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【关键词】 全膝置换
随着假体设计和手术技术的不断进步，全膝置换的适应证不断扩大；与此同时，患者对全膝置换术后假体寿命的期望值也越来越高。近年来，为了达到这一目的，尤其是为了满足一些年轻患者的需求，研发了旋转平台型全膝置换设计（rotatingplatform total knee replacement designs），本文就其临床研究进展，综述如下。
1 全膝关节假体设计的类型
目前，临床应用的全膝关节假体主要分为固定平台型假体（fixedbearing total knee arthroplasty）和活动平台型假体（mobilebearing total knee arthroplasty）。前者属于全髁型假体，胫骨平台金属板上的聚乙烯衬垫与金属板固定，不能活动；后者胫骨平台金属板上的聚乙烯衬垫与金属板不固定，衬垫可以在金属板上自由滑动和旋转活动，又包括半月板平台型（meniscalbearing total knee arthroplasty）假体、前后滑动平台型（anteroposterior glidingbearing total knee arthroplasty）假体和旋转平台型假体。半月板平台型假体的聚乙烯衬垫只能在前后方向滑动；旋转平台型假体的聚乙烯衬垫只能围绕位于中央的垂直轴旋转〔1〕;前后滑动平台型假体则能将前后滑动和旋转整合在一起，但由于研发时间不长，临床尚未广泛使用。目前临床应用并报告最多的是旋转平台型假体。
2 固定平台型假体存在的问题
全膝置换设计中应用最为普遍的是固定平台型假体。长期随访结果表明，术后10～15年的存活率（survival rates）已经超过90％〔2〕，临床疗效较为满意。然而，近年研究发现，聚乙烯磨损和骨溶解已经成为固定平台型假体术后中、远期失败的主要原因〔3〕，其中假体设计存在的问题是一个重要因素。固定平台型假体是由较厚的股骨金属面和扁平的胫骨聚乙烯衬垫相关节，由于运动时产生较高的接触应力，使全膝置换术后接触应力大于超高分子量的聚乙烯屈服点（yield point），造成假体磨损〔4〕，此外，固定平台型假体并不能模拟正常膝关节的运动学特点，最终导致随着高接触应力的关节表面不同程度的滑动，进一步加重假体磨损〔5〕。为了改善膝关节功能，减小应力和磨损，研究者们开始寻求更为合理的假体设计。
3 旋转平台型假体的运动学分析
旋转平台型假体与股骨、髌骨和胫骨关节面几何形状的匹配程度明显高于固定平台型假体，行走过程中这些关节面可以良好接触。在既定载荷下，聚乙烯接触应力与接触面积成反比，胫骨结构越匹配，接触面积越大，接触应力越小〔6〕。旋转平台型假体设计就是在金属结构的股骨假体和胫骨平台假体之间插入可以旋转的聚乙烯衬垫，以便模拟正常膝关节的运动状态。
与固定平台型假体相比，使用旋转平台型设计可以通过消除在2个不同界面上的多向活动形式，减小横向的剪切应力，最终减轻聚乙烯的磨损〔7〕。接触面积和应力大小分析已经证实，旋转平台型假体的聚乙烯衬垫下界面接触面积较大，且平均接触应力较低，从而，在合并轴向旋转运动可以减少聚乙烯的磨损〔8〕。McEwen等〔9〕用膝关节生理模拟技术研究假体设计、衬垫材料、运动学对离体全膝置换假体磨损的影响，结果也表明在旋转平台型的假体中，多向活动形式被聚乙烯衬垫上下2个界面吸收，可以在关节面间产生更多线性运动，进而与多向固定平台型假体相比，聚乙烯磨损减轻。
固定平台型假体，所有的旋转、平移和屈伸活动都在单一的股骨关节面上进行。Komistek等〔10〕用视频X线透视分析旋转平台型假体的活动形式、大小并进行了长期随访，发现随着时间的推移，并没有因为软组织瘢痕化和包裹活动衬垫而限制了聚乙烯衬垫的活动。股骨关节面和聚乙烯衬垫之间的活动很小，表明聚乙烯衬垫最初是和股骨关节面结合在一起旋转的，因此，在旋转平台型设计中，轴向旋转主要发生在聚乙烯衬垫的下方。因此，这种设计可以使关节面之间的多向活动从而减轻聚乙烯衬垫的磨损率。而在固定平台型设计中，所有的旋转、平移和屈伸活动都在单一的股骨关节面上进行。在旋转平台型设计中，胫骨平台和聚乙烯衬垫之间界面设计为单纯旋转活动形式。由于旋转活动发生在聚乙烯衬垫的下方，股骨关节面与聚乙烯衬垫之间最初只是经受屈伸运动。
许多在体和离体运动学分析证实，正常膝关节在屈曲时存在股骨和胫骨间的轴向旋转〔11〕。膝关节屈曲时，胫骨相对于股骨内旋；相反，伸直时，胫骨相对股骨外旋。Dennis等〔12〕用X线透视检查法进行多中心协作，研究了股骨和胫骨的轴向旋转形式。与正常膝关节行走和极度屈曲活动比较，固定平台型组和活动平台型组的平均旋转值均减小，正常轴向旋转形式出现几率减少。2组在轴向旋转的大小或形式并没有明显的统计学差异。虽然全膝置换后平均轴向旋转值有限，但都超过了大多数固定平台型的旋转极限，这或许就是旋转平台型假体设计的优势所在，即可以提供较大范围的轴向旋转而不至于对聚乙烯衬垫产生过高的应力。
