引用本文： 榮根祥, 桂斌捷, 王斯晟. 高屈曲型與普通型膝關節假體行人工全膝關節置換的比較研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(1): 109-112. doi: 10.7507/1002-1892.20140024 復制
膝關節活動范圍是指關節活動時可達到的最大運動弧度，正常膝關節活動范圍可達140～150°。研究表明，當膝關節屈曲93°時才能從椅子上站起，達117°才能爬樓梯及從地面撿東西，達135°才能正常如廁[1-3]。采用普通型膝關節假體行人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）后，關節安全活動范圍可達100～110°。但在亞洲國家，由于文化差異，日常生活中需要完成包括下跪、下蹲等高度屈曲動作[4-5]，這些動作要求TKA術后更大的關節活動范圍。因此高屈曲型膝關節假體應運而生，該假體是指TKA術后可提供安全屈曲范圍＞ 120°的假體。本文對近年來有關高屈曲型與普通型膝關節假體置換的比較研究進展進行總結，比較兩種假體在設計、關節活動范圍、功能評分及并發癥等方面的區別，以期對臨床選擇假體提供參考。
1 假體設計區別
TKA術后當膝關節高度屈曲（屈曲＞ 120°）時，普通型膝關節假體會產生一系列問題[6-7]：① 假體的凸輪機制易導致膝關節不穩和脫位發生；② 股骨假體后翼過短和股骨假體偏心距過小，影響膝關節高度屈曲時的后滾運動；③ 股骨假體后翼由于與聚乙烯襯墊的形合度突然減小，會與其發生撞擊，導致股骨假體后翼嵌入襯墊造成應力集中，加速襯墊的后方磨損；④ 股骨假體的髕骨軌道偏短、偏窄，髕骨不能順利滑入軌道，使髕骨長軸與股四頭肌腱及髕韌帶間的角度增大，導致髕骨受力增大；⑤ 髕骨受力驟增時若髕骨與股骨部件的滑車部無法形成良好關節面，髕骨會滑入股骨髁間窩內，形成“髕骨填塞”；⑥ 脛骨假體前緣會與伸膝裝置發生碰撞。
針對以上普通型膝關節假體的不足，學者們進行了一系列改良，設計出高屈曲型膝關節假體，該假體的設計有以下4個特點[8]：① 于假體前方墊片制備深凹槽，在膝關節高度屈曲時，使伸肌裝置與聚乙烯襯墊的撞擊減少。② 去除假體后方關節表面聚乙烯襯墊，增大假體后傾角，使脛骨與股骨撞擊之前開放彎曲缺口，促進股骨向后滾動；并且減少限制部件旋轉的扭轉約束裝置。③ 對股骨假體進行改良，使膝關節股骨假體后髁多曲率半徑變為單曲率半徑；這種改變增加了股骨髁后方吻合程度，在膝關節高度屈曲狀態下可減少接觸壓力。④ 通過改進凸輪機制來抵抗膝關節半脫位，提高脛骨后移。此外，部分保留交叉韌帶的高屈曲型膝關節假體中股骨髁采用特殊設計，以使膝關節高度屈曲時能為后交叉韌帶提供空隙。
2 臨床應用療效比較
目前對于高屈曲型與普通型膝關節假體臨床療效的比較研究主要集中在膝關節活動范圍、膝關節學會評分系統（KSS）、美國特種外科醫院（HSS）評分以及整體滿意度等方面，對于美國西部Ontario與McMaster大學骨關節炎指數評分（WOMAC）、健康相關生命質量SF-12評分等方面的對比研究很少。
2.1 膝關節活動范圍
影響TKA術后膝關節活動范圍的因素大致可分為3類：① 術前因素：包括患者性別、體重指數、年齡以及術前膝關節活動范圍等[9-11]。② 術中因素：包括術中膝關節活動范圍、假體類型、術中韌帶是否保留，以及骨贅去除情況等[12]。③ 術后因素：包括疼痛管理方式、患者配合情況等[13-14]。
