全膝关节置换术中是否需要保留后交叉韧带?

Abstract

全膝关节置换术可有效缓解终末期膝骨关节疾病患者的关节病痛，重塑关节完整性。全膝关节置换术中是否需要保留后交叉韧带，国内外学者一直有所争论。近年来，保留后交叉韧带和不保留后交叉韧带的膝关节假体（CR假体和PS假体）在临床上均广泛应用。一般认为，采用CR假体或PS假体在术后满意度、膝关节屈伸活动度、假体存留率及主要临床表现等方面没有显著差异。CR假体更加符合人体正常生理功能及其生物力学性能，患者术后上下楼梯时的步态更加均衡，本体感觉也更好，但关节在屈曲时，股骨对胫骨产生反常后移，可导致反常运动；而PS假体能够纠正膝关节严重畸形，更好地平衡膝关节屈伸间隙，但存在发生髌骨弹响综合征的风险。建议同等条件下，对于年龄相对较小的患者优先选择CR假体，而对于年龄较大的患者则优先考虑PS假体。本文结合后交叉韧带的作用及其处理技术，分析CR假体和PS假体应用于膝骨关节炎患者的利弊，供临床工作者参考。

膝骨关节炎又称膝关节退行性病变，多见于老年人，是一种以关节软骨退变和继发性骨质增生为主的慢性关节病。该病多与性别、年龄、体质量、遗传、关节损伤及受凉等因素相关 ^{[ 1]} 。患者通常表现为膝关节肿痛、活动受限及间断交锁，重者可伴发膝关节内翻畸形 ^{[ 2- 3]} 。传统膝骨关节炎的治疗往往经历“药物-关节镜-全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)”三部曲：膝骨关节炎进行性加重且药物治疗无效时以外科手术为主，如关节镜手术及截骨术；患者年龄大于60岁且正规药物治疗效果不佳时首选TKA治疗，其可有效恢复关节功能，改善患者疼痛症状。

TKA是临床上治疗严重膝骨关节疾病、矫正关节畸形、重建关节功能的重要方法。据统计，我国每年因膝骨关节炎及类风湿性关节炎行TKA治疗的患者为5万~7万例，且近10年来接受TKA治疗患者的数量呈上升趋势 ^{[ 4]} 。在TKA治疗中，膝关节假体根据是否保留后交叉韧带可分为保留后交叉韧带的膝关节假体(posterior cruciate-retaining total knee prosthesis，CR假体)和不保留后交叉韧带的膝关节假体(posterior cruciate-substituting total knee prosthesis，PS假体)。既往国内外学者对选用CR假体和PS假体置换的患者术后长期随访研究发现，CR假体和PS假体均可明显提高患者术后的生活质量。一般认为，CR假体更加符合人体正常生理功能及其生物力学性能，选用CR假体的患者术后上下楼梯时步态更加均衡，本体感觉也更好，但关节在屈曲活动时，股骨对胫骨产生反常后移，可导致反常运动；而PS假体能纠正膝关节的严重畸形，更好地平衡膝关节屈伸间隙，但选用PS假体的患者术后可能出现髌骨弹响综合征 ^{[ 5]} 。目前，临床上对于CR假体和PS假体如何选择存在争议。本文结合后交叉韧带的作用及其处理技术，分析CR假体和PS假体应用于TKA治疗膝骨关节炎患者的利弊，供临床工作者参考。

膝关节的稳定性除了依赖其本身的骨性结构，还得益于十字韧带的限制，包括内、外侧副韧带的平衡，伸膝装置和肌肉间各力量的均衡。后交叉韧带起于股骨内髁外侧面的前部，止于胫骨上端髁间隆起的后部及外侧半月板的后角 ^{[ 6]} ，其主要功能是当膝关节的屈曲活动逐渐紧张时，防止股骨向前脱位和胫骨向后脱位，并限制膝关节的过度屈曲 ^{[ 7]} 。同时，后交叉韧带还参与膝关节本体感觉(位置觉、振动觉和运动觉)的传导 ^{[ 6, 8]} 。TKA治疗中保留后交叉韧带有助于降低假体后髁后滚，进而降低胫骨平台界面的剪切应力，利于术后功能恢复。

目前国内外学者就后交叉韧带是否保留仍有较大争论。部分学者认为，多数膝骨关节炎患者的后交叉韧带仍具有结构和功能上的完整性，术中保留后交叉韧带不仅可以保留膝关节本体感觉和部分稳定结构，还能控制股骨在胫骨上的后滚运动，增加膝关节屈曲活动度 ^{[ 9]} 。有研究表明，膝关节后交叉韧带断裂可导致膝关节的生物力学性能发生改变，从而引起相应的临床症状，如膝关节无力、剧烈疼痛、肿胀、抽屉试验阳性等，可见本体感觉在维系膝关节生物力学性能稳定方面起着重要作用 ^{[ 10]} 。另有研究表明，后交叉韧带可以吸收膝关节屈伸活动时假体之间和骨-骨水泥界面之间产生的前后方向应力，维系关节稳定性，有利于患者上下楼梯，较易恢复正常的步态 ^{[ 11- 12]} 。TKA中切除后交叉韧带，主要考虑部分膝骨关节炎患者韧带已存在病变，若保留病变的后交叉韧带，术后可因韧带痉挛导致张力增加，影响膝关节正常屈伸活动度，且术后一旦出现后交叉韧带断裂，将严重影响膝关节的稳定性，甚至需行二次翻修。

