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后十字韌帶保留在人工膝關(guān)節(jié)置換中的作用
[關(guān)鍵詞] 后十字韌帶 人工膝關(guān)節(jié)置換健康網(wǎng)訊:
張先龍 Seow KH
張先龍(上海市第六人民醫(yī)院骨科 200233);Seow KH(新加坡中央總醫(yī)院骨科)
人工膝關(guān)節(jié)置換是治療膝關(guān)節(jié)疼痛和功能喪失的可靠方法,全髁型人工膝關(guān)節(jié)的問世和廣泛應(yīng)用,使人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)取得了很大進展。手術(shù)器械、假體設(shè)計、固定方法的進一步改進以及手術(shù)技術(shù)的提高,增加了人工膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)的可重復性和耐用性,長期的臨床隨訪顯示優(yōu)良率達90%以上[1-3]。有關(guān)后十字韌帶保留在人工膝關(guān)節(jié)置換中的作用一直是臨床醫(yī)生和研究者們爭論的焦點。主張后十字韌帶保留的研究者認為,后十字韌帶保留的人工膝關(guān)節(jié)置換可獲得更大的關(guān)節(jié)活動度,增加股四頭肌的力量,通過后十字韌帶控制股骨髁后滾動,提供更加穩(wěn)定的膝關(guān)節(jié)功能和保留膝關(guān)節(jié)本體感覺,并可吸收和分散骨與假體界面的剪切應(yīng)力,降低假體的松動率[1-5]。不足之處是增加接觸應(yīng)力和加速聚乙烯磨損,翹翹板效應(yīng)和軟組織平衡困難等[3,4,6-8]。近年來,生物力學、組織學、步態(tài)分析研究結(jié)果以及手術(shù)技術(shù)的改進,使這一爭論更加尖銳[3,4,9-17]。本文結(jié)合近年來上述方面的進展,對后十字韌帶保留和后十字韌帶替代型假體的設(shè)計優(yōu)點和存在的問題進行綜述。
一、運動學及活動度
(一)運動學:正常膝關(guān)節(jié)運動學特征之一是股骨髁在脛骨平臺的后滾動,以增加膝關(guān)節(jié)的活動度。后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換被認為可以保持正常膝關(guān)節(jié)運動,保留解剖學上的股骨髁后滾動。股骨髁的后滾動使脛股關(guān)節(jié)接觸點后移,可使股四頭肌的力臂增加約30%,通過增加股四頭肌的功效,改善爬樓功能[3,4]。解剖學及理論模型研究表明股骨髁后滾動確實可以在后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換中發(fā)生[9,18]。Lewandowski等[18]采用運動學定量分析的方法,對尸體膝關(guān)節(jié)進行假體置換后的運動學比較研究,發(fā)現(xiàn)后十字韌帶切除人工膝關(guān)節(jié)置換伸膝間隙較正常膝增加4mm,需要高于正常膝所需50%力量才能將膝關(guān)節(jié)完全伸直,提示后十字韌帶切除人工膝關(guān)節(jié)置換后要完成日常生活中的完全伸膝運動有一定困難。然而,Stiehl等[19]對5例正常膝關(guān)節(jié)及47例行五種不同設(shè)計的人工膝關(guān)節(jié)置換患者進行研究發(fā)現(xiàn),在相同屈膝條件下,后十字韌帶保留和后十字韌帶替代人工膝關(guān)節(jié)均不能重復正常膝關(guān)節(jié)運動學特征,而且后十字韌帶保留膝關(guān)節(jié)的脛股關(guān)節(jié)接觸點在伸膝時后移,屈膝時前移,作者擔心這種自相矛盾的前移現(xiàn)象會加重聚乙烯的磨損。生物力學研究提示,后十字韌帶保留和替代兩種假體均可以引起股骨髁后滾動,股四頭肌力量均低于正常膝關(guān)節(jié)。其中,后十字韌帶保留假體后滾動減少約36%(P=0.004),后十字韌帶替代假體減少12%(P=0.774);伸膝力量減少分別為15%和12%。這一結(jié)果顯示后十字韌帶替代假體同樣可以產(chǎn)生后滾動;雖然后十字韌帶替代人工膝關(guān)節(jié)運動學特征比較接近正常膝關(guān)節(jié),但無論是后十字韌帶保留還是后十字韌帶替代假體,均不能完全重復正常膝關(guān)節(jié)的運動學特征[20]。近年來,后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換的運動學撞擊問題已引起人們的注意[6]。Scott等[4]強調(diào)術(shù)中對后十字韌帶部分松解,可獲得后十字韌帶平衡。這一技術(shù),特別是與該技術(shù)結(jié)合使用的相對吻合的脛骨聚乙烯表面,對人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后運動學的影響有待進一步研究。
