǎn)角，不僅人與人之間變化大，同一人左右側(cè)也存在差異［3］，這就為假體的設計帶來了難度。理想的假體應該通過巧妙的設計來滿足絕大多數(shù)人的解剖需求。第一代肩關(guān)節(jié)假體為整體型，最具代表性的是NeerⅠ型，它只能提供一個單一的假體柄用于固定，肱骨頭與柄的連接是固定的，解剖適配性差，個體適應性非常有限［4］。第二代假體為模型化型，最具代表性的是NeerⅡ型，由不同型號大小的假體頭和柄組合而成，以適應不同患者的解剖要求，取得較好的臨床效果。第三代假體為解剖型，具有代表性的假體有Aequalis假體和Bigliani／Flatow 假體，在二代假體基礎上實現(xiàn)了頸干角可調(diào)和偏心設計，但未考慮前后扭轉(zhuǎn)角。第四代假體為三維假體，代表性的假體是Anatomical假體和UNIVERS－3D 假體，實現(xiàn)了頸干角、前后扭轉(zhuǎn)角和偏心距角度可調(diào)整，肱骨頭假體大小可選，解剖適應性好［5］，其臨床效果滿意［6－9］。目前國內(nèi)外使用的假體仍然是第二、三代假體為主，其個體適配性有限，雖能基本恢復肩關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)并緩解疼痛，但遠期臨床效果有待提高［10－14］。應該注意的是，肩關(guān)節(jié)置換的療效受多種因素影響，如患者病種及其嚴重程度、假體的選擇、手術(shù)者能力差異及術(shù)后功能鍛煉情況等。一項研究中平均隨訪時間9年（5．8～13．6年），有70% 的患者對置換滿意［15］，基本滿足大多數(shù)患者的意愿。而第四代假體雖然個體適配性最好，但因為價格昂貴、產(chǎn)品推廣及醫(yī)生使用偏好等因素影響，其應用只存在于一些大型醫(yī)院。近年國內(nèi)肩關(guān)節(jié)領域研究人員應用先進的影像技術(shù)，建立國人肱骨近端解剖數(shù)據(jù)庫［16－18］，并自主開始設計肩關(guān)節(jié)假體［19］。國內(nèi)已有較為成熟的第四代假體，目前處于臨床試驗階段，其設計更符合國人肩關(guān)節(jié)的解剖特點，而且價格有優(yōu)勢，相信未來臨床上會得到廣泛地運用。

2．肱骨近端截骨：肩關(guān)節(jié)置換術(shù)中不管使用哪種假體，肱骨近端截骨是手術(shù)操作中的關(guān)鍵步驟。不同的假體設計配套器械不同，截骨的方法不盡相同；臨床醫(yī)生不斷嘗試和改進截骨方法，臨床效果不斷提高［20］。二代假體的頭干角是固定的，通過與假體頭干角相同的截骨導向器來實現(xiàn)肱骨近端截骨。截骨導向器一般都有一個固定的長桿，保持與前臂力線方向一致，然后沿著截骨導向器固定的角度進行截骨［21］。截骨后一般在肱骨近端放置假體試模，根據(jù)與截骨面的匹配性可以進行一定的修整。但因為二代假體頭干角是固定的，與肱骨頭干角很可能不一致，且未考慮扭轉(zhuǎn)角和偏心距，即使截骨面平整和假體頭接觸很好，也不能保證兩者完全吻合，有一部分截骨面可能不被假體頭覆蓋。二代假體的設計和截骨技術(shù)決定了假體不可能有良好的解剖適配性。大部分第三代假體有可調(diào)節(jié)的頭干角，肱骨頭偏心設計，截骨技術(shù)較二代復雜。每種假體設計都配有相應的截骨器械，雖然種類和部件多，操作較為繁瑣，但基本能實現(xiàn)頭干角和偏心距匹配。如果設定假體頭干角與正常角度可以有3°的誤差，假體頭干角在38°或44°時能與95%的肱骨近端匹配［22］。第四代假體主要增加了扭轉(zhuǎn)角設計，有可連續(xù)調(diào)節(jié)的頭干角和扭轉(zhuǎn)角，等距可調(diào)的偏心距，有不同型號的假體頭可選擇，假體的解剖適配性更好，基本能適應絕大多數(shù)患者肱骨近端解剖特點［23］。第四代假體三維結(jié)構(gòu)設計更為復雜，但截骨卻不繁瑣。因為相應的截骨器械設計巧妙，截骨技術(shù)先進，例如：使用唐康來等研發(fā)的個體化肩關(guān)節(jié)假體配套器械中截骨儀可以準確量取肱骨近端解剖參數(shù)并進行截骨，然后用巧妙設計的安裝臺按照解剖參數(shù)準確組裝假體。另外，第四代假體截骨技術(shù)和假體組裝技術(shù)可以減少手術(shù)者因素帶來的偏差。

