全膝关节置换术后伸膝装置损伤的现状与治疗

Abstract

目的

对全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）后伸膝装置损伤的原理、分型及治疗方法进行总结。

方法

广泛查阅国内外相关文献，按照 TKA 术后不同部位伸膝装置损伤总结分析损伤原理、分型和治疗方法。

结果

TKA 术后伸膝装置损伤主要发生在股四头肌肌腱、髌腱和髌骨，伸膝装置一旦损伤，将严重影响术后患者功能恢复，导致伸膝迟滞、活动范围受限、行走困难和关节疼痛等。目前治疗方法多样，包括保守治疗和手术治疗，手术治疗包括直接缝合修复（传统经骨固定和缝线锚钉技术）、重建和加强修复（使用合成补片、自体移植物和同种异体移植物重建）。对于不同部位伸膝装置损伤的治疗需要综合考虑膝关节组织情况、有无基础疾病以及有无供体等方面。

结论

TKA 术后伸膝装置损伤的治疗方法尚无统一定论，对于不同损伤情况需要综合考虑，选择合适的治疗方法。

伸膝装置是股四头肌、肌腱及其扩张部，以及髌骨、髌韧带、胫骨结节等参与伸膝功能的所有组织总称。伸膝装置具有参与膝关节正常伸膝活动，固定髌骨并加强膝关节囊的功能，其中任何部分损伤都会破坏伸膝装置的完整功能。当全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）患者发生伸膝装置损伤时，会大幅降低手术效果^[1]。伸膝装置术中损伤原因包括暴露期间损伤肌腱、髌骨截骨不当、松解外侧支持带不当或既往多次手术导致血供受损；术后损伤原因包括感染引起组织坏死、假体对线不良和创伤等^[1]。TKA 患者伸膝装置损伤主要发生在股四头肌肌腱、髌腱和髌骨^[2]，前两者损伤发生率分别为 0.1%～1.1% 和 0.17%～1%^[3]，髌骨骨折发生率为 0.15%～12%^[4]。TKA 术后 3 个月内发生伸膝装置损伤被认为是早期损伤，3 个月后则被认为是晚期损伤^[5]。

伸膝装置损伤治疗方法包括手术和非手术治疗，但报道病例数有限，效果不尽相同，尚无最佳解决方案。其中非手术治疗方式主要为膝关节伸直固定 6～8 周，之后逐渐进行关节屈曲功能锻炼，一般可获得良好临床效果，远期并发症发生率较低。当伸膝装置完全断裂时，必须考虑手术治疗才能恢复其功能，主要手术方式有直接缝合修复、重建和加强修复。直接缝合修复方法有传统经骨固定和缝线锚钉技术，但修复后组织重塑并不牢固，在恢复功能方面效果并不明显，且再断裂率高达 35%，并发症也很多（包括膝关节不稳定、伸膝装置再断裂、术中腘动脉撕裂、术中股骨髁骨折或深部假体周围感染等），通常需进一步手术治疗，并可能导致更严重并发症，包括膝上截肢甚至死亡^[6]。重建和加强修复方法主要有合成补片、自体移植物和同种异体移植物修复^[6]。目前文献报道显示，合成补片和自体移植物术后效果良好，患者可恢复满意的自主活动能力^[7-8]；同种异体移植物重建后效果各异，一些系列研究报道其失败率近 40%^[9-12]，但也有文献指出患者满意率达 89%^[13]。同种异体移植物重建后的主要问题是假体周围关节感染和伸肌延迟发生率较高^[9]。本文对不同部位伸膝装置损伤分别进行总结分析。

1. 股四头肌肌腱损伤

临床上股四头肌肌腱损伤病例报道较少且发生率较低，很难明确其诱因。研究发现股四头肌肌腱损伤与糖尿病、类风湿性关节炎、肥胖、慢性肾衰竭和甲状腺功能亢进等全身性疾病有关^{[7, 14-15]}。有些局部因素也与其损伤相关，包括关节内注射药物、既往 TKA 手术史、TKA 手术时外侧支持带松解^[15]和手术入路延长^[16]等。