(二)活動度:有關(guān)活動度的文獻報道較多,早期的全髁型人工膝關(guān)節(jié)可屈曲90°~95°。后十字韌帶替代后穩(wěn)定型假體帶有特殊的凸輪機(postandcammechanism),允許屈曲度達到105°~115°;后十字韌帶保留假體要較后十字韌帶切除的全髁設(shè)計假體活動度好得多,在100°~110°之間[1,3,21]。Colizza等[21]對242例人工膝關(guān)節(jié)置換患者的前瞻性研究發(fā)現(xiàn),后十字韌帶替代假體術(shù)后平均活動度為112°,明顯高于后十字韌帶保留(103°)和后十字韌帶切除全髁型膝關(guān)節(jié)。近年來的研究熱點集中在后十字韌帶保留型假體手術(shù)中對后十字韌帶的平衡和松解上,大樣本研究顯示,后十字韌帶松解技術(shù)可以使膝關(guān)節(jié)獲得110°~115°的屈曲度[3,4,6]?梢韵嘈牛诰谋3智g隙平衡的前提下,后十字韌帶保留和替代兩種人工膝關(guān)節(jié)均可獲得110°~115°的最大屈曲度。
二、磨損與松動
(一)磨損:人工膝關(guān)節(jié)的磨損主要與脛股關(guān)節(jié)的吻合度有關(guān)。早期的全髁型假體,采用脛股關(guān)節(jié)幾何形態(tài)較為吻合的設(shè)計,部分提供前后向穩(wěn)定,但這種假體有較大的限制性,增加了假體、骨、骨水泥之間的剪切壓力,易產(chǎn)生磨損和松動。多數(shù)后十字韌帶保留型假體采用關(guān)節(jié)形成面低吻合設(shè)計,如冠狀面平臺對平臺設(shè)計,具有較小的限制性,但易產(chǎn)生邊緣負重,甚至發(fā)生嚴重的聚乙烯后內(nèi)緣磨損、折斷[6,8]。因此,一段時間內(nèi),矢狀面的吻合設(shè)計被認為是科學的。然而,脛股關(guān)節(jié)面的碟形設(shè)計(dishedondished)或彎曲設(shè)計(curveoncurve)容易產(chǎn)生對股骨髁后滾動的限制,導致運動學抵觸(kinematicconflict),隨著膝關(guān)節(jié)屈曲度的增加,后十字韌帶逐漸緊張,聚乙烯表面后唇的局部壓力加大,局部磨損增加[6]。多數(shù)主張保留后十字韌帶的學者強調(diào)通過術(shù)中保持后十字韌帶的平衡,避免后十字韌帶過緊,以克服磨損[3,4]。對后十字韌帶替代型人工膝關(guān)節(jié)而言,磨損不是主要的問題,長期的臨床隨訪表明,采用相對吻合設(shè)計的后十字韌帶替代型假體,聚乙烯磨損特征良好[21]。目前常用的后十字韌帶保留和替代型假體,均趨向于用帶有一定的脛股關(guān)節(jié)吻合度的設(shè)計,接觸壓力小,產(chǎn)生的磨損較少。后十字韌帶替代結(jié)合相對吻合的關(guān)節(jié)面設(shè)計和后十字韌帶松解技術(shù)較能為人們所接受。
(二)松動:后十字韌帶保留與否爭論的另一個焦點,是對骨-骨水泥-假體界面損害的保護。后十字韌帶抵抗和吸收了關(guān)節(jié)運動過程中對假體傷害較大的界面間剪切壓力,因而被認為是減少假體松動的主要原因。然而并未發(fā)現(xiàn)松動是后十字韌帶切除假體失敗的主要問題,力學測試表明后十字韌帶替代假體的凸輪機制可使界面間的剪切壓力轉(zhuǎn)化為壓縮壓力,減少由此產(chǎn)生的假體松動。對骨水泥型后十字韌帶保留和替代人工膝關(guān)節(jié)置換后的長達15年的隨訪研究證實,無菌性松動很少發(fā)生[3]。無論是后十字韌帶保留或者后十字韌帶替代型假體其10~15年的生存率均可達96%以上,采用骨水泥固定,兩者在骨-骨水泥-假體界面的耐用性上無臨床差別[1-3]。
三、本體感覺及步態(tài)分析
(一)本體感覺:本體感覺是指靜止和運動狀態(tài)下對肢體位置的感知。后十字韌帶上存在力學感受器,因而有人主張保留后十字韌帶以提供人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后膝關(guān)節(jié)的本體感覺,并因此認為后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換的患者膝關(guān)節(jié)的本體感覺優(yōu)于后十字韌帶切除和替代型患者。但就患者的主觀感受而言,哪一種設(shè)計更具有明顯的優(yōu)越性,尚無臨床文獻報道。近年來,有關(guān)這方面的研究尚無一致的結(jié)果。