膝内翻全膝关节置换术下肢机械轴研究进展

陈川田 张国如

膝内翻是指当双下肢自然站立或伸直时，双足内踝能接触而双膝无法并拢的病态体征。其典型临床特征为在下肢全长X 线片中下肢机械轴的角度＜180°，内侧关节线变窄和胫骨近端畸形，在某些情况下可能存在相关屈曲和内侧软组织挛缩，并伴有外侧软组织伸长[1]。在不到10%的膝内翻病例中存在严重的内翻畸形、胫骨股骨内侧半脱位，从而需要进行复杂的重建[2]。目前临床上将全膝关节置换术（TKA）作为纠正膝内翻的最有效治疗方式，其理念是通过假体置入方式及部分截骨方法进行膝关节结构重修与下肢机械轴重塑[3]。长期以来，TKA 的宗旨为将下肢机械轴纠正至0°±3°[4]，此前有大量研究表明将机械轴恢复至中立位对线（MA）能够在假体寿命、美国特种外科医院（HS）膝关节评分、膝关节活动度等方面获得满意的效果[5-6]。但随着术式的改善以及器械的优化，该方法的满意度及疗效并未有进一步提升，学者们开始对MA 的理念产生质疑[7-8]。

1 固有性膝内翻

一项健康成年人调查发现，有32%的男性及17.2%的女性患有膝内翻，认为膝内翻发生原因可能与成长过程中运动积累、股骨内翻程度增加、股骨解剖-机械角度增加等有关[9]。Shetty 等[10]研究发现，印度人和韩国人中正常受试者的内翻率高于欧美人，其原因可能与胫骨内侧近端角（MPTA）和颈轴角（NSA）较低以及股骨弯曲发生率较高有关。Song 等[11]对健康成年女性髋膝踝角度进行测量收集，得出内翻率为20.34%。

在较早的研究中，大多数学者认为下肢机械轴应穿过膝关节中心，此时在膝关节内外侧的应力分布是均匀的[12-13]，因此将下肢机械轴调整至MA 能够将假体磨损和组件松动的发生风险降至最低。然而，经过长期的术式优化及仪器发展，术后疗效以及患者满意度并没有明显提升，并且仍出现疼痛与关节活动度不理想等情况，因此有学者对TKA 中将下肢机械轴调整至MA 的理念提出质疑，认为可以尝试在术后保留轻度的膝内翻（RV）。

2 运动学对线

Howell 等[14]于2013 年提出了运动学对线（KA）的理念。KA 的宗旨是将患者恢复到TKA 术前健康的膝关节状态，因此无需剔除过多的软组织。KA 的目的是根据每位患者的个体解剖结构，通过重建关节炎前的髋膝踝角、关节线倾斜以及韧带自然张力来植入全膝关节假体[15]。

2.1 关节线对齐及软组织保留

有研究将KA-TKA 术后关节线方向角(JLOA)与MA-TKA 术后JLOA 相比较，发现前者更接近于健康状态下的膝关节[16]。Koh 等[17]对2 个尸体的膝关节分别进行KA-TKA 与MA-TKA，对其术后关节活动模式通过相关器械进行对比，发现KATKA 术后自然旋转与松弛度明显更佳。Gao 等[18]研究发现，MA-TKA 组患者术中韧带丢失发生率明显较KA-TKA 组高，这也恰恰体现为了达到MA 的标准，MA-TKA 常需要丢失更多的软组织。Jermic'等[19]的短期随访显示，KA-TKA 组的临床结局和膝关节屈曲范围较MA-TKA 组更好。

2.2 手术操作对预后的影响

手术操作难度也是作为术后随访评分的影响因素之一，MA-TKA 中对股骨、胫骨骨性成分进行翻修的操作难度可能更容易出现术后不良结局。先进的仪器设备能够辅助外科医生在KA-TKA 术中更精准地击中股骨[20]，从而增加手术的准确性。KA-TKA 中应用不受限制的卡钳能够将股骨成分与患者健康状态下的关节线重合，这被认为是在不丢失韧带的情况下恢复健康肢体对线和胫骨受力的必要条件[21]。有研究观察长期操作MA-TKA术式的外科医生从开始接触KA 理念的术式到熟悉运用程度的时间，发现KA-TKA 术式学习周期明显较MA-TKA 术式学习周期短[22]，但这可能是由于外科医生长时间进行MA-TKA 术式所获得的手术操作熟练度使其更快适应KA-TKA 术式的缘故。