3．肱骨頭表面置換：肱骨頭表面置換技術(shù)的發(fā)展中離不開Copeland［24］，他主張保留肱骨頭表面解剖結(jié)構(gòu)，不破壞肩袖結(jié)構(gòu)和功能，盡可能減少骨量丟失?，F(xiàn)代肱骨頭表面置換技術(shù)有很多優(yōu)勢：置換過程中只需清除關(guān)節(jié)表面的軟骨和軟骨下骨，不用對肱骨頭截骨，基本上保留骨量不丟失，理論上很適合年輕且可能需再次行翻修手術(shù)的患者。表面置換假體沒有柄，對于髓腔內(nèi)有骨水泥或肱骨有內(nèi)固定患者也可以使用。假體沒有柄結(jié)構(gòu)，能消除肱骨干的應力骨折、脂肪栓塞以及因為開髓或骨水泥導致的低壓狀態(tài)。另外，表面置換更適合創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎導致的肱骨近端畸形愈合患者［25］。理論上表面置換能夠很好恢復肱骨頭的正常解剖結(jié)構(gòu)，但實際應用中發(fā)現(xiàn)僅依靠去除有限的軟骨和軟骨下骨很難實現(xiàn)假體與肱骨頭的良好吻合。另外，表面置換中假體的固定也是值得關(guān)注的一個重要問題，多數(shù)假體的固定結(jié)構(gòu)采用多孔的羥基磷灰石處理，以增強與骨的結(jié)合效果，多孔設計有利于骨長入。但表面置換技術(shù)的長期臨床效果還不明確，少量的研究表明表面置換在骨性關(guān)節(jié)炎患者中取得很好療效［26－27］。肱骨頭表面置換需更多相應的生物力學研究，同時改進假體固定技術(shù)，更重要的是需要大量臨床應用結(jié)果來分析其療效。

