后十字韧带保留在人工膝关节置换中的作用
[关键词] 后十字韧带 人工膝关节置换健康网讯:
张先龙 Seow KH
张先龙（上海市第六人民医院骨科 200233）；Seow KH（新加坡中央总医院骨科）
人工膝关节置换是治疗膝关节疼痛和功能丧失的可靠方法，全髁型人工膝关节的问世和广泛应用，使人工膝关节置换术取得了很大进展。手术器械、假体设计、固定方法的进一步改进以及手术技术的提高，增加了人工膝关节置换技术的可重复性和耐用性，长期的临床随访显示优良率达90％以上[1-3]。有关后十字韧带保留在人工膝关节置换中的作用一直是临床医生和研究者们争论的焦点。主张后十字韧带保留的研究者认为，后十字韧带保留的人工膝关节置换可获得更大的关节活动度，增加股四头肌的力量，通过后十字韧带控制股骨髁后滚动，提供更加稳定的膝关节功能和保留膝关节本体感觉，并可吸收和分散骨与假体界面的剪切应力，降低假体的松动率[1-5]。不足之处是增加接触应力和加速聚乙烯磨损，翘翘板效应和软组织平衡困难等[3,4,6-8]。近年来，生物力学、组织学、步态分析研究结果以及手术技术的改进，使这一争论更加尖锐[3,4,9-17]。本文结合近年来上述方面的进展，对后十字韧带保留和后十字韧带替代型假体的设计优点和存在的问题进行综述。
一、运动学及活动度
(一)运动学:正常膝关节运动学特征之一是股骨髁在胫骨平台的后滚动，以增加膝关节的活动度。后十字韧带保留人工膝关节置换被认为可以保持正常膝关节运动，保留解剖学上的股骨髁后滚动。股骨髁的后滚动使胫股关节接触点后移，可使股四头肌的力臂增加约30％，通过增加股四头肌的功效，改善爬楼功能[3,4]。解剖学及理论模型研究表明股骨髁后滚动确实可以在后十字韧带保留人工膝关节置换中发生[9,18]。Lewandowski等[18]采用运动学定量分析的方法，对尸体膝关节进行假体置换后的运动学比较研究，发现后十字韧带切除人工膝关节置换伸膝间隙较正常膝增加4mm，需要高于正常膝所需50％力量才能将膝关节完全伸直，提示后十字韧带切除人工膝关节置换后要完成日常生活中的完全伸膝运动有一定困难。然而，Stiehl等[19]对5例正常膝关节及47例行五种不同设计的人工膝关节置换患者进行研究发现，在相同屈膝条件下，后十字韧带保留和后十字韧带替代人工膝关节均不能重复正常膝关节运动学特征，而且后十字韧带保留膝关节的胫股关节接触点在伸膝时后移，屈膝时前移，作者担心这种自相矛盾的前移现象会加重聚乙烯的磨损。生物力学研究提示，后十字韧带保留和替代两种假体均可以引起股骨髁后滚动，股四头肌力量均低于正常膝关节。其中，后十字韧带保留假体后滚动减少约36％(P=0.004)，后十字韧带替代假体减少12％(P=0.774)；伸膝力量减少分别为15％和12％。这一结果显示后十字韧带替代假体同样可以产生后滚动；虽然后十字韧带替代人工膝关节运动学特征比较接近正常膝关节，但无论是后十字韧带保留还是后十字韧带替代假体，均不能完全重复正常膝关节的运动学特征[20]。近年来，后十字韧带保留人工膝关节置换的运动学撞击问题已引起人们的注意[6]。Scott等[4]强调术中对后十字韧带部分松解，可获得后十字韧带平衡。这一技术，特别是与该技术结合使用的相对吻合的胫骨聚乙烯表面，对人工膝关节置换术后运动学的影响有待进一步研究。
(二)活动度：有关活动度的文献报道较多，早期的全髁型人工膝关节可屈曲90°～95°。后十字韧带替代后稳定型假体带有特殊的凸轮机(postandcammechanism)，允许屈曲度达到105°～115°；后十字韧带保留假体要较后十字韧带切除的全髁设计假体活动度好得多，在100°～110°之间[1,3,21]。Colizza等[21]对242例人工膝关节置换患者的前瞻性研究发现，后十字韧带替代假体术后平均活动度为112°，明显高于后十字韧带保留(103°)和后十字韧带切除全髁型膝关节。近年来的研究热点集中在后十字韧带保留型假体手术中对后十字韧带的平衡和松解上，大样本研究显示，后十字韧带松解技术可以使膝关节获得110°～115°的屈曲度[3,4,6]。可以相信，在精心保持屈曲间隙平衡的前提下，后十字韧带保留和替代两种人工膝关节均可获得110°～115°的最大屈曲度。
二、磨损与松动
