现如今人们的生活水平不断提高,人口老龄化不断加剧,膝关节骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)的发病率越来越高。KOA的阶梯性治疗越来越受到骨科医师的关注,其治疗方法主要为早期的药物治疗及晚期的手术治疗,手术治疗的方式包括关节镜手术、关节软骨修复术、膝关节周围截骨术、关节置换术。根据患者的实际情况,选择最适合患者的治疗方式至关重要,努力做到保膝与换膝并举。在保膝手术治疗中,单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)与胫骨高位截骨术(high tibial osteotomy,HTO)是临床上应用最多的手术技术。胫骨平台后倾角的存在可维持膝关节前、后交叉韧带的张力,在膝关节屈伸运动时股骨髁能正常地滑动及滚动,有利于膝关节的屈曲运动。胫骨平台后倾角(posterior tibial slope,PTS)的变化会对膝关节的生物力学产生明显影响,在保膝治疗中起着至关重要的作用。现对PTS在UKA及HTO中的应用做一综述,明确PTS的重要性,更好地指导保膝治疗,为更多的KOA患者带来福音。

胫骨平台取内固定后外侧稍塌陷(胫骨平台后倾角在保膝治疗中的研究进展)(1)

一、PTS的意义

胫骨平台在矢状面上的关节面与胫骨的骨干并不是垂直的,而是向后方倾斜的,称之为胫骨平台后倾,新生儿比青年人更加显著。PTS的生物力学意义:维持膝关节前、后交叉韧带的张力,在膝关节屈伸运动时股骨髁能正常地滑动及滚动,有利于膝关节的屈曲运动。PTS使胫股关节产生向前的剪切力,由前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)所拮抗。Whiteside等指出,PTS的数值大小不等,其原因包括个体的差异、人种的差异、测量的方法及参照的选择问题等。PTS的变化会对膝关节的生物力学产生明显影响,因此,当行UKA或HTO时必须考虑到胫骨平台后倾角的因素。

二、PTS的各种测量方法及数值大小

PTS的数值可以用膝关节的常规X线片、CT、MRI或直接在膝关节上手动测量。虽然膝关节的CT、MRI可以消除旋转带来的误差,精确度较X线片高,但不是保膝手术术前的常规检查,且花费较高。因此,我们更多采用的是膝关节的常规X线片的测量方法,胫骨平台前、后缘只要完整即可测量。应用膝关节X线侧位片的测量方法易操作,但对影像拍摄技术要求较高,若胫骨有旋转会导致数值不精确。Jiang等指出,下肢在中立位并且胫骨内、外旋<15°时,测量PTS不会受到胫骨旋转因素的影响。

PTS的个体差异大,且不同的测量方法和参考轴带来的结果大小不等。目前使用的方法主要有:前皮质切线(anterior tibial cortex,ATC)参照法、后皮质切线(posterior tibial cortex,PTC)参照法、胫骨近端解剖轴(tibialproximalanatomicalaxis,TPAA)参照法、胫骨中段解剖轴(tibial connecting anatomical axis,TCAA)参照法、胫骨机械轴(mechanical axis,MA)参照法和腓骨解剖轴(fibula shaft axis,FSA)参照法等。ATC参照法:胫骨近端距膝关节5cm和15cm处前皮质线上的2个点的连线,做其垂线测量与胫骨平台之间的夹角;PTC参照法:胫骨近端距膝关节5cm和15cm处后皮质线上2个点的连线,做其垂线测量与胫骨平台之间的夹角;TPAA参照法:胫骨近端距膝关节5cm和15cm处皮质直径中点的连线,做其垂线测量与胫骨平台之间的夹角。ATC参照法比TPAA参照法平均大(2.90±0.55)°。有学者采用MPA法(ATC参照法与PTC参照法的均值)评估PTS值,并证明了与膝关节CT测量具有高的相关性。Brazier等比较了这几种测量方法,指出TPAA参照法与PTC参照法是精确度较高的方法,其PTS数值不受患者的性别、年龄、身高和体重因素的影响。

胫骨平台分为胫骨内侧平台及外侧平台,胫骨平台后倾角亦是如此。在标准的膝关节侧位X线片上,区分胫骨内、外侧平台至关重要,胫骨内侧平台后缘与胫骨后侧的骨皮质成角较锐,而胫骨外侧平台后缘与胫骨后侧的骨皮质成角较钝。胫骨内侧平台是膝关节主要的负重区域,有研究表明胫骨后倾角与胫骨内侧平台后倾角的相关性较紧密,而与胫骨外侧平台后倾角缺乏相关性。