股四头肌肌腱损伤的治疗依据损伤程度、损伤时间长短和位置不同，分为保守治疗和手术治疗。虽然有研究者^[8]认为股内侧肌或股外侧肌肌腱部分撕裂可能导致后期髌骨轨迹问题，建议早期干预和手术治疗，但绝大多数研究表明，股四头肌肌腱部分断裂时保守治疗效果更好，长期并发症发生率低^[14]。

目前手术直接缝合修复股四头肌肌腱损伤方法主要包括传统经骨固定和缝线锚钉修复。经骨固定是从断端近侧开始，连续交锁缝线穿过断端并继续交锁缝合，最后通过髌骨钻孔固定^[17]。Maniscalco 等^[18]首先报道了带线锚钉修复股四头肌肌腱损伤的病例，相比于传统经骨固定有更多优势，例如手术切口更小，防止潜在损伤髌腱-髌骨连接处，尤其在 TKA 术后使用原切口进行修复将有利于切口愈合。初次伸膝装置损伤修复中通过导向孔放置带线锚钉比手动髌骨钻孔更准确，并且导向孔未经骨，减少了髌骨松动并发症发生风险^[19]。因此，缝线锚钉修复更适用于肌腱损伤位置接近髌骨上极以及有全身性疾病者，可避免髌腱损伤，并发症发生率更低、手术操作简便且时间更短。

但当伸膝装置损伤时间长和组织条件差时，直接缝合修复并不能有效重建伸膝装置，需采用重建和加强修复。其中合成补片技术已相对成熟，术后患者满意率较高，但国内开展较少。合成补片由 Francis Usher 首次用于临床疝修补术，其更常用于腹股沟疝修补术，诱导补片内部和周围的纤维化愈合反应^[20]。Browne 等^[21]首先采用合成补片治疗髌腱损伤，之后该术式也逐渐运用到股四头肌肌腱损伤患者中。Nodzo 等^[22]使用合成补片治疗 7 例股四头肌肌腱断裂，其中 4 例术后恢复良好，2 例发生再断裂并感染，1 例出现伸膝迟滞但无需再次手术。Morrey 等^[23]使用合成补片治疗 8 例股四头肌肌腱损伤，无术中并发症及再断裂发生，仅 1 例膝关节出现伸膝迟滞。该术式克服了同种异体移植物在可获得性、疾病传播风险方面的局限性，治疗费用低且作用持久，手术操作简便，并发症少，其材质具有能与机体组织很快结合的优点，利于患者功能恢复。缺点是术后患者膝关节活动度较小，不适用于伸膝装置严重损伤者，且国内合成补片型号较少，可选择的补片大小有限。

自体及同种异体移植物修复的治疗方法较合成补片开展更早，目前自体移植物重建伸膝装置的方法很多，需要依据损伤情况选择不同自体组织。Jaureguito 等^[24]和 Busfield 等^[25]使用腓肠肌内侧头旋转皮瓣重建伸膝装置，其优点在于旋转皮瓣可提供一血管床，促进组织愈合，且不依赖于髌骨骨量，适用于软组织覆盖不良、既往感染或免疫系统受损患者。腓肠肌内侧头皮瓣重建可以成功治疗同种异体移植物重建失败或替代同种异体移植物重建。Busfield 等^[25]的研究中，7 例患者平均伸肌迟滞 13.5°（0°～50°），活动范围 2°～93°，所有患者均能独立行走，4 例伴有感染患者治疗后感染消退；但当膝关节前壁大量软组织缺损时，腓肠肌内侧头皮瓣重建技术不能提供有效填充。Whiteside^[26]描述了一种利用股内侧肌或外侧肌皮瓣的技术，分离股内侧肌或外侧肌的远端止点，然后向前转移，经骨缝合至胫骨结节前部。该技术优点是可以有效覆盖膝关节前壁缺损，转移皮瓣血供丰富，功能完善并且其原有功能未发生改变，有益于患者术后功能康复。Emerson 等^[27]使用同种异体完整伸膝装置移植重建治疗股四头肌肌腱断裂，可在患者全身组织情况差的情况下使用，并且是目前研究报道最多且最全面的手术技术；但其受限于供体来源，有疾病传播风险，且成本较高。

