馬路遙郭萬首程立明

（1.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部中日友好臨床醫(yī)學(xué)院，北京100029；2.中日友好醫(yī)院骨科，北京100029）

單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究現(xiàn)狀

馬路遙1郭萬首2*程立明2

（1.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部中日友好臨床醫(yī)學(xué)院，北京100029；2.中日友好醫(yī)院骨科，北京100029）

當(dāng)前對于嚴(yán)重的膝骨關(guān)節(jié)炎患者而言，全膝關(guān)節(jié)置換（totalknee arthroplasty,TKA）已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的手術(shù)治療方式。但是近些年來，單髁關(guān)節(jié)置換（unicompartmental knee arthroplasty,UKA）治療單間室退行性骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis,OA）的效果較前明顯提高，內(nèi)側(cè)活動(dòng)平臺(tái)型設(shè)計(jì)假體（牛津膝，OUKA）的20年生存率可達(dá)到91%[1]。目前選擇UKA還是TKA治療單間室OA尚存爭議[2]。盡管多數(shù)TKA可以取得很好的臨床效果，但是研究表明TKA術(shù)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)與正常健康膝關(guān)節(jié)不同，并且與假體設(shè)計(jì)及手術(shù)技術(shù)有關(guān)[3]，目前尚無一種TKA假體能夠完全再現(xiàn)正常的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)[4]。相比于TKA，UKA只改變膝關(guān)節(jié)的單個(gè)間室，而髕股關(guān)節(jié)及前交叉韌帶（anterior cruciate ligament,ACL）、后交叉韌帶（posterior cruciate ligament,PCL）等結(jié)構(gòu)均得到保留，因此理論上認(rèn)為UKA術(shù)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)更接近于正常[5,6]。

1 脛股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)

膝關(guān)節(jié)包括脛股關(guān)節(jié)和髕股關(guān)節(jié)，我們通過脛骨和股骨的相對位移來了解脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。本文從以下幾方面闡述脛股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)：股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)的體內(nèi)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究、股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)的體外運(yùn)動(dòng)學(xué)研究及其他影響脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的因素。

1.1 脛股關(guān)節(jié)股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)的體內(nèi)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究

1.1.1 正常膝關(guān)節(jié)的股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)：正常膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)，內(nèi)側(cè)髁在凹的脛骨平臺(tái)上移動(dòng)很小，而外側(cè)髁在相對平坦的脛骨平臺(tái)上向后滾動(dòng)（roll-back），這種差異導(dǎo)致股骨圍繞內(nèi)側(cè)髁的軸外旋，相對于脛骨來說則為內(nèi)旋[7]。股骨后滾具有重要的生物力學(xué)意義：首先，可以通過延遲股骨后方與脛骨后方的接觸來增加屈曲角度；其次，同時(shí)延長了伸膝裝置的力臂，使股四頭肌在屈膝位時(shí)有更好的效率。

1.1.2 TKA術(shù)后脛股關(guān)節(jié)的股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)：與正常膝關(guān)節(jié)相比，絕大多數(shù)TKA膝關(guān)節(jié)在屈曲時(shí)表現(xiàn)出股骨后滾減小[8-10]。Dennis等[10]通過總結(jié)70多個(gè)關(guān)于TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究（包括正常人和33種膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)）來分析假體設(shè)計(jì)對于膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響，其中811個(gè)膝關(guān)節(jié)在步態(tài)及深屈膝時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)均由X線技術(shù)獲得，結(jié)果顯示正常膝關(guān)節(jié)及保留ACL的膝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出最大的股骨后滾，而出現(xiàn)屈曲時(shí)股骨髁反向前滑絕大多數(shù)為PCL保留型TKA；所有組別中運(yùn)動(dòng)學(xué)均具有變異性，只有55%的膝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出以內(nèi)側(cè)為旋轉(zhuǎn)中心的正常模式。