2.3 生理性生物力学作用的重建

KA 能够恢复更多的生理性生物力学作用。Maderbacher 等[23]研究认为，相较于MA，KA 理念的优点在于更好地恢复术前健康的胫股关节运动功能，主要体现在胫骨的内旋内收以及股骨的内旋活动度得到提升。Koh 等[24]研究发现，KATKA 组膝关节在屈曲角度较大时外翻程度更小，与正常膝关节发生屈曲活动时的外翻度数更接近，且髌股关节的接触压力值可恢复至正常范围。Nicolet-Pertersen 等[25]研究发现，KA-TKA 术后髌骨屈曲角、近端与远端髌骨接触位置更贴近于术前的健康状态。Keshmiri 等[26]从髌骨旋转运动角度阐述了KA-TKA 的优势。

3 术后疗效对比

3.1 支持MA 的依据

保留RV 是KA-TKA 的主要理念之一，目前并没有发现保留RV 能够显著改善西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）、牛津大学膝关节评分（OKS）等。在假体寿命方面，实现MA仍然是部分学者认可的最有效方式。MA 对步态生物力学能够产生一些不良的影响，这在相关研究中已得到证实[27]，因此建议将KA 作为替代MA的方法。但之前的研究仍无法确定保留RV 对内翻性膝关节炎的影响[8,28]，近期一项meta 分析将保留RV 与MA 进行对比研究，发现在治疗内翻性膝骨关节炎方面两者并没有显著差异[29]。

Rajasekaran 等[30]比较163 例TKA 术后疗效，发现在术后3 个月或短期内RV 组疗效评分更高，但随着时间的延长，在达到1 年时MA 组与RV 组疗效评分并无显著差异，且根据既往对于假体寿命的长期追踪研究的结论，依旧认为MA 是目前TKA 对线的金标准。Zhang 等[31]对行TKA 的膝内翻患者进行术后5 年随访，发现RV 组与MA 组膝关节功能恢复相近。Oh 等[32]在TKA 术后长达8年的随访中发现，术前内翻程度与术后出现内翻错位之间有一定联系，MA-TKA 的假体生存时间比KA-TKA 更长。在一项前瞻性研究中使用三维CT 重建进行TKA 术后随访2 年，结果发现在非内翻的患者中MA 与术后膝关节功能评分表（KSS）评分具有显著相关性[33]。值得注意的是，该研究并没有将内翻患者纳入研究标准，所以内翻患者术后纠正标准仍然没给出具体答案。近年TKA 术后随访的研究显示，目前仍有多数学者支持以MA作为矫正标准，其原因主要与术后假体生存寿命有较大关联，且在其他评分指标中并没有发现保留RV 具有显著的优势。

3.2 短期评价

膝关节的结构构成除了骨性组织以外，软组织成分在受力分布上起到的作用甚至更为重要。相较于MA，保留RV 的主要优势可能在于不需要丢失过多的软组织就能够获得更好的膝关节结局，并根据人体自然健康状态进行重建。

一项术后随访2 年的研究发现，TKA 中保留RV 不会对内翻性膝关节炎产生不利影响[34]。Nishida 等[8]对220 例平均年龄为73 岁的内翻性膝关节炎患者进行长达3 年的TKA 术后随访，通过术后膝关节社会功能评分（KSFS）发现，保留RV的术后疗效令人满意。Wan 等[35]的研究中同样认为RV 组术后评分优于MA 组，虽然差异有限，但仍体现出保留RV 可作为目前TKA 的力线调整标准。Schiffner 等[36]的研究中对148 例TKA 患者术后进行3～5 年的随访，发现RV 组膝关节损伤和骨关节炎结果评分(KOOS)较MA 组高。Howell 等[37]研究发现，RV 组术后6 年内不会出现假体生存率及功能明显降低。近期研究证实，保留RV 可作为内翻性膝关节炎的术后纠正方向，RV 组患者短期内术后疗效评分优于MA 组，RV 组患者满意度也更好，因此认为保留RV 在减少软组织丢失的同时，能获得令人满意的临床结果。