2. 髌腱损伤

髌腱损伤是由多因素造成的，通常见于有多次膝关节手术史患者，这类患者伴有多种全身疾病，如长期使用类固醇或糖尿病^{[19, 28]}；另外，僵直膝手术时显露操作不当，TKA 术中为了获得髌骨外翻和膝关节屈曲而对髌腱及其止点施加应力过大等，也都可能导致髌腱损伤。

髌腱损伤分为急性损伤和慢性损伤。急性损伤需要巨大冲击力，因此相当罕见，而不同原因组织变性导致的慢性损伤则相对常见^{[25, 29]}。急性部分髌腱断裂可采用保守治疗；保守治疗失败时选择直接缝合修复，但并发症较多，且预后不佳。对于髌腱慢性损伤和完全断裂，保守治疗和直接缝合修复预后均不佳，再断裂率和伸膝迟滞发生率较高，目前报道多采用重建和加强修复方法治疗。其中合成补片技术应用的是聚丙烯网片，自体移植物可选择腓肠肌内侧头、自体股四头肌肌腱和半腱肌等，同种异体移植物主要是同种异体跟腱和同种异体完整伸膝装置。

许多临床医生已将合成补片技术作为 TKA 术后髌腱断裂重建的金标准^[23]。Browne 等^[21]首先描述了合成补片治疗髌腱断裂的技术，其在胫骨前内侧创建凹槽以固定补片，将补片从髌腱下方向外侧穿出与髌腱断端缝合，并向上盖过髌骨固定至股四头肌肌腱前方；游离股内侧肌和内侧支持带，使这些内侧软组织以“裤子-背心”方式覆盖至补片前方并固定，使远端关节囊完全覆盖补片。术后 5 例既往无 TKA 手术史患者手术成功，而 7 例有 TKA 手术史患者中 4 例成功、1 例术后早期出现深部感染。术前所有患者均有伸膝迟滞，平均伸膝迟滞从术前 36° 改善至末次随访时的 10°，排除重建失败患者，术后平均伸膝迟滞为 2.8°^[21]。Abdel 等^[30]报道了 77 例使用合成网片重建伸膝装置的效果，术后平均伸膝迟滞为 9°；既往无重建史患者 2 年重建翻修率为 86%，有重建史患者 2 年重建翻修率为 95%。马云青等^[31]报道使用聚丙烯网片重建治疗 3 例髌腱损伤，其中 1 例为 TKA 术中髌腱断裂，患者膝关节学会评分系统（KSS）评分达 90 分，未见伸膝迟滞；2 例为术后髌腱断裂，KSS 评分分别达 90、85 分，残留伸膝迟滞 5°、10°。该术式优缺点同前。

自体移植物治疗髌腱损伤方式与股四头肌肌腱损伤类似。Jaureguito 等^[24]和 Busfield 等^[25]提出的延长腓肠肌内侧头旋转皮瓣重建伸膝装置方法，同样也可用于治疗髌腱损伤。Cadambi 等^[28]利用半腱肌肌腱进行加强修复，从鹅足处找到半腱肌肌腱分离，取腱器取出半腱肌肌腱并保留肌腱的胫骨远端附着点；近端肌腱游离端编织缝合后，由髌骨内侧横向钻孔穿到外侧，然后将胫骨游离端固定到远端附着点或胫骨近端外侧。Cadambi 等用半腱肌肌腱重建了 7 例患者髌韧带，所有患者伸膝迟滞范围为 0°～10°，无失败或早期并发症发生。但使用半腱肌肌腱重建的前提是患者组织情况良好，半腱肌肌腱长度足够；若患者组织情况差，最佳治疗方式仍是同种异体移植物重建。国内高东等^[32]报道采用缝线锚钉修复联合半腱肌肌腱转移治疗慢性髌腱断裂，术中取半腱肌肌腱并保留其胫骨止点，分别于髌骨和胫骨结节建立横行骨隧道；将髌骨复位至正常水平位置，对原髌腱断裂处用带线锚钉缝合，再将半腱肌肌腱游离端穿过髌骨和胫骨结节骨隧道，呈环形重建增强髌韧带。8 例患者均顺利完成手术，术中无骨折和血管神经损伤等严重并发症发生，末次随访时国际膝关节文献委员会（IKDC）评分、Lysholm 评分和 Tegner 评分均较术前显著增加（P<0.05），所有患者均未发生髌腱再断裂。当髌腱断裂合并感染和软组织缺损时，有文献^[33]提出可使用股薄肌和半腱肌肌腱及嵌合的腓肠肌-腓肠内侧动脉穿支皮瓣重建伸膝装置，1 例膝关节置换术后感染并伴有皮肤缺损患者经上述方法治疗后，实现了完全主动的膝关节伸展，并且能够在无辅助情况下行走，因此他们认为该方法可作为关节融合术的替代方法。目前自体移植物技术受限于患者自身组织条件，尚无统一的自体组织选择标准，重建后组织抗牵拉强度及再破裂率仍需研究。

