人工全膝关节置换术的分类和流行病学

（一）人工全膝关节置换术的发展概况

人工关节置换术在国外于20世纪40年代兴起，经过半个多世纪的探索与发展，技术上已逐渐成熟，材料技术和相关理论也不断改进和深入，接受人工关节置换术的患者越来越多。我国开展人工关节置换术较晚，在20世纪60年代之后才逐步开展，总体水平与国际先进水平还存在一定差距，但随着我国经济的高速增长，各行各业都在快速发展，科学技术也在发展，人民生活水平不断提高，对生活的水平和质量要求也越来越高，有实力接受和能够接受关节假体置换的患者越来越多，推进了人工关节置换在我国的迅速发展，其中人工膝关节置换已在临床上普遍开展。人工膝关节设计的发展是围绕模仿正常膝关节的功能而进展的，其发展稍晚于人工髋关节，所以一些地方借助了人工髋关节的技术。最早的人工膝关节开始于20世纪五六十年代，应用的是铰链式膝关节假体，这种膝关节假体，早期效果较好，但其不能适应膝关节多种活动自由度的要求，所以磨损较大，较早产生假体松动，并带来感染概率增大的危险，同时这种假体材料完全由金属制作，易因磨损而断柄。20世纪70年代早期设计出的膝关节假体，由金属与多聚乙烯组成，克服了金属与金属摩擦磨损较大的弱点，降低了感染的发生率。但由于机械设计价差，术后不能恢复正常膝关节活动，导致假体承受较大负荷，容易松动和下沉。20世纪70年代中期，全髁型膝关节置换技术（KTA）出现，这种假体较前面的假体有了明显的进步，但也存在假体本身缺少前后稳定，胫骨假体完全由多聚乙烯制成而支撑性差等问题。随着手术量的增多，外科医师技术水平的提高，人们通过截骨平面的处理、内外翻畸形的矫正、软组织松解、侧副韧带张力平衡、髌骨的适当处理、肢体力线的精准等多方面外科操作技术的改进和完善，使KTA的术后效果明显提高，膝关节置换术成了临床常见开展的手术而为广泛使用。

（二）人工膝关节的设计原理及分类

1．人工膝关节的设计原理 人工膝关节的设计要考虑到材料、手术操作技术、假体的稳定性、假体的耐用寿命以及术后患膝能够最大程度地获得需要的功能等各个方面因素。因此，在其发展过程中出现了很多的设计方法与假体种类，这些方法不断地在临床实践和假体的使用过程中被淘汰、改进、修正和回归，但其最基本的原理确一直为大家所重视，主要有：①重建下肢机械轴并垂直于关节线而不是内翻3°；②膝关节的负重中心置于关节中央而不是内侧；③股骨-胫骨较高的曲率匹配度减少接触压；④后稳定设计；⑤柱-轮结构提供股骨后滚；⑥通过中央柱和股骨槽的不同匹配度获得不同的限制级别。这些精准的设计要求其目的围绕着一个原则：以置入的关节假体提供类似于正常膝关节的伸曲和旋转功能，并借助假体本身及膝关节的韧带及软组织平衡获得静态及动态的稳定性。

在人工膝关节假体材料的选择上，目前主要还是金属-聚乙烯，股骨部件用高强度且耐磨的钴-铬合金制造，胫骨部件有全聚乙烯假体和有金属托与聚乙烯组合两种设计。带有金属托的假体可使载荷通过金属托均匀地传递到胫骨，减少了聚乙烯蠕变引起的应力不均匀。髌骨假体的设计同样有全聚乙烯和带金属背的两种，由于带金属背的髌骨假体会减少聚乙烯的厚度或过多切骨，容易产生髌骨假体的磨损、断裂以及髌骨的骨折问题。因此，髌骨置换在临床上还较少开展，一般临床医师多采取削减方式处理髌骨软骨面。

2．人工膝关节假体的分类 人工膝关节假体在发展过程中出现了上百种不同品种，临床医师主要从临床适用的角度来进行分类。

（1）根据膝关节假体使用的部位来进行分类，可分为：单髁假体或称单间室假体，不包括髌骨关节置换的双间室假体和全关节假体或称三间室假体。

（2）根据假体设计中的机械限制程度可分为：非限制性假体即单髁假体、部分限制性假体即不保留膝关节后交叉韧带（PCL）的假体、高限制性假体和全限制性假体即铰链式膝关节假体及肿瘤假体。膝关节假体的限制提供了假体的机械稳定性，但同时又限定了关节的活动度，它们形成了一对矛盾。较少限制的假体置入后关节运动功能限制较少而稳定性相对较差，这就要求手术医师尽可能地保留原关节的稳定结构。较多限制的假体提供了关节的机械稳定程度，但因此会损失部分关节活动度和手术过程切骨相对较多，同时由于活动度限制而产生假体与骨界面的松动。