高屈曲型膝關節假體的設計是否能使患者膝關節真正達到理想活動范圍，是目前研究的熱點。Gupta等[15]研究顯示，采用高屈曲型膝關節假體置換（高屈曲組）患者術后膝關節活動范圍較術前平均提高了17°，顯著高于采用普通型膝關節假體置換（普通組）患者的6°，差異有統計學意義。因此，他們認為高屈曲型膝關節假體更能提高術后膝關節活動范圍，這一觀點也得到了其他學者研究的支持[16-19]。為消除各種因素的影響，有學者對同時行雙膝TKA的患者進行了自身對照研究 [20-21]，結果顯示高屈曲組膝關節活動范圍顯著優于普通組。Thomsen 等[22]對36例患者進行隨機雙盲對照研究，發現術后6周及3個月高屈曲組和普通組患者膝關節活動范圍無顯著差異，但6個月及1年時高屈曲組患者活動范圍顯著優于普通組。但Malik等[8]的研究卻得出相反結果，他們對100例患者進行隨機對照研究，TKA術后6周、4個月及1年，普通組和高屈曲組患者膝關節活動范圍均相似，與Seon等[23] 及Minoda等[24]的研究結果一致。因而，采用高屈曲型膝關節假體行TKA后，患者膝關節活動范圍是否優于普通型膝關節假體仍有待進一步明確。
學者們對患者術前膝關節活動范圍對TKA術后療效的影響也進行了詳細研究。Malik等[8]研究顯示，術前膝關節活動范圍＞ 120°的患者，采用高屈曲型和普通型膝關節假體置換后，關節活動范圍改善情況相似。有研究表明[25]，對于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者，采用普通型膝關節假體置換后，膝關節增加的活動范圍顯著高于高屈曲型膝關節假體，且差異有統計學意義。但大量研究[15, 20]與該結果相反。因此，根據目前研究結果，高屈曲型膝關節假體更適用于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者。
在人種差異方面，Sumino等[26]研究表明，在西方人群中，采用高屈曲型膝關節假體置換后，膝關節活動范圍與術前差值略高于普通型膝關節假體；而對于亞洲人群，高屈曲型膝關節假體卻未顯示出該優勢。這與Huang等[27]的研究結論相反，其研究結果顯示亞洲人群使用高屈曲型膝關節假體能獲得更大的活動范圍。目前，對人種差異方面的研究較少，尚有待更多研究來驗證。
近年來，關于高屈曲型與普通型膝關節假體置換術后活動范圍的系統評價研究結論也存在差異。Luo等[28]和Mehin等[29]的系統評價研究提示，高屈曲型和普通型膝關節假體在術后活動范圍方面無任何差異。而Gandhi等[30]研究提示，與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體置換術后膝關節活動范圍改善更顯著。但Gandhi等也指出，該研究納入的6篇文章中，顯示高屈曲型膝關節假體置換術后活動范圍優于普通型膝關節假體的有4篇文章，而這4篇中有2 篇文章作者是假體公司的顧問；因此他認為這2篇文章可能會影響該系統評價的準確性。
綜上述，目前相關研究結論尚不能得出高屈曲型膝關節假體在關節活動范圍方面優于普通型膝關節假體。但是，對于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者，大量研究均表明高屈曲型膝關節假體術后可更好地提高膝關節活動范圍，因此對于該部分患者可考慮選擇高屈曲型膝關節假體。
2.2 KSS及HSS評分
KSS評分分為膝評分和功能評分兩大部分，自1989年美國膝關節學會提出以來已廣泛用于TKA患者手術前后的關節功能評價。而HSS為1976年美國特種外科醫院提出，它在手術前后關節功能比較方面有相當高的準確性。Geller 等[31]將61例患者分為兩組，分別采用高屈曲型與普通型膝關節假體行單髁TKA，經過1年隨訪，高屈曲組患者KSS評分顯著優于普通組。 但也有研究發現，術后經過1年隨訪，高屈曲組與 普通組在HSS和KSS評分方面均無顯著差異[8, 11, 23, 32]；系統研究也表明[28, 30]，與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體在術后KSS評分方面無顯著優勢。