当髌骨完整而单纯髌腱断裂时，可选择同种异体跟腱移植修复。Crossett 等^[34]报道了 9 例使用同种异体跟腱移植物进行髌腱重建的患者，结果显示膝关节功能评分分别从术前平均 26 分和 14 分改善到术后 81 分和 53 分，伸膝迟滞由术前平均 44° 降至术后 3°，膝关节活动度由术前平均 88° 增加至 107°。Lamberti 等^[35]介绍了一种同种异体跟腱移植的手术操作，首先将跟骨块固定到胫骨近端制备的骨槽内，移植物的肌腱部分分为 2 个分支，第 1 支穿入经髌骨从下向上钻出的直径 7～9 mm 隧道，然后经股四头肌肌腱穿出；第 2 支由髌骨内侧穿入，缝合于髌骨内侧和股四头肌肌腱上，然后经股四头肌肌腱穿出，用不可吸收缝线与第 1 支缝合。该方法适用于急性髌腱断裂，不适用于髌骨不完整患者。还有一种同种异体移植重建方法是同种异体完整伸膝装置移植，多用于慢性髌腱断裂，由 Emerson 等^[27]首先提出，但其报道的 9 例患者术后效果不佳，其中 3 例出现持续性伸膝迟滞，3 例出现屈曲挛缩，4 例需在助行器辅助下行走，主要原因是缝合移植物时膝关节未完全拉直，未在张力下缝合，并且缝合后未测试伸膝装置的张力。Brown 等^[12]报道了改进的同种异体完整伸膝装置移植技术，并应用于 22 例髌腱断裂患者，结果显示手术失败率为 38%（失败标准是 KSS 评分<60 分、伸膝迟滞>30°、需要翻修或去除同种异体移植物）。手术操作主要是将患者髌骨剥离摘除，在胫骨近端作一纵行骨槽，将同种异体伸膝装置的胫骨部分修整为比骨槽稍大的骨块，打压进骨槽，用 3 道环扎钢丝或 6.5 mm 髋臼自攻螺钉固定；完全伸直膝关节，近端用不可吸收缝线拉紧移植物，将同种异体股四头肌肌腱与宿主股四头肌肌腱重叠，用 5 号和 2 号不可吸收缝线缝合自体和移植物组织的重叠部分，最前面用自体组织尽可能覆盖移植物^[36]。同种异体移植物重建方法适用于膝关节软组织情况差时的髌腱断裂，术后患者膝关节活动度大；但缺点是供体不易获得，成本高且感染风险高。

综上，对于 TKA 术后髌腱断裂，可选择同种异体完整伸膝装置移植及合成补片重建，二者移植成功率（72.8% vs. 78.8%）及翻修率（14.2% vs. 16%）相近。感染是两种方法最主要的并发症和失败原因，但二者的感染率或感染风险并无差别，术后膝关节功能评分也无显著差异^[37]。合成补片往往更多与翻修假体同时使用，并且具有易获得、价格低廉、减少疾病传播、无移植物松弛等优点，应作为 TKA 术后髌腱断裂修复首选方法^[38]。