組織學研究發(fā)現(xiàn)骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)患者的后十字韌帶存在神經(jīng)學退變,與正常膝關(guān)節(jié)后十字韌帶相比差異有顯著性意義,因此對后十字韌帶保留是否可以改善患者膝關(guān)節(jié)的本體感覺提出疑問[16]。DelValle等[12]采用鼠單克隆抗體免疫組化方法,對22例OA患者后十字韌帶的組化特征進行研究,并與3例正常人的后十字韌帶相比較,證實OA患者后十字韌帶仍然存在多種不同類型的力學感受器,為臨床后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換患者本體感覺及爬樓功能優(yōu)于后十字韌帶切除患者這一結(jié)果提供了理論依據(jù)。Lattanzio等[13]對10例后十字韌帶保留和10例后十字韌帶替代的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后1年隨訪,采用電角度計重復測定靜力狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)角度并與患者的主觀感知進行比較,發(fā)現(xiàn)兩組間本體感覺差異并無顯著性意義,后十字韌帶保留并不能改善患者的膝關(guān)節(jié)本體感覺。
(二)步態(tài)分析:早期研究發(fā)現(xiàn),后十字韌帶切除人工膝關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后爬樓時身體有前傾現(xiàn)象,這一特有的姿勢明顯不同于正常人及后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換患者。后十字韌帶切除人工膝關(guān)節(jié)置換后步態(tài)異常被認為是后十字韌帶切除后股骨髁后滾動喪失,股四頭肌力量不足造成的[18]。事實上,各型人工膝關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后均有平地行走步態(tài)不正,F(xiàn)象,包括:步幅短小、屈曲幅度減小、非正常的屈曲方式和伸膝力矩。長期以來,后十字韌帶保留被認為有較好的爬樓功能。Huang等[10]在對尸體膝關(guān)節(jié)標本的運動學研究中發(fā)現(xiàn),后十字韌帶切除的人工膝關(guān)節(jié),完全伸直時股四頭肌需用高于正常膝關(guān)節(jié)50%的力量,提示后十字韌帶切除后,患者在完成上、下樓梯或從坐位站起等動作時較困難,因而從另一側(cè)面支持了后十字韌帶在完成正常步態(tài)中的作用。Wilson等[17]對此提出了質(zhì)疑,通過對雙側(cè)分別采用后十字韌帶保留和替代兩型假體置換患者,采用相同的步態(tài)分析和等張肌力測定,證實兩組間差異無顯著性意義。對36例49側(cè)人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后6~13年患者進行分組研究,即后十字韌帶切除全髁型人工膝關(guān)節(jié)置換14側(cè),后十字韌帶切除低接觸壓力旋轉(zhuǎn)平臺假體(LCS)15側(cè),后十字韌帶保留LCS假體20側(cè)。采用肌力計進行等張和等長試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過長達6~13年的膝關(guān)節(jié)功能適應(yīng)(HSS評分均在90分以上)后,三組在不同條件下,?繩肌和股四頭肌的肌力無明顯不同。說明后十字韌帶保留和切除的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的長期肌力沒有差異[18],為Wilson的臨床研究結(jié)果提供了理論依據(jù)。
四、穩(wěn)定性
后十字韌帶切除全髁型假體,通過相對吻合的幾何設(shè)計及屈伸關(guān)節(jié)間隙的平衡獲得穩(wěn)定,形態(tài)的吻合轉(zhuǎn)移了大部分作用于骨-骨水泥界面的應(yīng)力。后十字韌帶保留假體減少了假體界面間的應(yīng)力,使這種應(yīng)力由脛股關(guān)節(jié)形態(tài)的吻合與后十字韌帶共同分擔,因此低吻合性設(shè)計的人工關(guān)節(jié),當膝關(guān)節(jié)屈曲時需后十字韌帶來阻止后脫位[5]。后十字韌帶替代人工膝關(guān)節(jié)通過被動限制為膝關(guān)節(jié)提供了后穩(wěn)定,但如果沒有恰當?shù)那扉g隙平衡,后脫位有可能發(fā)生。一般認為,后十字韌帶保留型人工膝關(guān)節(jié)置換,后十字韌帶的張力平衡較難獲得。Incavo等[15]曾報告8例,其中3例后十字韌帶太緊,3例太松。也有報告后十字韌帶過緊導致屈膝功能喪失或韌帶失效[20],但這兩項研究均未采用后十字韌帶松解技術(shù)。