国人的PTS在X线片上测量与尸体上直接手动测量,数值大小差异无统计学意义(P>0.05)。在国人的尸体标本上直接手动测得胫骨内侧平台后倾角为(15.02±4.2)°,胫骨外侧平台后倾角为(11.74±3.8)°。我国华北地区成人的胫骨内侧平台后倾角为(11.30±4.5)°。国内胫骨内、外侧平台后倾角均比欧美等国家的大。欧美等国家的PTS平均为6.8°。Møller等通过对国外人群尸体直接手动测得胫骨内侧平台后倾角为5°~15°,平均10°;外侧胫骨平台后倾角为4°~15°,平均8°。

三、PTS在UKA与HTO中的应用

许多膝关节骨关节炎患者均伴有膝内翻或膝外翻畸形,关于畸形的部位又分为关节内畸形及关节外畸形。UKA通过植入单髁假体纠正关节内畸形,适用于活动要求较低、活动量较少的老年患者,单髁假体可以补偿关节内的损伤,恢复膝关节正常的运动,且可以阻止内侧单间室骨关节炎的恶性循环;HTO通过截骨纠正关节外畸形及膝关节的异常力线,适用于活动要求较高、活动量较多的年轻患者。

1.PTS在UKA中的应用

胫骨内侧平台是膝关节的主要负重区。PTS是UKA中一个重要的参数,膝关节的单髁假体设计及手术操作,PTS都应被加以重视。当进行胫骨截骨时,其胫骨的髓外定位器定位至关重要,正面及侧面均需与胫骨的长轴平行,但UKA是微创切口且胫骨具有生理弯曲,其会导致一定范围的偏差。胫骨假体后倾角目前推荐为7°,但是对最佳的胫骨假体后倾角目前尚存在争议。

马广文等选取了30例行UKA患者,分别行3°后倾截骨及7°后倾截骨,比较了术后的膝关节功能,结果显示UKA行3°后倾截骨比行7°后倾截骨有利于提高术后的膝关节功能。Hernigou等对99例UKA患者进行了平均16年的随访,关于患者术前的前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)情况,50例患者ACL正常,31例患者ACL损伤,18例患者ACL缺失。随访结果:77例假体未松动且未翻修;17例假体松动,未松动患者的PTS<松动患者的PTS(P<0.05);5例ACL断裂患者(术前ACL完整)的PTS≥13°;77例未翻修患者的胫骨向前平移(平均3.7mm)与PTS(平均4.3°)呈显著的线性关系(P<0.01);7例术前无ACL的患者进行了翻修,其PTS>8°。结果提示:一个完整的ACL与UKA术后维持膝关节的前后稳定性有关;对于无ACL的患者,其PTS要避免>7°,否则会导致翻修率的增加;过大的PTS可能会增加假体松动率甚至ACL断裂。

Aleto等对32例UKA患者术后翻修的原因进行了研究,其中15例(47%)是由于胫骨内侧塌陷,其与PTS的增加有关。Weber等研究了PTS对假体磨损的影响,在UKA中建议PTS在4°~8°之间,可显著减小假体的磨损。Takayama等对40例行UKA的患者进行了研究,指出应避免增加PTS以确保术后的膝关节完全伸直。Small等对UKA术后胫骨近端应力负荷与PTS的关系进行了研究,提出了PTS<0°或>5°可能导致胫骨近端的局部应力负荷梯度增加,可能与UKA术后的局部疼痛和假体周围骨折有关。Chatellard等对559例UKA患者术后随访(5.17±4.33)年,发现当PTS>5°或PTS在UKA手术前后变化>2°时,可显著缩短UKA假体的存活率,建议UKA术后其PTS<5°或手术前后变化<2°。Sawatari等研究了PTS对UKA的三维有限元分析的影响,发现PTS越大,UKA的胫骨假体与胫骨的松质骨的接触应力越大,建议应避免过度后倾,减少骨应力。马路遥等分析了PTS对UKA术后短期临床结果的影响,对86例UKA进行了术后随访,平均随访时间2年,发现UKA术后的牛津膝关节评分与假体的PTS及手术前后PTS的变化呈负相关,指出UKA术后PTS减小时临床结果更好,应避免术后PTS过大。Clarius等对56例UKA进行了随访,平均随访5年,49例术后PTS在2°~12°内,7例不在2°~12°范围内,它们在短期内AKS评分比较差异无统计学意义(P=0.9901)。Zeng等就PTS对ACL损伤的影响进行了meta分析,提出增加的胫骨内侧平台后倾角及胫骨外侧平台后倾角均是ACL损伤的危险因素,过大的PTS会导致胫骨前移、ACL紧张甚至断裂。

2.PTS在HTO中的应用

HTO分为内侧开放楔形截骨(open-wedge high tibial osteotomy,OWHTO)及外侧闭合楔形截骨(closed-wedge high tibial osteotomy,CWHTO)。研究表明,PTS的增加会增大胫骨前移及ACL的张力,而减小后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)的受力及紧张度,也可改变关节软骨上的应力。此发现有助于不稳定性膝关节及关节软骨缺损的治疗。OWHTO可增加PTS,建议用于PCL或半月板的后外侧角损伤的患者。CWHTO可减少PTS,可用于ACL损伤的患者。PTS是HTO中一个重要的参数,对于HTO的手术操作,PTS应被加以重视。