旋转平台型假体与半月板平台型假体相比，后者需要前后交叉韧带维持膝关节的稳定性才能产生类似正常膝关节的前后滑动；如果没有前交叉韧带，容易发生聚乙烯衬垫脱位〔13〕。在旋转平台型假体的设计中，股骨髁金属面和聚乙烯衬垫高度一致，确保膝关节的前后稳定性〔14〕，可以作为一种替代后交叉韧带的设计〔15〕。
旋转平台型假体与前后滑动平台型假体的比较，文献报道较少。有研究表明，前后滑动平台型假体的磨损比旋转平台型假体明显增大〔16〕。Pooley和Tabor〔17〕证实当高密度聚乙烯经受单向滑动时，其分子有沿滑动方向排列的倾向，可以降低摩擦系数，减小材料的磨损。由于单一旋转运动比旋转和前后滑动的复合运动的摩擦系数要低，聚乙烯磨损相对较低。旋转平台型和前后滑动平台型的在体运动学分析表明，尽管2种平台的运动形式有所不同，但并没有统计学意义。旋转平台型组前后滑动较小但轴向旋转较大，运动形式变化较少；前后滑动平台型组则表现为股骨旋转和平移，并存在多种运动形式〔18〕。
旋转平台型全膝置换在运动学方面也还有许多问题有待解决，如是否一定需要达到假体与关节充分匹配，或是否假体一定需要与步态相协调。步态分析已经证实，全膝置换的假体与关节的充分匹配（congruence）仅仅在正常步态最初15°时是必需的。大多数步态协调性旋转平台型假体设计可以提供满意的载荷面积和接触应力。充分匹配的假体设计只是在特定的活动比如从起立或上下楼梯时才显示一定优势〔16〕。
4 旋转平台型全膝置换的临床研究
Buechel等〔19〕对233例骨水泥型和非骨水泥型LCS旋转平台型全膝置换术后20年随访证实其存活率良好，其结果类似于甚至优于固定平台型全膝置换。旋转平台型假体中，骨水泥型20年存活率为97.7％，非骨水泥型18年存活率为98.3％。Sorrells等〔20〕报道528例非骨水泥型LCS旋转平台型全膝置换术后12年存活率为89.5％，翻修率5.5%，结果和骨水泥型相似〔21〕，优于文献报道的非骨水泥型固定平台型假体的25％甚至更高的翻修率〔22〕。Callaghan报道了119例骨水泥型旋转平台型全膝置换15年随访，没有因松动、骨溶解或磨损而进行翻修手术的病例，骨临床和影像学结果均满意〔23〕。而半月板平台型假体也较旋转平台型假体差，其支撑部分脱位率占患者中1.3%～9.3％〔9〕。
有一些研究者认为旋转平台型和固定平台型假体的临床结果相似，其优势仍需进一步评价。同一患者分别用旋转平台型和前后滑动平台型假体进行双膝置换，临床和影像学分析表明，2种假体有相似的满意效果〔24〕。在同一患者体内行固定平台型和旋转平台型全膝置换手术后随访，发现膝关节活动范围、疼痛、膝关节协会评分以及整体满意度也没有明显区别〔25〕。
虽然这些结果表明，经过中期随访，最初担心的衬垫不稳、聚乙烯磨损增加、骨溶解以及继发于移植物相合性增加的松动等问题在临床并不多见，但仍有一些学者对旋转平台型全膝置换的应用前景并不持肯定态度。Huang等〔26〕报道了5例旋转平台型全膝置换发生了聚乙烯衬垫侧方脱位，认为旋转平台型假体的旋转角度没有制约可能是造成侧方脱位的原因。由于金属关节面和聚乙烯衬垫直接接触，聚乙烯衬垫磨损很难避免。旋转平台型全膝关节置换后半脱位和脱位的危险性值得关注，可能需要早期翻修〔27〕。Woolson和 Northrop〔28〕在早期随访的病例中，固定平台型和旋转平台型全膝关节置换组在临床和影像学上没有明显差别。然而，旋转平台型组患者早期进行翻修手术的相对较多。Pagnano等〔29〕的前瞻性、随机化研究证实，术后3个月～1年期间，旋转平台型与后方稳定的固定平台型全膝置换相比，并不能有效减少膝关节外侧支持带松弛、髌骨倾斜或半脱位的发生，不能增加膝关节屈曲功能。
由于固定平台型全膝置换翻修术的疗效不如初次置换手术理想，主要原因为固定失败、聚乙烯磨损和股胫关节及髌骨不稳等。目前已经开始在一些复杂的翻修术中使用活动平台型假体。Jones和Barrack等〔30〕首先报道了30例旋转平台型假体用于全膝置换翻修术，平均随访49个月，没有发现由于干骺端外壳骨改建所致的假体松动。Barden等〔31〕使用旋转平台型假体翻修20例。平均随访5.3年，95％患者影像学证实假体固定可靠，原松质骨植骨均显示有骨小梁重建，所有结构植骨与宿主骨结合良好。术后髌骨对线均正常，未发现明显并发症。旋转平台型假体松动率低且髌股关节并发症少，可以减轻接触应力，另外由于伸肌结构自身协调作用还可以改善髌骨轨迹。
5 小 结
旋转平台型全膝关节假体相对于固定平台型假体而言，假体之间的匹配效果更好，并可以增加关节活动范围，理论上有助于改善关节功能，减轻接触应力和假体磨损。但目前的临床研究对其实际应用效果评价不一，旋转平台型假体的优越性还需要长期的临床随访研究来证实。
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作者单位：上海交大医学院附属仁济医院骨科，上海市东方路1630号 200127