二、盂假體

1．盂解剖與假體設計：肩關(guān)節(jié)置換的相關(guān)研究主要集中在肱骨端，而關(guān)節(jié)盂的解剖及生物力學研究、盂假體設計等相對滯后。盂側(cè)關(guān)節(jié)置換相關(guān)的解剖基本局限于大體解剖測量和認識，而相關(guān)生物力學的探討進展很少。可以說，目前盂假體是全肩關(guān)節(jié)置換的一個薄弱環(huán)節(jié)，提高盂假體固定效果在肩關(guān)節(jié)置換中至關(guān)重要［28－29］。相對于肩胛骨平面而言，關(guān)節(jié)盂的關(guān)節(jié)面有輕度的后傾，但因為測量時所依據(jù)的關(guān)節(jié)盂中心和肩胛骨平面不同，所測的角度差別較大，需要尋求一個穩(wěn)定的容易識別的解剖結(jié)構(gòu)進行測量。關(guān)節(jié)盂主要的解剖特點是曲率半徑，個體間差異很大，但差異與肱骨頭相關(guān)［30－31］。盂假體的設計發(fā)展很快，也出現(xiàn)很多的假體類型，但臨床療效都與Neer假體無明顯優(yōu)勢。盂假體的設計中最重要的指標是穩(wěn)定性、耐磨性和匹配性，影響盂假體的穩(wěn)定性的因素很多：如假體設計、固定方式、肩胛骨骨質(zhì)情況、術(shù)后活動等。目前關(guān)于盂假體穩(wěn)定性的報道逐漸增多，但哪種假體穩(wěn)定性更好尚無定論［32］。關(guān)于耐磨性方面，聚乙烯假體的耐磨性與厚度直接相關(guān)，但不可能無限增加厚度來提高耐磨性。因為正常關(guān)節(jié)盂軟骨的厚度只有幾毫米，如果盂假體的厚度超過4mm會導致關(guān)節(jié)力線偏移和一系列并發(fā)癥。一段時間內(nèi)，曾經(jīng)認為金屬底座的盂假體可以改善固定，但假體的厚度比聚乙烯假體更厚，使解剖重建更加困難［33］。目前這兩類假體臨床應用很多，但更多關(guān)注的是固定方式及穩(wěn)定性，而針對耐磨性的臨床研究很少。假體的設計中還應注意盂肱關(guān)節(jié)半徑不匹配，理論上匹配的關(guān)節(jié)應力分布均勻，增加穩(wěn)定性從而減少磨損，但實驗證明匹配度高的盂肱關(guān)節(jié)雖然位移小但脫出幾率并未顯著降低，而嚴重半徑不匹配又會導致關(guān)節(jié)盂點負荷增加，從而使盂假體磨損加重。目前關(guān)于最佳半徑不匹配的研究仍無定論，一般認為不匹配度為4cm時位移最接近生理情況。一種新的盂假體設計采用二重半徑設計，即提高盂假體中心匹配性，而降低周邊匹配性，這種設計帶來新的理念，但實際應用效果還待考究。

2．盂假體固定技術(shù)：盂假體置換中的棘手問題除了盂磨損外，假體的固定仍然是關(guān)注的重點。盂假體的固定有骨水泥型和非骨水泥型?，F(xiàn)代骨水泥技術(shù)的發(fā)展，明顯提高了假體固定的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代骨水泥加壓技術(shù)包括骨水泥槍加壓、持續(xù)加壓、骨水泥干燥技術(shù)、氣體擠壓灌注技術(shù)等［34－35］。現(xiàn)代加壓技術(shù)的改進，明顯減少了假體周圍透亮區(qū)的出現(xiàn)［36］。但系統(tǒng)分析臨床文獻報道，沒有發(fā)現(xiàn)骨水泥固定明顯優(yōu)于非骨水泥固定，并且骨水泥固定假體時骨量丟失多，失敗后補救非常困難，是不少醫(yī)生放棄的原因。早期非骨水泥型假體底座螺釘?shù)乃蓜?、斷裂和應力遮擋導致其臨床效果低于骨水泥型全聚乙烯假體［37］。現(xiàn)在采用龕狀螺釘固定，所占骨的空間小，骨的大體結(jié)構(gòu)不被破壞，螺釘與骨的界面不明顯，應力分散且骨嵌入充分，臨床效果很好。特別是底座表面金屬微孔處理和羥基磷灰石涂層，有利于骨長入金屬孔構(gòu)成緊密結(jié)合帶。最近有一款新的盂假體：底座表面用多孔鉭金屬處理，其彈性接近正常骨小梁，多孔設計有利于骨長入［38］，避免了傳統(tǒng)金屬底座固定的缺陷；聚乙烯塑模與鉭結(jié)合良好，使得二者不容易分離［39］?？偠灾枪撬嘈图袤w固定時骨量丟失少，翻修較骨水泥型容易，且固定技術(shù)不斷更新，臨床上值得提倡。