3.3 步态生物力学

膝关节内收力矩（KAM）是步态生物力学中的重要指标，其代表膝关节内侧间室负荷，既往较多研究中发现保留RV 将造成内侧超负荷，从而导致KAM 增加[38-39]。近年来有研究比较45 例行MA-TKA 患者与32 例行KA-TKA 患者术后疗效，发现KA-TKA 患者在术后确实增加了KAM，且术后功能没有得到改善[40]。

KAM 的计算方法为地面反作用力乘以受力点与关节中心之间的距离，这是膝关节内侧和侧向负荷变化的主要依据[41]。内侧与外侧间室的负荷不平衡被认为是影响假体寿命的危险因素，具体原因可能与其导致的聚乙烯嵌件和假体磨损有关[42]。有研究表明，步态期间内侧肌肉和软组织松弛可导致步态和功能异常，而内侧关节松弛在一定程度上是可以忍受的[43-44]，因此需要特别注意在TKA 中保持内侧软组织稳定性。研究显示，MA组膝关节中有25%的内翻膝关节和54%的外翻膝关节会在内侧和外侧间隙上产生3 mm 以上的不平衡，从而导致外侧间隙变小，内侧间隙变大，进而增加软组织不稳定[45]。这说明MA 会改变自然关节线，导致韧带失衡和步态异常。

Blakeney 等[46]将 行RV-TKA、MA-TKA 患 者术后步态与正常健康人进行比较，发现RV 组在矢状面运动范围、最大屈曲和外展/内收曲线方面与正常组无统计学差异，并认为保留RV 可以通过恢复股骨屈曲轴、胫骨在股骨内外旋转的纵轴以及股骨中髌骨弯曲和延伸的横轴来解决步态异常的问题。

然而，Niki 等[42]得出不同的结论，发现RV 组在减少KAM 作用方面明显强于MA 组。目前支持保留RV 患者术后KAM 减少的研究较少，这可能与当前的相关研究数量不足有关。考虑到结论为保留RV 导致KAM 数值增加的研究年代较早，在手术技术、假体设计等方面进步的条件下，对于KA-TKA 与MA-TKA 术后KAM 的变化仍需更多的研究证实。

4 MA 与KA 的局限性

目前MA-TKA 术后的临床疗效有限。虽然假体寿命的随访研究更支持MA，但对于TKA 术后长达15 年[47]及20 年[48]的长时间随访发现假体存活率并不高。这与其他研究所得出的结论一致[49]，认为MA 的临床疗效在长时间中处于瓶颈状态。无论是提升外科医生手术操作水平还是仪器设备精准性，都无法提升MA-TKA 术后疗效水平。

随着KA-TKA 术式的研究趋向成熟，学者们发现KA 的手术方式在术后短期内的疗效明显更好，在疼痛缓解、关节线对齐、髌股生物力学恢复、韧带张力等方面都拥有更大的优势。目前多数研究支持MA-TKA 术后假体寿命较长，而假体材料主要沿着MA 理念的方向发展，这可能造成KATKA 一些细节上的不匹配。KA-TKA 术后疼痛缓解、关节活动度好，因此患者在术后有很强的活动欲望，进而由于许多不恰当的动作造成假体寿命的损耗。然而，KA-TKA 的应用时间相对较短，临床上无法获得较长时间的随访。

5 结语

KA-TKA 是近年来新提出的TKA 手术方式，与MA-TKA 的主要不同点在于其能够通过保留RV的形式更好地保留膝关节中的软组织，从而获得较好的步态生物力学、关节活动度，以及患者术后满意度。目前部分研究认为，KA-TKA 对假体寿命的影响不如MA-TKA。目前的假体主要围绕着MA 的理念在不断发展，器械公司对于假体的设计重点仍然停留在MA 阶段，且KA 的发展时间较短，前瞻性研究较少，随访时间不足，这是未来研究中需要突破的重点。