3. 髌骨骨折

TKA 术后髌骨骨折可以破坏整个伸膝装置，随着假体设计改良和手术技术进步，髌骨骨折发生率逐渐下降。导致髌骨骨折的因素有很多，医源性因素包括髌骨置换时截骨过多、髌股关节对线不良、髌骨血供破坏等，术中应尽量避免发生上述问题^[36]。TKA 术后翻修也是髌骨骨折的危险因素，对于髌骨较薄的患者发生率更高^[39]。Tria 等^[40]和 Scott 等^[41]发现，膝关节外侧松解可增加髌骨骨折风险，建议手术显露时保留膝上外侧动脉。髌骨骨折在男性患者中更常见，这可能与较高的活动水平和体质量指数有关^[42]。TKA 手术进行髌骨表面置换时，建议保留髌骨厚度至少 14 mm，否则将增加髌骨骨折风险，术前髌骨厚度<20 mm 者需避免髌骨表面置换^[4]。Chalidis 等^[4]报道，髌骨骨折术后平均感染率为 19.2%，不愈合风险超过 80%。

TKA 术后髌骨骨折治疗主要有保守治疗和手术治疗，依据骨折是否移位和伸膝装置是否完整，选择不同治疗方式。保守治疗主要是石膏或夹板固定 4～6 周，手术治疗方式有切开复位内固定、髌骨假体切除、髌骨成形术以及部分或完全髌骨切除术。髌骨骨折治疗目的是重建伸膝装置的连续性，将髌骨骨折处固定并使其愈合，当髌骨骨折无法愈合时，可考虑摘除髌骨假体。临床需根据髌骨骨折分型采取不同治疗方式。

Ortiguera 等^[36]提出了一种髌骨骨折分型标准，Ⅰ型为假体固定良好且伸膝装置完整，Ⅱ型为假体固定良好但伸膝装置破坏，Ⅲ型为伸膝装置完好但髌骨假体发生松动。其中Ⅲ型根据剩余骨量又分为 2 个亚型：Ⅲa 型表示剩余骨量足够，Ⅲb 型表示剩余骨量不足；骨量不足定义为髌骨厚度<10 mm，或明显粉碎导致骨无法固定或行其他表面置换手术。其中Ⅲ型最常见，Ⅱ型最难处理。Ortiguera 等^[36]研究中，Ⅰ型骨折 38 例，其中 27 例未行特殊处理，10 例固定制动，1 例行髌骨部分切除和髌骨成形术治疗，术后 31 例获随访，未发现疼痛、髌骨和伸膝不稳定或无力等并发症；仅固定制动中的 1 例失败，需要切除未愈合的骨折边缘。Ⅱ型骨折 12 例，其中 1 例采用非手术治疗，患者膝关节伸直固定，随访 5 年无疼痛症状，伸膝迟滞仅 5°。11 例行手术治疗，其中 6 例采用切开复位内固定，仅 1 例骨性愈合；5 例采用髌骨部分切除治疗，3 例出现并发症，需要再次手术。Ⅲ型骨折 28 例，其中Ⅲa 型 12 例、Ⅲb 型 16 例。Ⅲa 型患者中 4 例接受保守治疗、8 例手术治疗，治疗后仅 2 例骨性愈合、3 例再次手术、7 例持续疼痛或髌骨和伸膝不稳定。其中 5 例采用髌骨部分切除和内固定治疗者均出现骨折处不愈合，2 例需再次手术；4 例保守治疗患者中，2 例于随访时出现伸膝迟滞。Ⅲb 型患者中 4 例接受保守治疗、12 例手术治疗，保守治疗的 4 例中只有 1 例髌骨骨折未愈合；手术治疗的 12 例中，7 例出现持续性疼痛、伸膝不稳及无力。根据 Ortiguera 等的研究结果，Ⅰ型髌骨骨折首选非手术治疗，应采用支具或石膏固定，效果较好。伴有伸膝装置破坏的Ⅱ型髌骨骨折通常需要手术治疗，骨折复位后疼痛缓解，但是很难骨性愈合。骨折复位困难时可考虑髌骨切除术，但随访显示患者功能恢复较差。对于Ⅲ型骨折，只有当患者出现严重症状时才需要手术处理，若要对髌骨进行翻修，则需保证剩余骨量条件允许^[39]。

