抛弃MA,拥抱个性化:详解机械轴对线TKA的十个缺陷

2024-05-23   文章来源:中国人民解放军总医院骨科医学部   作者:李海峰 柴伟 点击量:139 我要说

抛弃MA,拥抱个性化:详解机械轴对线TKA的十个缺陷

摘要:详细解读机械轴对线全膝关节置换术的十大缺陷

作者:李海峰,柴伟

来源:中国人民解放军总医院骨科医学部


20243月,最新一期The Journal of Arthroplasty杂志刊登一篇标题为《机械轴对线全膝关节置换术的十个缺陷》(Ten Flaws of Systematic Mechanical Alignment Total Knee Arthroplasty)评论性文章。该文章由Gautier BeckersMichael Meneghini以及Michael Hirschmann等作者共同撰写。文章的核心观点是对目前主流的全膝关节置换术中采用下肢机械轴对线(Mechanical AlignmentMA)方法提出质疑,并建议采用个性化对线的TKA技术作为一种替代方案。

回顾人工关节外科的发展历史,我们不难发现,1973年,可谓是人工膝关节外科的“黄金年。这一年,InsallBurstein开发设计了Insall-Burstein膝关节假体,标志着全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty,TKA)的一个新时代。这一年,Insall等人提出了膝关节置换术内外侧间隙平衡的这一重要手术原则。这一年,Freeman等人提出了垂直于股骨胫骨机械轴截骨(即机械轴对线,MechanicalAlignment)的理念。

这一理念的出现,不仅使得之前膝关节置换手术最终目标的混乱逻辑得以清晰,也使得膝关节置换手术过程得以简化和标准化,进而确保术后下肢的力线通过膝关节的中心,从而提高关节置换的成功率,并将假体磨损及松动的风险降至最低。Freeman的这一机械轴对线理念对此后膝关节置换手术的发展产生了深远的影响,并成为后来膝关节外科手术中的一个重要参考原则。下肢机械轴对线逐渐发展成为膝关节置换手术的“金标准”,并形成一套看似自洽的逻辑体系。

然而,随着时间的推移,人们发现机械轴对线方法带给的患者术后满意度并不高。越来越多的证据也表明,近20%的患者对自己术后功能并不满意。无论是使用辅助技术手段,还是采用新设计的假体,都无法进一步提高患者的满意率。随着对人体解剖学和膝关节运动学知识的增加,以及手术精度和植入物的改进,这些原则开始受到质疑。如,针对大样本TKA术后患者的长期随访结果发现:机械轴恢复到±3°以内的患者组和离群组(机械轴>±3°)有着相似的假体远期生存率。Bellemans等也发现,32%的男性和17%的女性膝关节存在结构性内翻。如果给这些患者恢复机械力学对线似乎并不可取。

在这篇题为《机械轴对线全膝关节置换术的十个缺陷》中,作者开篇也讲到,尽管采用机械轴对线进行的全膝关节置换术(TKA)在25年的长期生存率高达82%,一度被看作黄金标准并被认为是TKA成功的关键。然而,这其中75%的患者感觉并没有恢复自然关节状态,50%患者有残留不适症状,高达25%的患者不愿意再次接受同样的膝关节手术。

为什么会出现这一尴尬局面?作者认为,下肢机械轴对线原则存在先天缺陷,理应受到质疑。于是,文章详细讨论了机械轴对线的TKA的十大缺陷。

1MA TKA采用固化的下肢力线标准,忽视了患者解剖的个体差异

文章认为,机械对线技术并不具有普遍性,这种“一刀切”的原则,忽略了个体患者关节的天然解剖结构和生理软组织松弛度。首先,临床实践中观察到的下肢髋--踝(HKA)角度并非人为固定的180°,HKA存在极大变异(从24°外翻到25°内翻),而且,其分布也极不均匀:40%的患者HKA超过3°,19%的患者超过5°的HKA角度分别在和中发现。只有4%的患者呈现中立位的胫骨关节面,只有5%的患者呈现中立位股骨远端关节面。仅有少于1%的患者胫骨和股骨关节面都达到中立(°),而这恰恰是机械轴对线方法追求的目标。同时,机械轴对线力求实现中性的股骨和胫骨假体方向,这也意味着对大多数患者的股骨矢状面、关节线方向,甚至整个膝关节面的三维(3D)方向都需要进行调整。

2MA TKA简化了膝关节本身复杂的三维几何学解剖

MA简化了膝关节解剖和变异性,忽视了膝关节的复杂解剖结构和个体差异。自然的膝关节运动学是由关节表面几何学、软组织松弛度、肌肉收缩和关节表面在冠状面、矢状面和轴位面上的方向共同作用产生的,并非一个机械的人为固化的力线轴可以概括解释。(1忽视了矢状面对线和胫骨后倾:机械轴对线方法对每个患者均采用固定的胫骨后倾角度。这种“一刀切”的方法忽视了个体间在自然胫骨后倾上的巨大变异性。(2影响膝关节运动学和软组织张力:经过认为修正的矢状面上的解剖结构可能会破坏膝关节的运动学和自然软组织张力。增加胫骨后倾可能与更高的最大屈曲角度和潜在的伸肌机制力量改善相关,但也与更高的前后不稳定性风险相关。而减少胫骨后倾则可能增加侧副韧带和前方软骨下骨的压力,增加假体下沉的风险。(3忽视了股骨假体前方凸缘与股骨皮质的依赖关系:机械轴下肢力线方法旨在使假体前方凸缘与前方股骨皮质齐平,这就忽略了患者股骨的前方间室解剖结构。采用固定的股骨假体设计势必会影响髌股关节运动学。(4定制假体的必要性:复制复杂的膝关节表面几何结构将需要定制假体,下肢机械轴力线技术显然无力面对并解决这一问题。