Dennis等[11]進(jìn)行了一項(xiàng)包括1027個(gè)膝關(guān)節(jié)在內(nèi)的大樣本多中心研究，正常膝關(guān)節(jié)在深屈膝及行走中，脛骨相對于股骨內(nèi)旋平均為16.5°和5.7°；而所有TKA組在深屈膝時(shí)，不論是內(nèi)旋角度，還是正常旋轉(zhuǎn)模式所占的比例均減小。在步態(tài)中，所有類型TKA均表現(xiàn)出相似的旋轉(zhuǎn)模式，但是內(nèi)旋角度均有所減小。對于大多數(shù)假體，深屈膝時(shí)脛骨平均內(nèi)旋值是相似的，均＜4°；但是ACL保留型假體平均內(nèi)旋為8.1°，更接近于正常膝關(guān)節(jié)。TKA術(shù)后至少19%的脛骨關(guān)節(jié)在深屈膝時(shí)會(huì)出現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，而在步態(tài)中，至少31%出現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)。Meccia等[4]通過對120例TKA術(shù)后脛骨軸向旋轉(zhuǎn)的度數(shù)進(jìn)行分組研究，各組均包括多種假體設(shè)計(jì)（無論P(yáng)CL保留與否、平臺(tái)活動(dòng)與否及ACL保留等假體均涉及），結(jié)果顯示正常旋轉(zhuǎn)模式比反向旋轉(zhuǎn)在負(fù)荷狀態(tài)下?lián)碛懈笄ソ嵌龋?15°vs 109°,P=0.02），旋轉(zhuǎn)＞3°的膝關(guān)節(jié)比≤3°的膝關(guān)節(jié)擁有更大的屈曲度（115°vs 107°,P＜0.001）。此結(jié)果與Dennis等[11]的研究結(jié)果類似。由此可見，正常軸向旋轉(zhuǎn)模式可實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)最大屈曲度。

1.1.3 UKA術(shù)后脛股關(guān)節(jié)的股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)：Mochizuki等[12]通過對比UKA術(shù)前與術(shù)后負(fù)荷下蹲時(shí)（屈曲10°～100°）的脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)得出結(jié)論認(rèn)為，UKA術(shù)后脛骨旋轉(zhuǎn)及股骨后滾模式均與術(shù)前相似，并且與其之前用同樣方法研究正常膝關(guān)節(jié)得到的結(jié)果相似[13]，但脛骨最大旋轉(zhuǎn)值及股骨外髁后滾均較術(shù)前有所減小，認(rèn)為有很多因素影響這種運(yùn)動(dòng)學(xué)的變化，包括手術(shù)技術(shù)、OA程度及術(shù)后的恢復(fù)等。之后，Mochizuki等[6]通過更接近于膝關(guān)節(jié)屈曲軸的股骨上

髁軸代替上述研究中使用的內(nèi)外髁幾何中心連線來評(píng)估UKA術(shù)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，UKA術(shù)后的脛骨旋轉(zhuǎn)與術(shù)前相比有減小的趨勢，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，股骨內(nèi)側(cè)髁相對于脛骨的位置及活動(dòng)均與術(shù)前相似，而外側(cè)髁則表現(xiàn)出股骨后滾減小，認(rèn)為UKA術(shù)后運(yùn)動(dòng)學(xué)并不能完全恢復(fù)正常，而是更接近于OA膝，這種運(yùn)動(dòng)學(xué)改變可能是膝關(guān)節(jié)OA的病理學(xué)改變引起的。而UKA術(shù)前的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)更接近于OA膝，表現(xiàn)為脛骨旋轉(zhuǎn)及股骨后滾的減小[14]。

Hanson等[15,16]的研究發(fā)現(xiàn)，UKA術(shù)后和TKA術(shù)后負(fù)荷屈曲最大時(shí)脛骨內(nèi)旋平均為13.2°和6°，顯然UKA較TKA更接近于正常值。TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)異常模式（包括脛骨反向旋轉(zhuǎn)和股骨外側(cè)髁反向前滑）的報(bào)道較常見[4,10,11]，而UKA術(shù)后出現(xiàn)異常運(yùn)動(dòng)模式的報(bào)道很少。據(jù)此推斷，在體內(nèi)研究中，UKA術(shù)后并不能完全恢復(fù)正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)，但與TKA相比仍具有優(yōu)勢。

1.2 脛股關(guān)節(jié)股骨后滾及軸向旋轉(zhuǎn)的體外運(yùn)動(dòng)學(xué)研究

Heyse等[17]的體外研究發(fā)現(xiàn)，不加負(fù)荷的被動(dòng)伸屈時(shí)，UKA的股骨后滾模式與正常膝關(guān)節(jié)十分相似；然而在增加負(fù)荷的模擬下蹲運(yùn)動(dòng)時(shí)，UKA組股骨外側(cè)髁后滾與正常位置相同，而內(nèi)側(cè)髁相比于正常位置更加靠后，使脛骨內(nèi)旋值相對減小。Allaire等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)半月板根部撕裂或全切的膝關(guān)節(jié)在屈曲時(shí)脛骨內(nèi)旋減小，同樣發(fā)現(xiàn)股骨內(nèi)側(cè)髁屈曲時(shí)更加靠后，對撕裂進(jìn)行修補(bǔ)后發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)又恢復(fù)正常。Heyse等[17]認(rèn)為失去了穩(wěn)定性及適配性更好的楔形生理半月板引起脛骨在屈曲時(shí)內(nèi)旋減小，這在負(fù)荷較大的下蹲活動(dòng)中更明顯。被動(dòng)伸屈時(shí)，UKA所留存的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)提供了足夠的穩(wěn)定性來維持正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。Suggs等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，加入負(fù)荷的UKA膝股骨前后穩(wěn)定性與正常膝相同，而屈曲時(shí)脛骨內(nèi)旋減小。Becker等[20]研究認(rèn)為，正常膝在所有屈曲角度的前后位移及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性均在UKA中得以保留（無論固定半月板還是活動(dòng)半月板）。這些研究均與Heyse等[17]的研究結(jié)果相似。Patil等[5]通過對比UKA及TKA術(shù)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)（脛骨內(nèi)旋及股骨后滾）得出結(jié)論認(rèn)為，TKA明顯改變了膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，而UKA則保留了正常的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。因此在體外研究中，相比TKA，UKA的術(shù)后運(yùn)動(dòng)學(xué)更接近于正常膝關(guān)節(jié)。