有作者認為術(shù)中采用后十字韌帶松解技術(shù)可克服后十字韌帶過緊現(xiàn)象,并且無遲發(fā)性韌帶斷裂和不穩(wěn)定發(fā)生[3,4,14]。然而,近年來,有關(guān)后十字韌帶保留假體遲發(fā)性韌帶斷裂和關(guān)節(jié)不穩(wěn)的報道日漸增多,已引起人們的注意[11,22-24]。臨床穩(wěn)定性研究顯示,后十字韌帶保留和替代的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后均有不同程度的膝關(guān)節(jié)松弛。后十字韌帶保留膝關(guān)節(jié)置換后,內(nèi)外側(cè)的松弛明顯高于后十字韌帶替代型。表現(xiàn)為:(1)無臨床癥狀,單腿獨立正位X線片示關(guān)節(jié)一側(cè)間隙增大;(2)有臨床癥狀,正位X線片示關(guān)節(jié)一側(cè)間隙明顯增大。這一現(xiàn)象加重了冠狀面關(guān)節(jié)的不平衡,導致假體內(nèi)、外翻傾斜受力,過早磨損[11]。對后十字韌帶功能是否可以長期保存的問題,Matsuda等[23]首次對人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后10年的前后向穩(wěn)定性進行體內(nèi)定量研究,通過在髕骨和脛骨結(jié)節(jié)處貼應(yīng)變片,記錄不同屈曲度、不同負荷下,脛骨的前后移位,結(jié)果近1/2的后十字韌帶保留假體在屈膝時無良好的前后向穩(wěn)定。Waslewski等[24]報告16例繼發(fā)性后十字韌帶早期功能喪失導致癥狀性膝關(guān)節(jié)屈曲不穩(wěn),表現(xiàn)為持續(xù)性關(guān)節(jié)腫脹、關(guān)節(jié)積液、膝前疼痛等,非手術(shù)治療無法改善膝關(guān)節(jié)疼痛和不穩(wěn)癥狀,6例進行了后十字韌帶切除假體翻修術(shù)。上述這些報道,應(yīng)引起臨床醫(yī)生的注意,不穩(wěn)定的發(fā)生預示著假體有過早失敗的可能。一些作者同時注意到后十字韌帶替代型人工膝關(guān)節(jié)的后脫位率約2.0%~2.6%,其中0.6%~0.8%需要翻修[21]。采用凸輪機制的后十字韌帶替代型假體,可進一步降低后脫位的發(fā)生率。總之,為避免后十字韌帶過緊,特別是對采用矢狀面吻合性設(shè)計的后十字韌帶保留型關(guān)節(jié),后十字韌帶的松解和平衡是必要的。雖然其臨床結(jié)果滿意,但尚未能從生物力學研究的角度建立可靠的、可重復的、標準的后十字韌帶松解技術(shù)。不論是后十字韌帶保留或替代,屈曲間隙的平衡都是非常重要的,以防止后脫位的發(fā)生,特別是后十字韌帶替代型人工膝關(guān)節(jié)。
五、小結(jié)
早期認為后十字韌帶保留型人工膝關(guān)節(jié)有良好的關(guān)節(jié)活動度和穩(wěn)定性,以及更接近正常的步態(tài)和假體壽命長等優(yōu)點,但均未能得到臨床和基礎(chǔ)研究的證實。就關(guān)節(jié)活動度而言,后十字韌帶替代和后十字韌帶保留結(jié)合后十字韌帶松解技術(shù)均可獲得平均115°的最大屈曲度。采用凸輪機制的后十字韌帶替代型假體較少有后脫位問題發(fā)生,但后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后存在韌帶遲發(fā)性斷裂和膝關(guān)節(jié)繼發(fā)性不穩(wěn)問題。步態(tài)分析和肌力測定的結(jié)果表明,后十字韌帶保留和替代假體在空間瞬間步態(tài)、爬樓時活動度、肌力強度等方面無明顯區(qū)別。10年以上隨訪,兩種類型假體壽命均在96%以上。后十字韌帶在人工膝關(guān)節(jié)置換中的作用很重要,對后十字韌帶替代型假體來說,應(yīng)在提高吻合度的同時,減少其限制性所導致的骨-骨水泥界面應(yīng)力的增加;對后十字韌帶保留型假體而言,如何在減少其限制性上保證后十字韌帶張力的平衡,最大限度地發(fā)揮后十字韌帶的功能,是仍待解決的問題。近年來有關(guān)后十字韌帶保留人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的前后向、內(nèi)外向不穩(wěn)以及遲發(fā)性后十字韌帶斷裂,后十字韌帶功能喪失而導致癥狀性不穩(wěn)等的報道,應(yīng)引起人們足夠的重視?梢源_信,使用不同類型假體獲得的優(yōu)良的長期臨床隨訪報告,將使后十字韌帶保留與否及其在人工膝關(guān)節(jié)置換中作用的爭論持續(xù)下去。
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