3．生物盂表面置換：早在1988年就有學者在半肩關(guān)節(jié)置換的同時進行生物盂表面置換，而最初的研究是1995年Burkhead進行的報道。生物盂表面置換采用自體闊筋膜、肩關(guān)節(jié)囊或異體跟腱代替病變的盂關(guān)節(jié)面軟骨，可以直接縫合在去除軟骨的盂關(guān)節(jié)面上，也可以將異體肌腱縫合在盂假體上。但研究發(fā)現(xiàn)使用自體組織（闊筋膜、肩關(guān)節(jié)囊）進行盂表面置換后患者出現(xiàn)疼痛和盂侵蝕比使用異體跟腱嚴重［40］，可能原因是闊筋膜不能長久性提供支持作用，肩前關(guān)節(jié)囊內(nèi)可能有神經(jīng)纖維導致疼痛，而異體跟腱較厚，能提供持久地支持［41］。研究發(fā)現(xiàn)外側(cè)半月板優(yōu)異的承載和形變性能適合于生物盂表面置換［42］，但缺點是半月板容易出現(xiàn)移位和斷裂。生物盂表面置換一般聯(lián)合肱骨頭置換進行，因為能保留骨量，有利于以后手術(shù)，很適合活動期盂肱關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的年輕患者。未來生物盂表面置換應該會有很好地應用，但目前只有極少的臨床應用結(jié)果報道，且隨訪時間短，不足以得出結(jié)論，尚需長期的臨床隨訪研究和進一步的基礎科學研究。

三、逆置型肩關(guān)節(jié)置換術(shù)

逆置型肩關(guān)節(jié)置換術(shù)主要適應于肩袖撕裂關(guān)節(jié)病，伴有或不伴有明顯肩關(guān)節(jié)疼痛的假性癱瘓，或伴有前上不穩(wěn)的多次肩袖修復失敗者，伴有大結(jié)節(jié)骨缺損或畸形愈合的患者［43］。近年來，逆置型肩關(guān)節(jié)置換術(shù)開始運用于肱骨近端復雜骨折治療的初次置換，并取得較好的臨床療效［44］?？紤]逆置型假體的使用壽命問題，臨床應用中要注意患者的年齡，一般適用于年齡在65歲以上且對活動要求不高的患者，或者患者肩袖無法修復，無其他滿意的治療方法時可選擇［45］。最早的逆置型肩關(guān)節(jié)假體設計的旋轉(zhuǎn)中心偏向外側(cè)，由于應力集中在假體和骨交界面，肩胛盂假體松動發(fā)生率很高，往往導致置換手術(shù)失敗。新的假體設計將旋轉(zhuǎn)中心向內(nèi)上移位，設置在肩胛盂基板和肩胛骨之間，假體與骨之間的應力明顯減小，提高了穩(wěn)定性。目前有研究采用計算機模擬結(jié)合生物力學分析，推出單側(cè)性設計，但其臨床效果有待證明。

逆置型肩關(guān)節(jié)置換最常見的并發(fā)癥是血腫形成、感染、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、假體失效、肩胛骨切跡和假體盂部件松動，臨床應用中翻修率高達33%［46］。該置換術(shù)是初次關(guān)節(jié)置換失敗或者骨折治療失敗后翻修手術(shù)的有效補救措施，但應用于翻修手術(shù)的并發(fā)癥基本是首次手術(shù)的2倍。對于肩袖損傷、疼痛、上舉較差的患者，逆置型肩關(guān)節(jié)置換，具有緩解疼痛顯著提高主動上舉角度的潛能［47］。盂假體部件的使用壽命短、假體的不穩(wěn)定性和肩胛骨切跡等一直是比較棘手的問題。盡管報道的并發(fā)癥發(fā)病率較高，但患者的滿意率也高。逆置型肩關(guān)節(jié)置換還應注意一點是嚴格手術(shù)納入標準，術(shù)前一定要全面考慮患者病情、意愿，仔細權(quán)衡其優(yōu)點和危險性。