3 MA TKA中的软组织松解并不总是奏效

为了获得中立位髋--踝(HKA)角度,MA技术中常常需要进行软组织松解来实现。但在某些情况下这种不平衡可能难以纠正。不仅如此,中立位的股骨和胫骨截骨,也严重改变了对膝关节本身固有结构,很可能造成新的不平衡。Blakeney等人研究表明,MA TKA手术技术在25%的内翻膝和57%的外翻膝中造成了大于3mm的伸展间隙不平衡,在8%的内翻膝和19%的外翻膝中造成了大于5mm的不平衡。这种间隙不平衡可能导致关节僵硬、不稳定和早期松动。

4MA TKA 技术在处理固定屈曲挛缩(FFC)时可能造成股骨远端过度切除和后关节囊过度松解

在晚期OA中,固定性屈曲挛缩比较常见。在MA TKA中,处理FFC的常见方法是切除所有骨刺、增加股骨远端切骨以及松解后关节囊和腓肠肌来实现。然而,过度切除股骨远端会造成关节线抬高、导致手术时间延长、出血和感染风险增加。Luyckx等的研究表明,内侧关节线抬高2mm4mm分别导致屈曲松弛度会增加64%111%

5MA TKA技术获得的矩形间隙和内外侧韧带等距可能并不完美

骨切除后获得矩形间隙,并实现内侧和外侧韧带等长(isometry),长期以来一直被认为是MA TKA成功的基本要求。然而,内外侧副韧带在膝关节屈伸过程中,其张力在不断变化。而且,韧带的张力存在个体差异,也受到特定表型的影响,相较而言,女性膝关节韧带更为松弛。MCLLCL更紧,而且所有副韧带在伸展时比屈曲时更紧。Meneghini等的研究表明,与屈曲时紧张的内侧间室相比,外侧间室松弛度如果更接近自然状态,TKA术后患者报告的结果更优。可见,恢复天然膝关节副韧带的平衡和松弛度比单纯追求韧带等长更为重要,也更能提高患者的满意度和临床结果。

6 MA TKA技术采用固化的外旋标准并非最优选择

MA TKA中,为了平衡屈曲间隙,需要根据胫骨和股骨后侧切割的定位进行股骨的系统性外旋。外旋技术包括使用解剖标志、前后轴、横髁轴和股骨髁后部作为参考。然而,不同个体之间这些解剖标志变化较大,如PCA角度可以从0.3°变化到9.7°,这使得标准3°的方法不是最优选择。而且,股骨的旋转改变都会改变患者的原始解剖结构,必然影响股骨屈曲轴和胫骨及髌股运动学。在对1000名患者的CT扫描评估中,使用通髁轴作为参考,导致23%的内翻膝和61%的外翻膝出现中侧屈曲间隙不平衡达3mm以上的情况。

7MA TKA技术的基本理论存在缺陷,使得软组织松解常常不可避免

20世纪70年代中期以来,在严重的内翻或外翻畸形的MA TKA中,内侧或外侧软组织松解已成为常规做法。软组织的平衡对于TKA的良好结果至关重要这一理念深入人心。然而,关于软组织张力的研究文献却存在矛盾结果。McAuliffe等的研究表明,多达74.4%的内翻膝患者(内翻角度高达15°)实际上具有与健康膝关节相当的冠状面松弛度,即没有内侧收缩或外侧异常松弛。同样,McAuliffe等对外翻膝的研究:在30例接受TKA的外翻膝骨关节炎患者中,50%的患者的内侧和外侧松弛度测量值在健康人群的范围内。26.6%的患者存在外侧挛缩,其中23.3%的患者同时伴有内侧异常松弛。在外翻膝中出现明显的内外和屈伸不平衡。在完全伸展时,内侧组织表现出更多的松弛,而在屈曲时,这种状况逆转,外侧组织变得更松弛。鉴于这些事实,韧带松解应该是不常采用的平衡手段。然而,我们在临床实践中为什么需要频繁进行软组织松解?答案可能在于MA技术本身的固有局限性(见前述):在所有内翻膝中,中立胫骨截骨使得将内侧平台更向近端调整,减少了内侧间室容积。在所有外翻膝中,中立股骨截骨会使外侧股骨髁更加向远端调整,减少外侧间室容积。于是,相应的软组织松解就变成了不得不进行的操作。