2.3 整體滿意度
Boese等[25]對128例患者進行了對比研究，發現在整體滿意度方面，高屈曲組和普通組無顯著差異，其他相關研究也得到了相似結論 [21-22, 27, 33]。Seon 等[23]對50例患者采用高屈曲型膝關節假體行TKA后，40%患者可完成下跪動作，80%患者可雙腿交叉而坐。Huang等[27]對50例患者分別采用高屈曲型與普通型膝關節假體行TKA后，高屈曲組80%患者完成下蹲，而普通組僅32%患者可以下蹲。Meftah等[34]對87例采用高屈曲型膝關節假體置換患者進行了長達5年的隨訪，隨訪期間僅5例對術后療效不滿意；但該5例患者術后膝關節KSS評分及活動范圍均無下降，不滿意的主要原因是疼痛。這與Miner等[35]研究結論一致，他指出影響TKA術后患者滿意度的主要因素是疼痛，而不是術后膝關節活動范圍的改善情況。根據目前研究結果提示，兩種假體置換術后患者滿意度相似。
2.4 其他方面
有研究表明[8, 23, 36]，高屈曲型及普通型膝關節假體置換后，患者WOMAC、 SF-12評分無顯著差異。但高屈曲型膝關節假體作為一種新型假體，其價格顯著高于普通型膝關節假體[37]。
3 并發癥
高屈曲型膝關節假體在增加活動范圍的同時，是否會影響假體壽命引起人們關注。Ranawat等[38]認為，高屈曲型膝關節假體植入和普通型膝關節假體一樣安全，并且在高屈曲狀態下，可減少假體磨損。但與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體置換后膝關節承受重量更大，且后傾角的增加是通過減少后方材料實現，更容易造成對假體前面沖擊；假體后方聚乙烯材料的削減，也相對增加了聚乙烯接觸壓力[39]。Nagura等[40]研究表明，膝關節高度屈曲活動時股四頭肌力量是平常走路時的1～13倍，平均5倍；因此，他們認為高屈曲型膝關節假體更容易產生髕骨并發癥。尤其在膝關節高度屈曲時，髕骨承受更大負重，可能造成疼痛、加速磨損、髕骨骨折，并導致松動等并發癥[13, 41-42]。Han等[43]通過對采用高屈曲型膝關節假體置換的47例（72膝）患者平均隨訪2.7年，發現38%股骨部件出現松動。Boese等[25]對128例行TKA患者進行隨訪，采用高屈曲型及普通型膝關節假體各64例，高屈曲組中3例因髕骨疼痛、1例因假體松動需再次手術，而普通組中僅1例需再次手術。因此，Hamilton等[37]提出，在選擇高屈曲型膝關節假體時，需要權衡患者承擔費用增加、術中骨量去除增多和早期股骨部件松動等不利方面與獲得高活動范圍間的利弊。
然而，也有研究顯示，與正常活動范圍相比，膝關節高度屈曲活動時承受壓力無顯著提高。Zelle等[44]研究顯示，在高度屈曲狀態下，大腿與小腿接觸可減少膝關節承重力以及聚乙烯襯墊的壓力。在最大屈曲（155°）狀態下，膝關節壓力從4.89個體重（body weight，BW）降低至2.90個BW，而聚乙烯襯墊壓力從49.3 MPa減少至28.1 MPa。Meftah等[34]通過對106例采用高屈曲型膝關節假體行TKA的患者進行3～5 年隨訪，隨訪期間均未發現假體感染、松動、骨質溶解及聚乙烯滑脫等。還有學者對普通后穩定型膝關節假體與高屈曲型膝關節假體進行比較，兩組術后膝前痛發生率無顯著差異[22, 36]。因此，高屈曲型膝關節假體在并發癥方面是否優于普通型膝關節假體尚存在爭議，有待更多臨床研究證明。