1.3 其他影響脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的因素

1.3.1 膝關(guān)節(jié)的“伸直鎖定”：在膝關(guān)節(jié)伸膝接近終點(diǎn)時(shí)（大約屈曲20°），膝關(guān)節(jié)的繼續(xù)伸展伴隨著股骨髁相對于脛骨平臺(tái)的內(nèi)旋，至膝關(guān)節(jié)完全伸直，這種伸屈與軸向旋轉(zhuǎn)必不可少的復(fù)合稱為“伸直鎖定”（screw home）。盡管“伸直鎖定”時(shí)的軸向旋轉(zhuǎn)可能只有5°，但仍有重要的生物力學(xué)意義。“伸直鎖定”后的膝關(guān)節(jié)能夠獲得充分的穩(wěn)定而無需股四頭肌更多的作用，這對于長期有效的站立十分重要。TKA術(shù)后的患者并未表現(xiàn)出這種機(jī)制，這種差異無論是在體內(nèi)研究或者是體外測試均可觀察到[8]。這可能與關(guān)節(jié)幾何學(xué)及韌帶結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)[9]。在正常關(guān)節(jié)的伸直終末段，ACL對脛骨施加的轉(zhuǎn)力矩實(shí)現(xiàn)脛骨外旋[8]。絕大多數(shù)的TKA選擇犧牲ACL[21]，導(dǎo)致“伸直鎖定”機(jī)制的喪失，而UKA保留了完整的ACL，因此保留了這種機(jī)制。

1.3.2 膝關(guān)節(jié)的髕腱角（patellar tendon angle,PTA）：PTA是指矢狀面上髕韌帶與脛骨長軸的夾角，是評(píng)估脛股關(guān)節(jié)及髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的良好指標(biāo)，并且與脛股關(guān)節(jié)及髕股關(guān)節(jié)接觸壓有關(guān)[22]，其主要取決于股骨和脛骨表面幾何學(xué)及髕骨表面和股骨滑車溝之間的相關(guān)作用，髕股關(guān)節(jié)的異常（例如厚的髕骨或淺的滑車溝）引起PTA稍增大，而PTA的主要異常可能是由于股骨和脛骨之間的關(guān)系，股骨相對于脛骨前移會(huì)增加PTA，而股骨后移則會(huì)減小PTA。Hollinghurst等[23]把UKA術(shù)后10年的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分別與平均術(shù)后3.8年的膝關(guān)節(jié)及正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，兩組術(shù)后的膝關(guān)節(jié)PTA與正常相比均無明顯差別。Pandit等[22]通過對比不同假體TKA術(shù)后1年與正常膝關(guān)節(jié)在不同活動(dòng)時(shí)的PTA發(fā)現(xiàn)，正常膝關(guān)節(jié)PTA在完全伸直時(shí)最大，呈線性減小至最大屈曲；而不同TKA組PTA均與正常膝關(guān)節(jié)有顯著差異，PTA降低的曲線較平坦，說明隨著膝關(guān)節(jié)屈曲，TKA術(shù)后的膝關(guān)節(jié)PTA變化是有限的，這與股骨后滾的減少是相對應(yīng)的。Price等[24]的研究結(jié)果顯示，OUKA術(shù)后PTA保持正常，而TKA則變化明顯。其他關(guān)于UKA術(shù)后PTA的研究結(jié)果均有相似的結(jié)果[25,26]。因此通過PTA來評(píng)估關(guān)節(jié)置換術(shù)后運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)，UKA明顯優(yōu)于TKA。

1.3.3 交叉韌帶對膝關(guān)節(jié)術(shù)后運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響：ACL的完整性對UKA至關(guān)重要，ACL的缺乏可以引起UKA不能接受的早期失敗率[27]。聯(lián)合ACL重建的UKA依然可以獲得很好的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)[28]。Dennis等[10,11]的研究中，ACL保留的TKA較其他假體設(shè)計(jì)具有更好的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。一些其他研究也報(bào)道了ACL保