（3）根据假体的固定方式可分为：骨水泥固定型假体和非骨水泥固定型假体。

3．人工膝关节假体的选择

（1）固定方式的选择：固定方式首先是医师进行人工膝关节固定术前要决定的，骨水泥固定型假体的特点是在固定假体的同时还有加强骨床的承载强度的作用，并且长期随访结果显示其远期效果较好。因此，目前临床医师大多选用骨水泥固定型假体来进行人工膝关节置换手术。非骨水泥固定型假体是近年来才发展起来，其中微孔型和羟基磷灰石（HA）涂层假体在近期获得了较好的随访结果，但远期随访尚缺乏，暂不能与骨水泥固定型假体进行比较。

（2）单髁假体的选择：单髁假体为单纯的内侧髁或外侧髁假体置换，理论上来看单纯的膝关节内侧间室或外侧间室病变采用单髁假体置换较为科学，它不但能够尽可能地满足人体本身关节组织结构和运动功能，并为以后进行二次TKA手术留有余地。但单髁手术对手术操作技术要求很高，实际上对目前的膝关节置换手术技术发展的水平来说手术操作的难度还相对较大，手术失败的概率可能大于全膝置换术。同时，膝关节单间室的病变多伴有膝关节负重力线的改变，这种病理相对于置换术若采用较简单截骨术也能收到较好效果。反而采用单髁置换术若没有纠正膝关节的负重力线，手术的结果仍为失败。因此，目前人工膝关节单髁置换手术在临床上开展得不多。

（3）不同程度限制性假体的选择

①限制性假体的选择：严格来说，全膝关节置换型都存在着不同程度的机械制约，所谓非限制性假体只是相对于其他限制性假体而言，限制相对较小。非限制性假体的设计较多加大了关节的活动度而减少了假体关节本身的机械制约。这就使置换后的稳定性更多地依赖于患者关节原本的维持稳定的韧带结构和关节周围软组织的平衡。因此，对年纪较轻，关节稳定结构完好的患者可考虑选择此类假体，而期望获得较大的活动度。非限制性全膝假体以保留后交叉韧带的假体为代表，其保留的PCL维持了假体置入后的后方稳定性，但由于这种假体股骨髁部件与胫骨关节面的接触面变小，易致磨损。同时保留的PCL不但导致屈曲挛缩的畸形难以纠正，还可能在膝关节活动过程中与假体产生生物力学紊乱。

②部分限制性假体：所谓部分限制性假体是指界于非限制性与限制性之间的假体，以后稳定型或称后交叉韧带替代型为代表。这种假体通过胫骨垫中央的凸起和相应的股骨髁间凹槽替代PCL的稳定功能。其特点是适应证广，目前对PCL功能不全或因膝关节屈曲挛缩而无法保留的患膝最为适用。其缺点是较后交叉韧带保留型假体有更多的切骨量，过屈时可能导致股骨髁与胫骨假体后缘的撞击而限制关节的活动度。

③高限制性假体：高限制性假体以TC3和CCK假体为代表，其采用较高大的中央柱与对应的股骨髁间凹槽获得侧向和后方的稳定性，可部分代偿侧副韧带的功能。主要适用于侧副韧带功能不全或伴有较大骨缺损或严重畸形的初次置换患者，使用非限制性或部分限制性假体而初次置换失败的翻修患者。

④全限制性假体：全限制性假体以铰链式膝关节假体为代表，此类假体的铰链结构形成了较好的机械稳定性，主要适用于膝关节肿瘤截除术后以及膝关节稳定性完全丧失的全膝关节翻修术。单纯铰链膝关节假体的长期随访结果显示有较高的松动率，目前一般已不再应用于初期的膝关节置换术。但近年来各种旋转铰链膝关节假体的设计已能获得与非限制性假体接近的伸屈和旋转活动度，因而对双膝关节稳定性差的患者也可选择应用。

假体选择时还需要注意假体的尺寸及材料等，这些对骨科手术医师来说意义重大，从康复的角度来说重点是认识以上各类型假体的特点，以帮助康复医师判断膝关节置换术后患者功能障碍和疼痛的原因，以便采取针对性的康复干预。假体的选择主要取决于患膝的具体情况，但置换后患者功能恢复却不仅仅取决于假体选择的适当与否，首先手术医师对手术的精确设计和娴熟的手术操作是关键环节，接着术后正确而及时和持之以恒的康复治疗和训练也起到非常重要的作用。