Lobenhoffer就PTS在HTO中的研究中提到,若截骨时向前打开间隙大于向后打开的间隙,则PTS增加;若截骨时向前打开间隙小于向后打开的间隙,则PTS减小。当PTS增加时,由于股骨内侧髁与抬高的胫骨较早接触,股骨与胫骨的接触区域前移,使得内侧半月板后角及后方软骨相对减压。对于膝关节稳定且活动度正常的患者,在截骨时PTS应保持不变;对于ACL损伤或功能不全的患者,可以减小PTS以减小胫骨的前半脱位;对于PCL损伤或功能不全的患者,可以增大PTS以减小后交叉韧带的应力及紧张度。也就是说,仅纠正膝关节内翻畸形时,不应改变PTS;若膝关节不稳定或活动度欠佳时,可能需要改变PTS,可以通过在截骨的间隙中插入同种异体楔形骨块来改变PTS的大小。内侧开放楔形截骨常意外导致PTS增加,外侧闭合楔形截骨常意外导致PTS减小。Kim等提出,OWHTO术后PTS增加可能导致ACL退行性改变,更大的BMI及PTS是ACL变性的诱因。有研究表明较大的PTS是非接触性ACL损伤的危险因素。也有研究发现,较大的PTS对非接触性ACL损伤在女性患者中较明显。El-Azab等对100例HTO患者(50例OWHTO,50例CWHTO)术后的PTS进行测量,OWHTO的PTS较术前显著增加(2.1±3.6)°(P<0.05),CWHTO的PTS较术前显著下降(3.1±3.4)°(P<0.05)。Nha等对OWHTO及CWHTO术后PTS的变化进行meta分析,发现PTS在OWHTO后平均增加2.02°(95%CI,P=0.005),CWHTO后平均下降2.35°(95%CI,P<0.001)。Giffin等发现,对于PCL损伤的患者其胫骨在膝关节屈曲90°时向后移位至(8.4±2.6)mm,HTO术后PTS从(9.2±1.0)°增加到(13.8±0.9)°,使胫骨在膝关节屈曲90°时向前移动到(4.0±2.0)mm,提示PCL损伤的患者可通过增加术后的PTS使胫骨减少向后移位。

Dejour等对ACL损伤患者与ACL正常的对照组在膝关节侧位X线片上进行了比较,发现PTS每增加10°,胫骨前平移(anterior tibial translation,ATT)平均可以增加6mm。Giffin等将10例尸体用HTO将PTS从8.8°增加到13.2°,发现ATT增加了3.6mm。

Cullu等对40例内侧KOA行HTO的患者进行了随访,平均随访55个月。利用4种不同的测量方法(ATC参照法、TPAA参照法、PTC参照法、FSA参照法)记录了术前及术后的PTS,术前PTS平均为(11.2°、7.5°、5.6°、8.2°),术后PTS平均为(7.9°、4.8°、2.2°、3.7°),发现关节外畸形矫正不足的患者PTS下降的幅度较正常矫正和过度矫正的患者大,术后的机械轴外翻程度越高,PTS越大。

HTO可矫正膝关节冠状面的内翻畸形,OWHTO可无意增加PTS。这是由胫骨近端独特的解剖结构所决定的,截骨时若前后撑开的间隙高度相等时可使得PTS增加。因此,为了维持生理的PTS,建议截骨时前边撑开的间隙应该是后方的1/2到2/3,测量发现PTS术前平均(10.8±2.8)°,术后平均(10.5±3.3)°,PTS是相同的(P=0.556)。部分患者做OWHTO时使用自体髂骨植骨使得前边撑开的间隙是后方的1/2到2/3,发现PTS没有显著改变。

PTS对于维持膝关节的稳定性、屈伸活动度等均具有重要影响。大多数KOA患者伴有膝关节屈曲受限,调整PTS可改善膝关节屈曲受限。Dragosloveanu等对47例行OWHTO的患者平均随访2年,发现PTS每增加1°使得膝关节屈曲角度可增加1.45°。

四、总结

KOA的发病率越来越高,保膝治疗也越来越受到广大骨科医师的关注,PTS是UKA及HTO中的重要参数,其变化会对膝关节的生物力学产生明显的影响。对于UKA,建议术后PTS较小时临床效果更佳;对于HTO,其膝关节稳定的患者,在纠正冠状面畸形的时候尽量不改变术前的PTS。严格把握手术适应证,选择最合适的PTS是我们今后研究的方向。

参考资料:略

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