(一)磨损：人工膝关节的磨损主要与胫股关节的吻合度有关。早期的全髁型假体，采用胫股关节几何形态较为吻合的设计，部分提供前后向稳定，但这种假体有较大的限制性，增加了假体、骨、骨水泥之间的剪切压力，易产生磨损和松动。多数后十字韧带保留型假体采用关节形成面低吻合设计，如冠状面平台对平台设计，具有较小的限制性，但易产生边缘负重，甚至发生严重的聚乙烯后内缘磨损、折断[6,8]。因此，一段时间内，矢状面的吻合设计被认为是科学的。然而，胫股关节面的碟形设计(dishedondished)或弯曲设计(curveoncurve)容易产生对股骨髁后滚动的限制，导致运动学抵触(kinematicconflict)，随着膝关节屈曲度的增加，后十字韧带逐渐紧张，聚乙烯表面后唇的局部压力加大，局部磨损增加[6]。多数主张保留后十字韧带的学者强调通过术中保持后十字韧带的平衡，避免后十字韧带过紧，以克服磨损[3,4]。对后十字韧带替代型人工膝关节而言，磨损不是主要的问题，长期的临床随访表明，采用相对吻合设计的后十字韧带替代型假体，聚乙烯磨损特征良好[21]。目前常用的后十字韧带保留和替代型假体，均趋向于用带有一定的胫股关节吻合度的设计，接触压力小，产生的磨损较少。后十字韧带替代结合相对吻合的关节面设计和后十字韧带松解技术较能为人们所接受。
(二)松动:后十字韧带保留与否争论的另一个焦点，是对骨-骨水泥-假体界面损害的保护。后十字韧带抵抗和吸收了关节运动过程中对假体伤害较大的界面间剪切压力，因而被认为是减少假体松动的主要原因。然而并未发现松动是后十字韧带切除假体失败的主要问题，力学测试表明后十字韧带替代假体的凸轮机制可使界面间的剪切压力转化为压缩压力，减少由此产生的假体松动。对骨水泥型后十字韧带保留和替代人工膝关节置换后的长达15年的随访研究证实，无菌性松动很少发生[3]。无论是后十字韧带保留或者后十字韧带替代型假体其10～15年的生存率均可达96％以上，采用骨水泥固定，两者在骨-骨水泥-假体界面的耐用性上无临床差别[1-3]。
三、本体感觉及步态分析
(一)本体感觉：本体感觉是指静止和运动状态下对肢体位置的感知。后十字韧带上存在力学感受器，因而有人主张保留后十字韧带以提供人工膝关节置换术后膝关节的本体感觉，并因此认为后十字韧带保留人工膝关节置换的患者膝关节的本体感觉优于后十字韧带切除和替代型患者。但就患者的主观感受而言，哪一种设计更具有明显的优越性，尚无临床文献报道。近年来，有关这方面的研究尚无一致的结果。组织学研究发现骨性关节炎(osteoarthritis,OA)患者的后十字韧带存在神经学退变，与正常膝关节后十字韧带相比差异有显著性意义，因此对后十字韧带保留是否可以改善患者膝关节的本体感觉提出疑问[16]。DelValle等[12]采用鼠单克隆抗体免疫组化方法，对22例OA患者后十字韧带的组化特征进行研究，并与3例正常人的后十字韧带相比较，证实OA患者后十字韧带仍然存在多种不同类型的力学感受器，为临床后十字韧带保留人工膝关节置换患者本体感觉及爬楼功能优于后十字韧带切除患者这一结果提供了理论依据。Lattanzio等[13]对10例后十字韧带保留和10例后十字韧带替代的人工膝关节置换术后1年随访，采用电角度计重复测定静力状态下膝关节角度并与患者的主观感知进行比较，发现两组间本体感觉差异并无显著性意义，后十字韧带保留并不能改善患者的膝关节本体感觉。
(二)步态分析:早期研究发现，后十字韧带切除人工膝关节置换患者术后爬楼时身体有前倾现象，这一特有的姿势明显不同于正常人及后十字韧带保留人工膝关节置换患者。后十字韧带切除人工膝关节置换后步态异常被认为是后十字韧带切除后股骨髁后滚动丧失，股四头肌力量不足造成的[18]。事实上，各型人工膝关节置换患者术后均有平地行走步态不正常现象，包括：步幅短小、屈曲幅度减小、非正常的屈曲方式和伸膝力矩。长期以来，后十字韧带保留被认为有较好的爬楼功能。Huang等[10]在对尸体膝关节标本的运动学研究中发现，后十字韧带切除的人工膝关节，完全伸直时股四头肌需用高于正常膝关节50％的力量，提示后十字韧带切除后，患者在完成上、下楼梯或从坐位站起等动作时较困难，因而从另一侧面支持了后十字韧带在完成正常步态中的作用。Wilson等[17]对此提出了质疑，通过对双侧分别采用后十字韧带保留和替代两型假体置换患者，采用相同的步态分析和等张肌力测定，证实两组间差异无显著性意义。对36例49侧人工膝关节置换术后6～13年患者进行分组研究，即后十字韧带切除全髁型人工膝关节置换14侧，后十字韧带切除低接触压力旋转平台假体(LCS)15侧，后十字韧带保留LCS假体20侧。采用肌力计进行等张和等长试验，结果发现，经过长达6～13年的膝关节功能适应（HSS评分均在90分以上）后，三组在不同条件下，?绳肌和股四头肌的肌力无明显不同。说明后十字韧带保留和切除的人工膝关节置换术后的长期肌力没有差异[18]，为Wilson的临床研究结果提供了理论依据。
