膝关节单髁置换术研究进展

Abstract

目的

总结膝关节单髁置换术（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）的临床应用及研究进展。

方法

广泛查阅近年国内外 UKA 相关文献，从 UKA 新出现的手术指征、假体类型选择、与其他术式对比以及最新进展等方面进行总结分析。

结果

临床研究表明 UKA 具有创伤小、恢复快、术后并发症少等诸多优点。目前该手术适应证有所扩展，体质量指数>25 kg/m²、年龄<60 岁、髌股关节炎及前交叉韧带功能不良不再属于手术禁忌证。UKA 术中假体类型的选择需要充分考虑患者情况。近年，临床逐渐开展的机器人辅助 UKA 可有效改善手术疗效，提高患者术后满意度，降低术后并发症。

结论

随着手术技术、假体材料及机器人技术的发展，UKA 临床应用会更广泛，但目前大多为短、中期随访研究，需要进一步观察长期随访结果以指导临床实践。

膝关节单髁置换术（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）与人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）同时诞生于 20 世纪 70 年代^[1]，但早期 UKA 技术不成熟，存在衬垫磨损、假体脱位等并发症，导致假体生存率低，因此与 TKA 相比其临床应用较少。近年来，随着手术技术的进步、方案的优化以及假体设计的改善^[2]，UKA 术后并发症发生率降低、假体生存率提高，手术指征扩大，越来越多用于临床治疗膝关节单间室骨关节炎。现对近年 UKA 的临床应用及研究进展作一综述，为其在临床应用提供指导。

1. 手术指征

传统 UKA 仅适用于膝关节单间室退行性病变、年龄>60 岁、体质量<82 kg、对活动量要求较低、膝关节活动度≥90°、屈曲挛缩≤5°、内（外）翻畸形<15°，且没有感染症状的患者。近年来 UKA 手术指征有所扩大，体质量指数（body mass index，BMI）、年龄、髌股关节炎、前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）功能不良已不是手术禁忌证。

1.1. BMI

传统观点认为体质量增加会加重假体承重、加快假体磨损，易造成无菌性松动，但近年来相关研究提出了不同的观点。 Hamilton 等^[3]比较了 449 例体质量>82 kg 与 551 例体质量<82 kg 的患者 UKA 术后膝关节功能，发现两组患者术后 10 年美国膝关节学会客观评分（AKSS-O）、功能评分（AKSS-F）以及牛津大学膝关节评分（OKS）均无显著差异，术后 15 年假体生存率无显著差异。Sundaram 等^[4]通过对美国外科医师协会国家手术质量改进计划中收集的 8 029 例 UKA 患者数据进行回顾性研究，发现超重和肥胖患者（BMI>25 kg/m²）术后 30 d 并发症发生率与正常患者无显著差异。Xia 等^[5]分析了 1 043 例 UKA 患者术后 BMI 变化情况，发现术后 BMI 升高患者多于降低患者，但 BMI 的改变不影响 UKA 疗效。但 Xu 等^[6]的一项前瞻性临床研究显示，肥胖会对固定平台 UKA 术后功能恢复造成影响，并提高翻修率。Lum 等^[7]回顾分析了 1 467 例 BMI>35 kg/m²的超重患者关节置换术后恢复情况，其中 504 例为 UKA 患者、963 例为 TKA 患者，经过 2∶1 配对研究后发现，UKA 组在围术期感染率、住院时间、术后翻修率、功能评分、关节活动度等方面明显优于 TKA 组。因此，BMI>25 kg/m²的患者可选择 UKA 治疗。

1.2. 年龄

传统 UKA 将年龄>60 岁列为手术适应证，既往研究也发现，与其他膝关节置换手术相比，术者常倾向于选取年龄在 64～66 岁之间的患者开展 UKA^{[3, 8-9]}。而年龄<60 岁的患者术后活动量较大^[10]，并且术前有较高期望值^[11]，不适于 UKA。但一项 Meta 分析显示，年轻患者虽与高翻修率相关，但更容易获得较高的术后功能评分^[12]。因此，除年龄外，还需综合考虑患者活动度、期望值等以确定是否行 UKA。