但是，保留后交叉韧带在一定程度上增加了手术操作的难度，尤其当胫骨截骨厚度超过1 cm或者后倾角过大时，容易损伤到后交叉韧带在胫骨上的附着点，引发关节疼痛。因此，临床上对于后交叉韧带的处理原则是膝关节在保持下肢力线的前提下宁松勿紧，因为膝关节内、外翻情况影响术者对后交叉韧带张力的判断 ^{[ 13]} 。过紧的后交叉韧带较易引起胫骨假体向后收缩，与胫骨前缘分离，还可限制关节屈伸活动，加重假体材料聚乙烯的磨损 ^{[ 14]} 。通常临床上松解的方法有两种：一是松解后交叉韧带前外侧束股骨止点，二是触摸紧张部分的纤维，使用尖刀片对紧张部位进行拉花松解，两者均可获得后交叉韧带平衡 ^{[ 15]} 。

临床上设计CR假体是为了恢复膝关节正常生理功能及其生物力学性能。胫骨平台的深盘状设计起到了后交叉韧带作用，而后交叉韧带的保留使股骨可以再现后滚运动，从而实现更大角度的屈曲。平台后方的低唇设计降低了屈曲时撞击的发生率，使得关节活动度可大于135°。同时，髌骨滑槽加宽、加长的独特设计便于髌骨在滑槽内运动，可以有效降低脱位、撞击，以及弹响综合征和髌前痛的发生率 ^{[ 13]} 。

CR假体置换的优势主要有：①在保留后交叉韧带的同时维系膝关节的中央稳定线，使关节力线处于正常或接近正常水平，并维持膝关节后方稳定性 ^{[ 13, 16]} ；②保留后交叉韧带的本体感觉和应力传导功能，可以避免向假体固定界面传递不良剪切应力的风险，减少假体-骨水泥-骨组织界面应力集中现象；③降低胫骨平台后部突起和股骨后髁撞击的发生率，为设计屈曲度更大的膝关节假体提供新的研究方向；④保留了髁间窝骨量，减少髁间窝自体骨损失，减少对患者的创伤，有利于将来可能需要的翻修术；⑤CR假体要求等量截骨，恢复正常关节线位置和股骨后髁偏心距，更接近术前的自然状态；⑥后交叉韧带符合生理和运动的需要，降低胫骨表面的摩擦力、胫骨假体的松动和磨损；⑦后交叉韧带在膝关节屈曲运动时能够保证股骨髁后移，在关节屈曲的同时使膝关节能够少许内外旋 ^{[ 17]} ；⑧可有效降低髌骨弹响综合征的发生率 ^{[ 13]} ，患者术后步态表现更为对称、协调；⑨避免PS假体凸轮结构处聚乙烯磨损或立柱断裂等导致手术失败的风险；⑩当膝骨关节炎合并膝外翻畸形行CR假体置换时，保留的后交叉韧带可辅助内侧副韧带平衡膝关节内侧间隙，维持关节稳定性。

CR假体置换的劣势主要有：①CR假体要求等量截骨，同时后交叉韧带的功能保留需要平整的胫骨关节面，以允许胫骨回复，手术难度较高，对恢复关节线的要求也高；②如术后康复锻炼欠佳，可加重术前未发现的后交叉韧带挛缩；③行CR假体置换时，术中过度松解以及术后韧带断裂均可引起膝关节屈曲不稳，导致膝关节半脱位；④对于屈曲挛缩或明显外翻畸形的患者，保留后交叉韧带使得软组织平衡更加困难 ^{[ 18]} ；⑤易导致关节屈曲挛缩畸形，膝关节屈曲活动受限 ^{[ 17]} ；⑥术野暴露有限，假体植入的精确度降低；⑦若术后后交叉韧带张力增加，股骨外髁相对CR假体的衬垫向后脱出，增加衬垫脱出的概率 ^{[ 15]} 。

PS假体的设计主要是通过改变假体的形状来提高前后方向的限制性。Gemini PS假体属于骨水泥固定假体，具有高屈曲假体的功能，并且具有曲度更高的关节面，能够防止膝关节后脱位 ^{[ 19]} 。PS假体的髌股滑槽使得髌-股间的接触面积增大，髌骨轨迹得到改善，术后膝前痛及髌骨轨迹异常的发生率降低 ^{[ 20]} 。聚乙烯衬垫与平台基座通过双柱和防脱位螺钉进行三点固定，可有效抵抗界面间的相互作用，降低聚乙烯衬垫的磨损速率，延长假体寿命 ^{[ 21]} 。假体的立柱设计还能有效防止股骨髁过度前移，增加关节间隙及膝关节的屈曲活动度 ^{[ 22]} 。