留的TKA較其他類型TKA具有運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)勢[29-31]。但這種保留ACL的TKA并未很好地流行，考慮可能與其對交叉韌帶完整性的要求更高及手術(shù)技術(shù)更復(fù)雜有關(guān)[31]。為了獲得更接近于正常的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)，甚至出現(xiàn)了雙交叉韌帶替代型TKA，但是這種假體的運(yùn)動(dòng)學(xué)并不是正常的，而是在追求正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的道路上又向前邁進(jìn)了一步[29,30]。這種假體在下跪時(shí)的屈曲度堪比目前報(bào)道的最佳臨床結(jié)果，說明在運(yùn)動(dòng)學(xué)上越接近正常，越能獲得更好的臨床結(jié)果。因此，ACL對維持膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)至關(guān)重要。

PCL對于股骨后滾起著重要的作用，切除PCL的TKA可能會(huì)引起股骨后滾的減小，切除PCL后由于凸輪-立柱（cam-spine）裝置的引入只可以相對增加股骨的后滾。然而PCL保留型TKA并未完全重建膝關(guān)節(jié)的生理后滾，可能是由于軟組織平衡及假體的限制等阻礙了PCL發(fā)揮正常的功能[8]。關(guān)于PCL的處理爭論已久[32]。支持后穩(wěn)定型假體（PS-TKA）的學(xué)者認(rèn)為PCL在膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展中可能已經(jīng)受累，從而消弱它的功能，影響膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)及臨床結(jié)果。而支持保留PCL假體（CR-TKA）的學(xué)者強(qiáng)調(diào)了本體感覺和恢復(fù)正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要性，并且指出凸輪-立柱機(jī)制來替代交叉韌帶的功能可能會(huì)帶來一些危害[21]。Seon等[33]的研究表明，CR-TKA患者與正常膝關(guān)節(jié)相比會(huì)出現(xiàn)異常的股骨髁前滑，這種前滑可能會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)后方的撞擊，從而減少膝關(guān)節(jié)屈曲度，同時(shí)會(huì)減小股四頭肌力矩，降低股四頭肌效率。因此與CR-TKA相比，PS-TKA表現(xiàn)出股骨外側(cè)髁更大的后滾（但是小于正常的膝關(guān)節(jié)）和更好的活動(dòng)范圍（ROM）[10,11,32-34]。雖然PS-TKA假體中凸輪裝置的引入可以有效地阻止股骨髁在屈曲過程中的反向前滑，但是輕微的前滑仍有可能發(fā)生[35,36]。UKA保留了完整的ACL及PCL，因此相比大多數(shù)TKA假體具有運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)勢。

2 髕股關(guān)節(jié)

正常髕股關(guān)節(jié)涉及復(fù)雜的生物力學(xué)，而TKA術(shù)后髕股關(guān)節(jié)并發(fā)癥是最常見的問題之一[37,38]。TKA對于髕骨的處理一直存在爭議，髕骨置換時(shí)假體的選擇有很多種，包括圓頂型、解剖型和活動(dòng)型等，股骨假體也通常分為解剖型和非解剖型，但是沒有一種選擇可以恢復(fù)正常髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)[39]。TKA術(shù)后髕股關(guān)節(jié)接觸面積的減小會(huì)使其接觸壓增大，同時(shí)髕骨假體相比于正常膝關(guān)節(jié)呈現(xiàn)出復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng)模式改變[39]。Price等[38]通過研究UKA和TKA對髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響發(fā)現(xiàn)，UKA術(shù)后活動(dòng)時(shí)的髕骨伸屈、傾斜與旋轉(zhuǎn)均與正常膝關(guān)節(jié)十分接近，顯示了正常的髕骨軌跡。而TKA術(shù)后髕骨的傾斜和旋轉(zhuǎn)均變化明顯，即使在大部分屈曲度時(shí)髕骨的屈曲都保持正常，但是在髕骨由股骨髁轉(zhuǎn)到滑車關(guān)節(jié)時(shí)出現(xiàn)明顯的髕骨屈曲減小，說明髕骨未能順利地滑向滑車。因此，UKA術(shù)后的髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)明顯優(yōu)于TKA，這也解釋了為什么UKA術(shù)后髕股關(guān)節(jié)并發(fā)癥很低。

綜上，UKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)雖然可能并未完全恢復(fù)正常，但是其只改變了單側(cè)間室，更多韌帶及結(jié)構(gòu)的保留使其無論是脛股關(guān)節(jié)還是髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)均比TKA更接近于正常。運(yùn)動(dòng)學(xué)上越接近于正常，臨床效果可能越好，因此UKA對于具有單髁置換適應(yīng)證的患者是更佳的選擇。

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2095-9958（2015）02-0 097-04

10.3969/j.issn.2095-9958.2015.01-019

*通信作者：郭萬首，E-mail:guowanshou@263.net