四、稳定性
后十字韧带切除全髁型假体，通过相对吻合的几何设计及屈伸关节间隙的平衡获得稳定，形态的吻合转移了大部分作用于骨-骨水泥界面的应力。后十字韧带保留假体减少了假体界面间的应力，使这种应力由胫股关节形态的吻合与后十字韧带共同分担，因此低吻合性设计的人工关节，当膝关节屈曲时需后十字韧带来阻止后脱位[5]。后十字韧带替代人工膝关节通过被动限制为膝关节提供了后稳定，但如果没有恰当的屈伸间隙平衡，后脱位有可能发生。一般认为，后十字韧带保留型人工膝关节置换，后十字韧带的张力平衡较难获得。Incavo等[15]曾报告8例，其中3例后十字韧带太紧，3例太松。也有报告后十字韧带过紧导致屈膝功能丧失或韧带失效[20]，但这两项研究均未采用后十字韧带松解技术。有作者认为术中采用后十字韧带松解技术可克服后十字韧带过紧现象，并且无迟发性韧带断裂和不稳定发生[3,4,14]。然而，近年来，有关后十字韧带保留假体迟发性韧带断裂和关节不稳的报道日渐增多，已引起人们的注意[11,22-24]。临床稳定性研究显示，后十字韧带保留和替代的人工膝关节置换术后均有不同程度的膝关节松弛。后十字韧带保留膝关节置换后，内外侧的松弛明显高于后十字韧带替代型。表现为:(1)无临床症状，单腿独立正位X线片示关节一侧间隙增大；(2)有临床症状，正位X线片示关节一侧间隙明显增大。这一现象加重了冠状面关节的不平衡，导致假体内、外翻倾斜受力，过早磨损[11]。对后十字韧带功能是否可以长期保存的问题，Matsuda等[23]首次对人工膝关节置换术后10年的前后向稳定性进行体内定量研究，通过在髌骨和胫骨结节处贴应变片，记录不同屈曲度、不同负荷下，胫骨的前后移位，结果近1/2的后十字韧带保留假体在屈膝时无良好的前后向稳定。Waslewski等[24]报告16例继发性后十字韧带早期功能丧失导致症状性膝关节屈曲不稳，表现为持续性关节肿胀、关节积液、膝前疼痛等，非手术治疗无法改善膝关节疼痛和不稳症状，6例进行了后十字韧带切除假体翻修术。上述这些报道，应引起临床医生的注意，不稳定的发生预示着假体有过早失败的可能。一些作者同时注意到后十字韧带替代型人工膝关节的后脱位率约2.0％～2.6％，其中0.6％～0.8％需要翻修[21]。采用凸轮机制的后十字韧带替代型假体，可进一步降低后脱位的发生率。总之，为避免后十字韧带过紧，特别是对采用矢状面吻合性设计的后十字韧带保留型关节，后十字韧带的松解和平衡是必要的。虽然其临床结果满意，但尚未能从生物力学研究的角度建立可靠的、可重复的、标准的后十字韧带松解技术。不论是后十字韧带保留或替代，屈曲间隙的平衡都是非常重要的，以防止后脱位的发生，特别是后十字韧带替代型人工膝关节。
五、小结
早期认为后十字韧带保留型人工膝关节有良好的关节活动度和稳定性，以及更接近正常的步态和假体寿命长等优点，但均未能得到临床和基础研究的证实。就关节活动度而言，后十字韧带替代和后十字韧带保留结合后十字韧带松解技术均可获得平均115°的最大屈曲度。采用凸轮机制的后十字韧带替代型假体较少有后脱位问题发生，但后十字韧带保留人工膝关节置换术后存在韧带迟发性断裂和膝关节继发性不稳问题。步态分析和肌力测定的结果表明，后十字韧带保留和替代假体在空间瞬间步态、爬楼时活动度、肌力强度等方面无明显区别。10年以上随访，两种类型假体寿命均在96％以上。后十字韧带在人工膝关节置换中的作用很重要，对后十字韧带替代型假体来说，应在提高吻合度的同时，减少其限制性所导致的骨-骨水泥界面应力的增加；对后十字韧带保留型假体而言，如何在减少其限制性上保证后十字韧带张力的平衡，最大限度地发挥后十字韧带的功能，是仍待解决的问题。近年来有关后十字韧带保留人工膝关节置换术后的前后向、内外向不稳以及迟发性后十字韧带断裂，后十字韧带功能丧失而导致症状性不稳等的报道，应引起人们足够的重视。可以确信，使用不同类型假体获得的优良的长期临床随访报告，将使后十字韧带保留与否及其在人工膝关节置换中作用的争论持续下去。
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