有研究者认为，膝骨关节炎不仅会引起骨的病变，也伴有韧带病变，采用CR假体在TKA术中、术后建立软组织平衡困难，同时交叉韧带已失去了应有的功能，韧带较大的应力可加速胫骨后方聚乙烯假体的磨损，而PS假体应用范围广泛，手术操作简单，可有效矫正关节畸形 ^{[ 11, 22]} 。

PS假体置换的优势主要有：①交叉韧带的切除使术野暴露广泛，建立软组织间的平衡更为容易，有利于进行截骨操作，且对胫骨截骨的深度无限制；②PS假体置换方便清除股骨髁后方的骨赘、病变滑膜及残余骨水泥，简化了间隙平衡过程 ^{[ 23]} ；③PS假体的设计使得假体与聚乙烯衬垫的吻合性更好，避免了术后胫骨平台的前移，有利于纠正严重的冠状面和矢状面畸形，即内外翻畸形 ^{[ 24]} 。

PS假体置换的劣势主要有：①PS假体的设计使得假体-骨水泥-骨组织界面间的应力增加；②易出现胫骨后磨损和破损 ^{[ 23]} ，进而导致胫骨半脱位、脱位发生的概率增加；③中度屈曲位时，膝前痛和假体不稳定的发生率升高 ^{[ 24]} ；④置换早期生产的PS假体后易出现髌骨弹响综合征，表现为膝关节屈曲30°~45°时出现疼痛、摩擦感及弹响等 ^{[ 25- 26]} 。

在TKA发展的历史上，CR假体与PS假体一直是诸多学者争议的热点。究其原因，主要与假体的适应证、术后效果以及假体存留率和翻修率有关。

罗世兴等 ^{[ 22]} 报道，CR假体主要适用于后交叉韧带结构和功能完整的晚期膝骨关节炎患者，而PS假体可用于各种晚期病变，尤其是合并关节僵硬强直、膝关节严重屈曲挛缩、后交叉韧带广泛病变及髌骨功能不全者。调查发现，临床上膝骨关节炎的治疗以PS假体为主，因其操作相对简单，可明显缩短手术时间，且术后并发症相对较少 ^{[ 17, 22]} 。

TKA术后最为重要的两个评估指标是膝关节屈曲功能和关节活动度 ^{[ 13]} 。通过对选用CR假体的患者和选用PS假体的患者术后长期随访研究发现，两组患者膝关节功能评分、术后影像学表现、术后膝关节活动度、患者满意度、术后并发症及主要临床表现等差异均无统计学意义 ^{[ 6, 27- 28]} 。另有针对TKA术后患者膝关节屈曲度和直腿抬高方面的随访研究发现，选用PS假体的患者主动屈曲度更大且恢复更快，但直腿抬高活动和股四头肌力量恢复较选用CR假体的患者延迟 ^{[ 7, 29- 30]} 。Ishii等 ^{[ 31]} 对34例患者(68个膝关节)TKA长期随访发现，选用PS假体的患者术后预后良好率超过95%，而选用CR假体的患者术后预后良好率与之相比并无优势。

Joglekar等 ^{[ 32]} 通过步态分析等动力研究发现，在时空步态变化、爬楼梯时膝关节活动范围和等张收缩时肌肉长度方面，选用CR假体的患者和选用PS假体的患者之间无明显差异。但也有学者对此表示质疑：上下楼梯时，选用CR假体的患者的步态较选用PS假体的患者更为协调，后者上下楼梯时，膝关节的屈曲度会减少，身体为使股四头肌更为省力而趋于前倾，由此推测此症状可能与后交叉韧带切除导致本体感觉丧失有关。

有研究对一侧使用CR假体，另一侧使用PS假体的患者进行观察分析发现，术后双膝的主要表现及膝关节活动度等差异均无统计学意义 ^{[ 33]} 。

一项关于CR假体和PS假体的十年存留率研究发现，CR假体的后交叉韧带若保持足够的完整性，两种假体术后十年存留率均可达到95% ^{[ 12]} 。但相关文献报道，在53 750例TKA患者中，CR假体术后翻修率为每年4.3‰，而PS假体术后翻修率为每年5.1‰ ^{[ 34]} 。CR假体因为有后交叉韧带的存在，骨-骨水泥-假体间的作用力被分散，而PS假体产生的应力会传递到骨-骨水泥界面，这可能是PS假体的松动率比CR假体高的原因。

综上所述，CR假体和PS假体在TKA治疗中各有利弊，目前尚无充分证据表明哪种假体术后整体效果优于对方。笔者认为，除依术者个人习惯选择外，对于年龄相对较小且后交叉韧带功能完好的患者，或30°以内膝关节内外翻畸形但内、外侧副韧带功能良好者应尽量选择CR假体，最大限度地维持膝关节的稳定性；而对于年龄较大、膝关节重度屈膝挛缩、内外翻畸形大于30°、翻修或有后交叉韧带病变的患者，应尽量选择PS假体。同时，对于经验相对欠缺的术者，选用PS假体患者术后满意度较高。

Funding Statement

国家自然科学基金(81371983);全军后勤科研计划(CWH17J009);甘肃省青年科技基金(1606RJYA300);甘肃省卫生行业科研计划(GSWSKY2018-21)