不同于 Ortiguera 等的分型，Keating 等^[43]提出了一种新的分型标准：Ⅰ型为垂直骨折，伸膝装置完整且假体稳定；ⅡA 型为水平骨折、伸膝装置断裂<1 cm，ⅡB 型为水平骨折、伸膝装置断裂>1 cm；Ⅲ型为伸膝装置完整，假体松动。Keating 等认为髌骨骨折初始多为Ⅰ型或Ⅲ型，然后进展为ⅡA 型或ⅡB 型。其报道的 18 例Ⅰ型骨折患者中，17 例行伸直固定保守治疗，治疗后膝关节功能评分平均为 85 分，屈曲 120°，无伸膝迟滞，其中 1 例患者膝关节屈曲挛缩 5°；1 例去除了松动的髌骨假体，术后发生切口深部感染，需要额外治疗。21 例ⅡA 型骨折患者中，1 例手术去除了髌骨假体，骨折处成功愈合；其余 20 例保守治疗患者膝关节屈曲平均为 117°，无伸膝迟滞，1 例膝关节屈曲挛缩 5°。16 例ⅡB 型骨折患者中，3 例接受了手术治疗，其中 2 例结果良好，无伸膝迟滞，膝关节评分 85 分，1 例术后发生感染，需要额外治疗；其余 14 例保守治疗患者膝关节评分平均为 87 分，屈曲 120°，2 例分别存在 5° 和 15° 的屈曲挛缩，3 例伸膝迟滞分别为 20°、30° 和 40°。93 例Ⅲ型骨折患者中，6 例行手术治疗，其中 5 例直接去除松动的髌骨假体，2 例术后发生切口深部感染，需要额外治疗；1 例更换髌骨假体，6 个月后因反复松动进行二次去除。其余 87 例非手术治疗患者膝关节评分平均为 83 分，屈曲 116°，1 例伸膝迟滞 10°，2 例分别存在 5° 和 10° 的屈曲挛缩。Keating 等^[43]认为，髌骨骨折患者手术治疗并发症发生率较高，多数情况下宜采用非手术治疗。现今手术疗法仍存在不足，膝关节功能难以恢复至骨折前水平^[44]。

综上，由于髌骨骨折手术治疗效果差，因此髌骨骨折而伸膝装置完整、中段骨折分离<1 cm 或伸膝迟滞<30° 时，首选保守治疗；如果中段骨折分离>1 cm，可考虑行切开复位钛缆环扎内固定或张力带钢丝内固定，但对于有髌骨置换的患者不宜采用张力带钢丝内固定；对于上极或下极撕脱骨折患者，可将上极或下极小骨块切除，然后按照股四头肌肌腱损伤或髌腱损伤的治疗原则处理；如果上述手术失败，可以考虑同种异体完整伸膝装置移植或合成补片重建。

4. 小结

TKA 术后伸膝装置损伤虽然发生率不高，但治疗效果不理想，因此应特别引起重视。目前针对伸膝装置损伤的治疗方式主要有保守治疗和手术治疗。对于早期部分损伤，可以采用保守治疗，术后效果较好；而当损伤时间长、程度大及组织条件差时，需要采取手术治疗。其中直接缝合修复预后差，不作为首选治疗方法；同种异体移植因其对组织条件要求低且创伤小，临床应用广泛；但随着合成补片技术的发展，因其手术方法简便、并发症少、材料易于获得且治疗费用低等优点，越来越多医生将其作为伸膝装置损伤修复重建的“金标准”。随着手术技术的提升，伸膝装置损伤发生率不断下降，同时伸膝装置损伤的治疗方式也不断推陈出新，针对不同损伤情况选择合适的治疗方式，才能进一步提高手术效果。

作者贡献：李铁键参与观点形成和文章撰写；杜银桥、孙菁阳、沈俊民、张博涵参与资料收集；周勇刚参与综述构思及设计，并对文章的知识性内容作批评性审阅。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。