8MA TKA技术处理外翻膝时补偿“外侧髁发育不全”的理论值得商榷

采用MA技术处理外翻膝时,通常的做法是增加股骨外旋,以补偿所谓的“外侧髁发育不全”。然而,MA技术会改变股骨的屈曲轴,使得外侧屈曲间室更加紧张,并改变生理膝关节运动学。而且我们也必须质疑外侧髁是否真的发育不全。Howell等研究了155例内翻膝和44例外翻膝,使用磁共振成像扫描了屈曲轴垂直平面上的股骨两个髁,发现外侧股骨髁在内翻膝和外翻膝中分别比内侧股骨髁大0.1mm0.2mm。在一项涉及6829个膝关节的更多例数研究中,Shah等人发现内侧髁平均比外侧髁小1.4mm,进一步证实了Howell的发现。内侧和外侧股骨髁半径之间的不对称性非常之小,这使得我们不得不对在外翻膝中增加股骨外旋的方法产生怀疑。

9MA TKA技术中的静态HKA角被用来代表动态关节负荷,真能“以静制动”?

为了简化术前评估规划以及术后评价,我们在临床实践中一直使用静态站立下肢全长X光片来测量比较。MA TKA的目标是获得一个中立位的HKA角,其一个立足点就是:下肢全长X光片上的静态中立位对线代表了行走过程中的膝关节载荷力矩。而且,中立位静态HKA也可能与减少内侧负荷、聚乙烯磨损和提高假体长期存活率有关。然而,更多数据所表明,下肢对线和随后的胫股负荷在动态步态中与全长X光片的静态情况差异明显。内翻膝的静态和动态HKA之间只存在低到中度的相关性,而外翻膝中没有这种相关性。此外,22%的膝关节在步态中从静态内翻转变为动态外翻,或反之亦然。TKA术后的站立HKA对于预测步态中肢体的动态行为价值不大。静态HKA不能很好地反映动态HKA,静态双足冠状对线对于预测步态中下肢对线和关节负荷的价值也有限。这就可以解释为什么用于MA TKA的静态HKA不能很好地反映假体长期存活率、磨损等问题。在MA TKA中,静态HKA角度不足以准确预测动态关节负荷和步态中下肢的实际对线。

10、偏离MA TKA要求的中立位HKA角,就会影响假体长期存活率?

长期以来,MA TKA的一个原则是,术后下肢力线维持在中立位机械轴±3°,是获得假体长期存活的必要条件。这一原则在过去一直被关节外科医生广泛接受,但近年来也受到了诸多挑战。Parratte等在对398TKA的研究中发现,TKA术后机械轴的0±3°范围内的患者与在0±3°范围外的患者,15年存活率在统计学上没有显著差异。这同一组患者队列的20年随访中,中立位对线组的存活率也并没有提高。Bonner等回顾501TKA,比较了HKA = 0±3°组和HKA>3°两组之间的15年植入物存活率,也发现没有统计学上的显著差异。在MA中,偏离中立位对线常常被视为手术误差,它既不是计划中的,也不是对关节炎前患者解剖结构的再现。作者质疑MA TKA中这一长期原则的有效性,并提出了个体化对线的重要性。

总结

面对临床实践中效果不尽如人意的全膝关节置换术,是时候重新审视并质疑之前我们所秉持的教条了!传统MA对线的TKA,被囿于传统机械观哲学困境内,恰如其命名,过于机械。在过去,由于在知识和技术上的不足,我们远未能认识并复制正常的膝关节复杂的运动学。重新塑形关节表面并恢复关节炎前的解剖结构和软组织松弛度,个性化的膝关节置换手术技术可能会获得更快的恢复、更好的功能评分和疼痛缓解,同时保持相似的假体存活率。机器人、人工智能的出现,正是打破这一机械的古典的关节外科,实现关节置换现代的个性化的关节外科的号角,是时候将全膝关节置换手术哲学从MA转向个性化对线了。

作者简介

柴伟,中国人民解放军总医院骨科医学部关节外科主任,主任医师、教授

学术任职:International Hip Society会员,中国医师协会骨科医师分会关节外科工作委员会委员及青年组组长,中华医学会骨科学分会青年委员会关节外科学组委员,中国老年保健协会骨关节分会副会长,北京医学会骨科学分会青年委员会副主任委员及关节外科学组组长。

李海峰,中国人民解放军总医院骨科医学部关节外科副主任医师

致力于成人肩肘膝踝关节重建手术的基础研究与临床治疗。擅长膝关节周围截骨、微创单髁置换、全膝置换、导航或机器人等数智化技术辅助保膝等系列阶梯化全流程治疗,膝关节先天畸形、创伤骨折后遗症的截骨矫形,膝关节骨肿瘤切除术后关节重建,机器人辅助膝关节部分及全膝置换等。

担任北京市医学会骨科学分会关节外科学组青年委员会委员、骨感染学组委员等。获军队科技进步二等奖1项,三等奖2项,国家专利16项,发表论文60余篇。

参考文献:

GautierBeckersR.MichaelMeneghiniMichael T.Hirschmannetal.en Flaws of Systematic Mechanical Alignment Total Knee Arthroplasty.TheJournal of Arthroplasty39 (2024) 591-599


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