綜上述，高屈曲型膝關節假體的設計理論上可安全達到高活動范圍，然而置換術后療效受術前、術中及術后各相關因素的影響，且評價膝關節術后療效的指標很多，均有其不足，所以高屈曲型與普通型膝關節假體在活動范圍、關節功能、患者滿意度及并發癥等方面是否有差異，還需要更多研究采用綜合評價標準進一步證實。因此，臨床選擇高屈曲型膝關節假體時應進行綜合考慮。
膝關節活動范圍是指關節活動時可達到的最大運動弧度，正常膝關節活動范圍可達140～150°。研究表明，當膝關節屈曲93°時才能從椅子上站起，達117°才能爬樓梯及從地面撿東西，達135°才能正常如廁[1-3]。采用普通型膝關節假體行人工全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）后，關節安全活動范圍可達100～110°。但在亞洲國家，由于文化差異，日常生活中需要完成包括下跪、下蹲等高度屈曲動作[4-5]，這些動作要求TKA術后更大的關節活動范圍。因此高屈曲型膝關節假體應運而生，該假體是指TKA術后可提供安全屈曲范圍＞ 120°的假體。本文對近年來有關高屈曲型與普通型膝關節假體置換的比較研究進展進行總結，比較兩種假體在設計、關節活動范圍、功能評分及并發癥等方面的區別，以期對臨床選擇假體提供參考。
1 假體設計區別
TKA術后當膝關節高度屈曲（屈曲＞ 120°）時，普通型膝關節假體會產生一系列問題[6-7]：① 假體的凸輪機制易導致膝關節不穩和脫位發生；② 股骨假體后翼過短和股骨假體偏心距過小，影響膝關節高度屈曲時的后滾運動；③ 股骨假體后翼由于與聚乙烯襯墊的形合度突然減小，會與其發生撞擊，導致股骨假體后翼嵌入襯墊造成應力集中，加速襯墊的后方磨損；④ 股骨假體的髕骨軌道偏短、偏窄，髕骨不能順利滑入軌道，使髕骨長軸與股四頭肌腱及髕韌帶間的角度增大，導致髕骨受力增大；⑤ 髕骨受力驟增時若髕骨與股骨部件的滑車部無法形成良好關節面，髕骨會滑入股骨髁間窩內，形成“髕骨填塞”；⑥ 脛骨假體前緣會與伸膝裝置發生碰撞。
針對以上普通型膝關節假體的不足，學者們進行了一系列改良，設計出高屈曲型膝關節假體，該假體的設計有以下4個特點[8]：① 于假體前方墊片制備深凹槽，在膝關節高度屈曲時，使伸肌裝置與聚乙烯襯墊的撞擊減少。② 去除假體后方關節表面聚乙烯襯墊，增大假體后傾角，使脛骨與股骨撞擊之前開放彎曲缺口，促進股骨向后滾動；并且減少限制部件旋轉的扭轉約束裝置。③ 對股骨假體進行改良，使膝關節股骨假體后髁多曲率半徑變為單曲率半徑；這種改變增加了股骨髁后方吻合程度，在膝關節高度屈曲狀態下可減少接觸壓力。④ 通過改進凸輪機制來抵抗膝關節半脫位，提高脛骨后移。此外，部分保留交叉韌帶的高屈曲型膝關節假體中股骨髁采用特殊設計，以使膝關節高度屈曲時能為后交叉韌帶提供空隙。
2 臨床應用療效比較
目前對于高屈曲型與普通型膝關節假體臨床療效的比較研究主要集中在膝關節活動范圍、膝關節學會評分系統（KSS）、美國特種外科醫院（HSS）評分以及整體滿意度等方面，對于美國西部Ontario與McMaster大學骨關節炎指數評分（WOMAC）、健康相關生命質量SF-12評分等方面的對比研究很少。
2.1 膝關節活動范圍
影響TKA術后膝關節活動范圍的因素大致可分為3類：① 術前因素：包括患者性別、體重指數、年齡以及術前膝關節活動范圍等[9-11]。② 術中因素：包括術中膝關節活動范圍、假體類型、術中韌帶是否保留，以及骨贅去除情況等[12]。③ 術后因素：包括疼痛管理方式、患者配合情況等[13-14]。