四、展望

肩關(guān)節(jié)置換經(jīng)過長期的發(fā)展，取得了顯著的成績，隨著盂肱關(guān)節(jié)的解剖研究深入，假體設計理念不斷更新，假體類型較多能適應患者不同情況，臨床效果不斷提高。但我們也要認識到，仍然有很多相關(guān)研究需要進行，例如測量肱骨近端髓內(nèi)腔三維結(jié)構(gòu)以便改進假體柄近端設計，測量肱骨頭三維結(jié)構(gòu)以利于真正實現(xiàn)個體化關(guān)節(jié)置換，研究骨水泥－骨截面作用機制以改善固定效果，從生物力學角度研究盂肱關(guān)節(jié)匹配關(guān)系以改進假體設計，肩關(guān)節(jié)置換相關(guān)軟組織的處理等［48－50］。

假體的設計是一個永恒的話題，要結(jié)合解剖、生物力學、材料相關(guān)研究進展，憑借先進的設計理念、巧妙設計才能研究出更加理想的肩關(guān)節(jié)假體。假體的設計可以考慮這樣一種系統(tǒng)性的解決方案：在半肩關(guān)節(jié)置換的基礎上，如有必要，安裝盂側(cè)假體可以由半肩置換變成全肩置換；如果全肩置患者有必要，可以通過增加中間連接部件形成逆置型關(guān)節(jié)置換，而不需移除植入骨內(nèi)的部件。

未來肩關(guān)節(jié)假體置換發(fā)展的方向應該是研制真正個體化的肩關(guān)節(jié)假體，微創(chuàng)手術(shù)進行關(guān)節(jié)置換和計算機輔助導航技術(shù)的應用。真正個體化假體與患者正常解剖形態(tài)完全相同，術(shù)中可以依據(jù)患者肩關(guān)節(jié)的相關(guān)參數(shù)快速金屬鑄模，形成形態(tài)一致的假體，從而實現(xiàn)真正個體化的要求。國內(nèi)外已有部分單位開始了相關(guān)的研究。隨著三維打印機的快速發(fā)展，術(shù)中也可以根據(jù)患者的解剖特征三維打印出個體化的假體。外科技術(shù)的發(fā)展趨勢是微創(chuàng)技術(shù)廣泛應用，肩關(guān)節(jié)置換中可以采用小切口輔助下關(guān)節(jié)鏡技術(shù)，運用先進的儀器實現(xiàn)微創(chuàng)關(guān)節(jié)置換。計算機輔助導航技術(shù)在外科手術(shù)中應用越來越多，它使用計算機圖像技術(shù)對影像學資料進行處理，重建二維或三維的醫(yī)學圖像模型，同時結(jié)合各種空間定位技術(shù)，實現(xiàn)手術(shù)過程中器械位置的實時或準實時顯示。未來可以將計算機輔助導航技術(shù)引進入肩關(guān)節(jié)置換術(shù)中，將大大提高置換手術(shù)的準確性和安全性，同時也會促進肩關(guān)節(jié)置換微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展。

肩關(guān)節(jié)置換術(shù)方式很多，假體種類更多，選擇哪種手術(shù)方式、采用哪種假體都成為臨床較難解決的問題。臨床上需要形成系統(tǒng)的指南，包括各種手術(shù)方式的適應癥和禁忌證，各種類型假體選擇的標準，制定標準的手術(shù)操作技術(shù)等。這樣不僅能提高各級醫(yī)師的臨床技術(shù)，而且能減少因手術(shù)者技術(shù)水平和經(jīng)驗帶來的影響，有利于臨床療效分析。

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2013－06－18）

（本文編輯：胡桂英）

10．3877／cma．j．issn．2095－5790．2014．01．002

重慶市科技攻關(guān)項目（CSTC，2007AC5012）

400038 重慶，第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院骨科 全軍矯形外科中心 重慶市運動創(chuàng)傷研究所

唐康來，Email：tangkanglai＠hotmail．com

唐康來，施又興．現(xiàn)代人工肩關(guān)節(jié)置換進展與展望［J／CD］．中華肩肘外科電子雜志，2014，2（1）：5－9．