1.3. 髌股关节炎

既往研究认为，髌股关节炎患者不适于 UKA，髌股关节炎甚至是导致 UKA 失败的首要原因^[13-15]。但近年研究表明，内侧 UKA 可纠正膝关节内翻，改善下肢力线，去除骨赘，从而降低髌股关节面应力，减少股骨髁与髌骨之间的撞击^[16-19]，改善髌股适合角^[20]。因此，UKA 可在一定程度上改善髌股关节炎临床症状，不应将髌股关节炎列入 UKA 的绝对禁忌证^[21]。

1.4. ACL 功能不良

早期研究发现，UKA 治疗伴 ACL 功能不良的严重膝关节内侧间室关节炎失败率较高（16.2%），因此建议在 ACL 功能良好的基础上开展 UKA^[22]。但近年相关研究结果不支持这一观点。Suter 等^[23]对健、患侧膝关节进行动力学以及运动学分析后，发现 ACL 功能不良组在固定平台 UKA 后也可获得较好结果。Plancher 等^[24]提出固定平台 UKA 治疗伴 ACL 功能不良的膝关节内侧间室关节炎具有较好疗效。此外，对于年轻且活动量较大患者，建议行 UKA 联合 ACL 重建术，能取得良好临床疗效，而老年患者推荐单纯 UKA^[25-28]。

2. 假体类型选择

2.1. 活动平台假体或固定平台假体

早期采用固定平台假体行 UKA，其 2～4 年随访结果不理想^[29]。近年来随着假体设计及手术技术的进步，固定平台假体置换也能获得良好疗效^[30]。1986 年，Goodfellow 等^[31]首先应用活动平台假体行 UKA，他们认为活动平台假体可以增大接触面积，降低接触应力，在理论上可以增强假体耐磨性。但早期对比研究显示，UKA 术后活动平台假体短期翻修率高于固定平台假体^[32-34]。近期研究也发现，活动平台假体置换术后短、中期翻修率较高，但临床疗效与固定平台假体基本一致^[30]。

2.2. 骨水泥固定假体或生物固定假体

近年来，有文献报道 UKA 采用生物固定和骨水泥固定假体的短、中期临床效果相似^[35-36]，假体聚乙烯磨损程度接近^[37]。但随着涂层技术的进步，生物固定假体应用越来越多。新西兰骨科协会关节登记中心数据显示，2005 年—2017 年 UKA 中采用生物固定假体（牛津单髁假体）比例逐渐增加，从 0 增长至 67%^[38-39]。理论上，生物固定假体术中不使用骨水泥，可以缩短手术时间、保存较多骨量；而且假体表面涂层可提供良好的骨长入条件，一定程度上达到长期生物学固定，提高假体长期生存率。Knifsund 等^[40]总结了 1 076 例牛津单髁假体置换以及 2 279 例骨水泥固定假体置换的 5 年生存率，结果显示牛津单髁假体生存率（93.7%）高于骨水泥固定假体（92.2%）。Hooper 等^[41]对 147 例牛津单髁假体置换患者进行 5 年随访，发现假体周围透亮线发生率低，假体生存率高达 98.7%。Stempin 等^[42]随访了 150 例生物固定假体 UKA 患者，术后患者各项功能评分良好，未发生无菌性松动，同时他们发现生物固定假体可降低患者术后人工关节被遗忘指数（FJS-12）。因此，选择生物固定假体可能是提高 UKA 远期疗效的一种有效手段。

3. UKA 与 TKA 的比较研究

Harbourne 等^[43]开展了一项前瞻性纵向队列研究，通过问卷调查统计了 420 例 UKA 患者以及 575 例 TKA 患者术后恢复情况，发现 UKA 术后恢复目标活动水平患者比例高于 TKA 患者。与 TKA 患者相比，UKA 患者手术效果更容易受到术前期望水平的影响，在排除术前膝关节病变程度影响后，他们发现 UKA 手术效果与患者术前对于术后疼痛缓解预期成负相关，即患者术前对术后疼痛缓解预期水平越高，其术后越难以恢复到期望活动水平^[44]。Goh 等^[45]收集了年龄<55 岁的 160 例 UKA 和 360 例 TKA 患者信息，比较分析发现术后 2 年 UKA 患者关节活动度恢复更好。而对于年龄>75 岁患者， UKA 与 TKA 相比损伤较小，在不增加并发症以及不降低中期假体生存率前提下，患者术后恢复更快，能获得更好的临床效果^[46-47]。Kulshrestha 等^[48]通过一项随机对照临床研究发现，UKA 治疗早期膝关节内侧间室关节炎术后 2 年的临床疗效、关节功能均与 TKA 相近，但术后并发症明显减少。