高屈曲型膝關節假體的設計是否能使患者膝關節真正達到理想活動范圍，是目前研究的熱點。Gupta等[15]研究顯示，采用高屈曲型膝關節假體置換（高屈曲組）患者術后膝關節活動范圍較術前平均提高了17°，顯著高于采用普通型膝關節假體置換（普通組）患者的6°，差異有統計學意義。因此，他們認為高屈曲型膝關節假體更能提高術后膝關節活動范圍，這一觀點也得到了其他學者研究的支持[16-19]。為消除各種因素的影響，有學者對同時行雙膝TKA的患者進行了自身對照研究 [20-21]，結果顯示高屈曲組膝關節活動范圍顯著優于普通組。Thomsen 等[22]對36例患者進行隨機雙盲對照研究，發現術后6周及3個月高屈曲組和普通組患者膝關節活動范圍無顯著差異，但6個月及1年時高屈曲組患者活動范圍顯著優于普通組。但Malik等[8]的研究卻得出相反結果，他們對100例患者進行隨機對照研究，TKA術后6周、4個月及1年，普通組和高屈曲組患者膝關節活動范圍均相似，與Seon等[23] 及Minoda等[24]的研究結果一致。因而，采用高屈曲型膝關節假體行TKA后，患者膝關節活動范圍是否優于普通型膝關節假體仍有待進一步明確。
學者們對患者術前膝關節活動范圍對TKA術后療效的影響也進行了詳細研究。Malik等[8]研究顯示，術前膝關節活動范圍＞ 120°的患者，采用高屈曲型和普通型膝關節假體置換后，關節活動范圍改善情況相似。有研究表明[25]，對于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者，采用普通型膝關節假體置換后，膝關節增加的活動范圍顯著高于高屈曲型膝關節假體，且差異有統計學意義。但大量研究[15, 20]與該結果相反。因此，根據目前研究結果，高屈曲型膝關節假體更適用于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者。
在人種差異方面，Sumino等[26]研究表明，在西方人群中，采用高屈曲型膝關節假體置換后，膝關節活動范圍與術前差值略高于普通型膝關節假體；而對于亞洲人群，高屈曲型膝關節假體卻未顯示出該優勢。這與Huang等[27]的研究結論相反，其研究結果顯示亞洲人群使用高屈曲型膝關節假體能獲得更大的活動范圍。目前，對人種差異方面的研究較少，尚有待更多研究來驗證。
近年來，關于高屈曲型與普通型膝關節假體置換術后活動范圍的系統評價研究結論也存在差異。Luo等[28]和Mehin等[29]的系統評價研究提示，高屈曲型和普通型膝關節假體在術后活動范圍方面無任何差異。而Gandhi等[30]研究提示，與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體置換術后膝關節活動范圍改善更顯著。但Gandhi等也指出，該研究納入的6篇文章中，顯示高屈曲型膝關節假體置換術后活動范圍優于普通型膝關節假體的有4篇文章，而這4篇中有2 篇文章作者是假體公司的顧問；因此他認為這2篇文章可能會影響該系統評價的準確性。
綜上述，目前相關研究結論尚不能得出高屈曲型膝關節假體在關節活動范圍方面優于普通型膝關節假體。但是，對于術前膝關節活動范圍＜ 120°的患者，大量研究均表明高屈曲型膝關節假體術后可更好地提高膝關節活動范圍，因此對于該部分患者可考慮選擇高屈曲型膝關節假體。
2.2 KSS及HSS評分
KSS評分分為膝評分和功能評分兩大部分，自1989年美國膝關節學會提出以來已廣泛用于TKA患者手術前后的關節功能評價。而HSS為1976年美國特種外科醫院提出，它在手術前后關節功能比較方面有相當高的準確性。Geller 等[31]將61例患者分為兩組，分別采用高屈曲型與普通型膝關節假體行單髁TKA，經過1年隨訪，高屈曲組患者KSS評分顯著優于普通組。 但也有研究發現，術后經過1年隨訪，高屈曲組與 普通組在HSS和KSS評分方面均無顯著差異[8, 11, 23, 32]；系統研究也表明[28, 30]，與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體在術后KSS評分方面無顯著優勢。