相对于 TKA，UKA 具有创伤小、出血少、恢复快、费用低等优点，但翻修率较高^[9]。但因 UKA 对膝关节损伤较小，大部分 UKA 术后需行 TKA 翻修术的患者，仍可使用初次 TKA 假体，且术后效果良好。Lombardi 等^[49]研究了 207 例 UKA 术后出现并发症并行 TKA 翻修术的患者，发现 TKA 翻修术后再翻修率与既往文献报道的初次 TKA 后翻修率相当，低于 TKA 再翻修率。因此，在患者同时符合 UKA 与 TKA 适应证时，应综合评估患者情况选择恰当术式。

4. UKA 与胫骨高位截骨术（high tibial osteotomy，HTO）的比较研究

4.1. 适应证

UKA 与 HTO 均可用于治疗单间室膝骨关节炎，但近年研究表明，UKA 与 HTO 适用于不同类型患者。Koh 等^[50]的一项回顾性队列研究表明，严重骨关节炎是 HTO 术后患者不满意的危险因素，而年轻或有膝关节严重内翻畸形是 UKA 术后患者不满意的危险因素^[51]。Santoso 等^[52]也发现 HTO 可使年轻患者更好地恢复体育活动，UKA 则适用于年龄较大患者，以利于术后快速康复。

4.2. 临床疗效

Song 等^[53]对 60 例 HTO 和 50 例 UKA 患者进行 20 年随访，发现在人口学特征、膝关节病变程度相同情况下，固定平台假体 UKA 与闭合楔形截骨 HTO 的远期生存率基本相同，但 UKA 短期临床效果优于 HTO。Kim 等^[54]对 49 例 HTO 和 42 例 UKA 在术后 6、12、24 个月时随访，发现 UKA 组在短期功能康复、体育活动恢复方面明显优于 HTO 组。Han 等^[55]通过 Meta 分析也发现 UKA 组术后功能恢复以及出院时间、手术并发症等方面均优于 HTO 组。

4.3. 翻修

Han 等^[55]研究表明，HTO 与 UKA 总翻修率无明显差异，但对 HTO 不同术式进一步分析发现，与 UKA 相比，开放楔形截骨 HTO 翻修率较低，而闭合楔形截骨 HTO 翻修率较高。Lee 等^[56]的一项 Meta 分析结果显示 UKA 和 HTO 术后选择 TKA 翻修时，手术需求有所不同，UKA 术后翻修需要更多的假体组件、更厚的聚乙烯垫片，而 HTO 术后翻修需要加杆的胫骨假体以通过截骨间隙，但两组翻修后临床效果无显著差异。Lim 等^[57]的研究也得出了相似结论，同时在此基础上进一步发现，UKA 与 HTO 相比虽然翻修术时间延长，假体组件更复杂，但术后并发症较少。

5. 机器人辅助 UKA

近年来，机器人辅助 UKA 极大提高了术前计划、术中截骨和假体位置的准确性^[58-60]，显著降低了假体放置的误差，取得了较好临床效果^[61-63]。尽管有报道称相较于传统 UKA，机器人辅助 UKA 在早期康复方面未体现优越性^[64]，但大多数研究结果仍证实随着机器人技术逐渐成熟，机器人辅助 UKA 会给患者带来越来越多的益处。

Herry 等^[65]通过对比 40 例机器人辅助 UKA 以及 40 例传统 UKA，发现机器人辅助 UKA 可更好地恢复膝关节线高度。Dretakis 等^[66]使用 MAKO 机器人开展了 51 例 UKA，术后随访 3 年以上，假体生存率为 100%，92% 患者对手术效果满意，在关节僵硬、疼痛、功能评分方面均有明显改善。Kayani 等^[67]对比分析了 73 例机器人辅助下固定平台假体 UKA 和传统活动平台假体 UKA，术后患者康复流程一致，结果显示机器人辅助手术能明显缓解术后疼痛，减少止痛药使用量，有利于患者早期功能恢复，缩短住院时间。Battenberg 等^[68]开展了一项前瞻性多中心研究，对 797 例患者进行了 2 年以上随访，结果显示机器人辅助 UKA 术后早期假体生存率、患者满意度均较高。Plate 等^[62]随访了 30 例机器人辅助 UKA 患者，患者平均返回工作时间为 6.4 周，比传统 UKA 和 TKA 术后返回工作时间明显缩短。Motesharei 等^[69]对比了 31 例机器人辅助 UKA 和 39 例传统 UKA 患者术后步态恢复情况，发现机器人组不但获得了更精确的假体对位，其在步态及动力学恢复方面也有明显优势。Marcovigi 等^[70]开展了一项单中心研究，对 73 例患者采用 MAKO 机器人辅助 UKA，发现机器人辅助手术无论在改善手术效果、提升术后患者满意度以及降低术后并发症方面均表现良好。Kwon 等^[71]在 UKA 术中分别使用机器人以及量角器对 53 例患者膝关节活动度进行测量，发现机器人测量精确度更高。

机器人辅助 UKA 除能提高临床疗效外，在提升医院成本效益比、缩短医生学习曲线等方面也具有优势。Moschetti 等^[72]通过构建马尔可夫决策模型，比较了不同机器人辅助 UKA 数量条件下的医院成本效益比，发现只有当机器人辅助 UKA 超过 94 例/年时，机器人手术成本效益比才能超过传统手术。Karia 等^[73]将 16 例无 UKA 经验的外科医生随机分为机器人组和传统手术组，两组分别在干骨模型上开展 UKA，结果显示机器人组可显著提升初学者手术准确性。付君等^[58]回顾性研究了 15 例 MAKO 机器人辅助完成 UKA 和 45 例传统 UKA，结果显示在外科医生学习曲线期间，机器人可显著提升假体植入准确度。Cool 等^[74]对机器人与传统手术组术后翻修情况进行了比较，他们发现机器人手术组无论在翻修率、翻修手术住院时间以及翻修费用方面，均优于传统手术组，提示机器人辅助 UKA 成本效益比明显较高。

但由于机器人辅助 UKA 临床应用时间较短，目前大多为短、中期随访研究，长期随访结果仍有待观察。

6. 总结与展望

UKA 是治疗单间室膝骨关节炎的有效方法，随着假体设计、手术方式的不断改善，UKA 在临床中的应用也逐渐增多，手术适应证有所扩大，BMI>25 kg/m²、年龄<60 岁、髌股关节炎、ACL 不良不再属于手术绝对禁忌证。现阶段，UKA 以采用活动平台假体为主，有研究证实生物固定假体有望提升远期生存率，但假体类型的选择还需要充分考虑患者情况。与 TKA、HTO 相比，UKA 具有创伤小、出血少、恢复快、费用低等优势，但适用范围相对较窄，且易受患者术前期望水平的影响。机器人技术辅助 UKA 逐渐成为一种趋势，但仍需要长期随访以判断其疗效。下一步需要收集 UKA 患者术前情况、术后假体生存率、功能恢复水平等相关资料，综合分析各种因素对手术的影响，从而更好指导临床实践。

作者贡献：吴东负责文章撰写，柴伟负责构思设计、观点形成，杨敏之、曹正、孔祥朋、王毅、郭人文负责资料收集。

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。课题经费支持没有影响文章观点表达。

Biography

柴伟，中国人民解放军总医院（301 医院）第一医学中心骨科副教授、硕士生导师。美国哈佛大学医学院 BWH 医院关节中心、英国利兹大学机械工程与关节摩擦学系访问学者。是全国首批广泛应用机器人辅助关节置换专家，在各类复杂翻修置换手术方面有深厚造诣。现承担国家自然科学基金 2 项，总后卫生部青年培育项目 1 项，北京市科技新星 1 项；发表论文 35 篇，其中 SCI 收录 18 篇，以第一作者发表 SCI 论文 14 篇，MEDLINE 收录 6 篇；获实用新型专利 4 项，其中第 1 发明人 2 项；主编专著 2 部，参编译著 6 部，参编专著1部；曾获国家科技进步一等奖第 11 名（2008-11）、“十一五”全军后勤重大科技成果奖第 11 名（2011）。现任中国医师协会骨科医师分会青年委员及秘书长、中国医师协会骨科医师分会青年委员会副主任委员、全军骨科专业委员会青年委员会副主任委员、中国残疾人康复协会委员、肢体残疾康复专业委员会残障康复学组秘书长

Funding Statement

北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金资助项目（L182063）