2.3 整體滿意度
Boese等[25]對128例患者進行了對比研究，發現在整體滿意度方面，高屈曲組和普通組無顯著差異，其他相關研究也得到了相似結論 [21-22, 27, 33]。Seon 等[23]對50例患者采用高屈曲型膝關節假體行TKA后，40%患者可完成下跪動作，80%患者可雙腿交叉而坐。Huang等[27]對50例患者分別采用高屈曲型與普通型膝關節假體行TKA后，高屈曲組80%患者完成下蹲，而普通組僅32%患者可以下蹲。Meftah等[34]對87例采用高屈曲型膝關節假體置換患者進行了長達5年的隨訪，隨訪期間僅5例對術后療效不滿意；但該5例患者術后膝關節KSS評分及活動范圍均無下降，不滿意的主要原因是疼痛。這與Miner等[35]研究結論一致，他指出影響TKA術后患者滿意度的主要因素是疼痛，而不是術后膝關節活動范圍的改善情況。根據目前研究結果提示，兩種假體置換術后患者滿意度相似。
2.4 其他方面
有研究表明[8, 23, 36]，高屈曲型及普通型膝關節假體置換后，患者WOMAC、 SF-12評分無顯著差異。但高屈曲型膝關節假體作為一種新型假體，其價格顯著高于普通型膝關節假體[37]。
3 并發癥
高屈曲型膝關節假體在增加活動范圍的同時，是否會影響假體壽命引起人們關注。Ranawat等[38]認為，高屈曲型膝關節假體植入和普通型膝關節假體一樣安全，并且在高屈曲狀態下，可減少假體磨損。但與普通型膝關節假體相比，高屈曲型膝關節假體置換后膝關節承受重量更大，且后傾角的增加是通過減少后方材料實現，更容易造成對假體前面沖擊；假體后方聚乙烯材料的削減，也相對增加了聚乙烯接觸壓力[39]。Nagura等[40]研究表明，膝關節高度屈曲活動時股四頭肌力量是平常走路時的1～13倍，平均5倍；因此，他們認為高屈曲型膝關節假體更容易產生髕骨并發癥。尤其在膝關節高度屈曲時，髕骨承受更大負重，可能造成疼痛、加速磨損、髕骨骨折，并導致松動等并發癥[13, 41-42]。Han等[43]通過對采用高屈曲型膝關節假體置換的47例（72膝）患者平均隨訪2.7年，發現38%股骨部件出現松動。Boese等[25]對128例行TKA患者進行隨訪，采用高屈曲型及普通型膝關節假體各64例，高屈曲組中3例因髕骨疼痛、1例因假體松動需再次手術，而普通組中僅1例需再次手術。因此，Hamilton等[37]提出，在選擇高屈曲型膝關節假體時，需要權衡患者承擔費用增加、術中骨量去除增多和早期股骨部件松動等不利方面與獲得高活動范圍間的利弊。
然而，也有研究顯示，與正常活動范圍相比，膝關節高度屈曲活動時承受壓力無顯著提高。Zelle等[44]研究顯示，在高度屈曲狀態下，大腿與小腿接觸可減少膝關節承重力以及聚乙烯襯墊的壓力。在最大屈曲（155°）狀態下，膝關節壓力從4.89個體重（body weight，BW）降低至2.90個BW，而聚乙烯襯墊壓力從49.3 MPa減少至28.1 MPa。Meftah等[34]通過對106例采用高屈曲型膝關節假體行TKA的患者進行3～5 年隨訪，隨訪期間均未發現假體感染、松動、骨質溶解及聚乙烯滑脫等。還有學者對普通后穩定型膝關節假體與高屈曲型膝關節假體進行比較，兩組術后膝前痛發生率無顯著差異[22, 36]。因此，高屈曲型膝關節假體在并發癥方面是否優于普通型膝關節假體尚存在爭議，有待更多臨床研究證明。
綜上述，高屈曲型膝關節假體的設計理論上可安全達到高活動范圍，然而置換術后療效受術前、術中及術后各相關因素的影響，且評價膝關節術后療效的指標很多，均有其不足，所以高屈曲型與普通型膝關節假體在活動范圍、關節功能、患者滿意度及并發癥等方面是否有差異，還需要更多研究采用綜合評價標準進一步證實。因此，臨床選擇高屈曲型膝關節假體時應進行綜合考慮。