第一章　部分膝关节置换的历史与展望

膝关节单髁置换术（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）从理念、假体结构、形态、材料及操作器械到对膝骨关节炎病理类型的认识、手术指征、疗效及UKA的普遍性方面，都发生了深刻的变化。目前，在人工膝关节置换术中，全膝关节成形术（total knee arthroplasty，TKA）仍然占据主导地位，但是，近几年来，UKA已显示出比TKA快得多的发展速度。

骨关节炎是中老年膝关节疼痛及功能障碍中最主要的原因，也是人工膝关节置换术的主要适应证。在人工关节置换术的早期，有两个手术成为日后经典UKA的雏形。一个是治疗膝关节双侧间室病变的膝关节双间室关节置换术，该手术应用的是两个非连接的单间室假体，其向两方面演变，一方面演变为日后经典的TKA，另一方面演变为日后经典的UKA。另一个是治疗膝关节单间室病变的单间室半关节置换术，该手术应用的是膝关节间隔器（interpositional devices，iPDs）。在人工膝关节成形术的初期，就已注意到膝关节骨关节炎通常局限于单间室。基于这一认识，Mckeever设计了可放置在股胫间室的金属假体（即金属间隔器）治疗膝关节单间室病变。这一金属间隔器，一方面是日后经典UKA假体的前身，另一方面，发展为一类与全膝关节置换假体、单间室膝关节置换假体并行的治疗膝关节骨关节炎的半关节置换假体-新型膝关节间隔器。

在20世纪50年代，Mckeever提出了膝关节单间室关节的一侧置换（即半关节置换）的理论。紧接着，Mckeever和MacIntosh介绍了一款仅进行单间室中胫骨平台表面置换的金属胫骨假体。Mckeever和MacIntosh设计的该款假体提供了半关节置换术的知识和临床基础。

间隔器的概念有更长的历史，它的起源历史几乎有150年，首先由Verneuil提出，也就是在胫骨股骨间室放置间隔物，减少磨损防止粘连。经过许多年，尝试过使用不同材料，从1918年铬处理的猪膀胱到1940年的钴铬钼合金。1960年McKeever设计了可放置在股胫间室的金属假体，它被固定于胫骨平台。MacIntosh不久后改良了设计，20世纪50~60年代，Mckeever和MacIntosh将金属半关节置换引入骨科实践。两种假体固定的方式不同。McKeever假体配有一个龙骨脊，插入到胫骨可用来提供机械固定。相比之下，MacIntosh假体是平放在胫骨平台上，依靠侧副韧带的牵张来维持稳定，没有额外的固定。假体顶部具有圆形的边缘，下表面是具有多齿的平面以保证匹配和稳定。正如MacIntosh和Hanter所描述的，“半关节置换术是通过植入合适大小和厚度的胫骨平台假体重建磨损的关节，恢复膝的正常稳定性，缓解疼痛，改善功能和步态，并矫正内翻和外翻畸形。尽管站立时存在内外翻畸形，但侧副韧带通常保持其长度，通过放入足够厚度的假体，可以矫正畸形，保持稳定并撑开松弛的侧副韧带。”

以上两种假体早期的经验报告不乏令人满意的结果，但是一直伴随着高并发症率和难以接受的较差的关节功能。同时，由于TKA的效果越来越突出，做单间室关节置换术的越来越少，在一些国家几乎消失了。随着三间室人工关节置换术的推广，总体观点认为膝关节骨关节炎犹如髋关节，是全关节性疾病，因而需要全关节表面的置换。然而，Ahlback在20世纪60年代所做的纵向研究揭示，单间室骨关节炎并不必然发展到膝关节的其余部分。20世纪70年代及80年代所发表的大量的尸体研究发现，中老年普遍存在膝关节某些部位软骨缺损，这意味着软骨缺损并不必然影响膝关节的功能，挑战了当时认为是常识的“成功的关节成形术需要置换所有关节表面”的观点。

Frank Gunston是一位来自加拿大的访问学者，到髋关节成形术先驱Charnley所在医院英国Wrightington医院学习髋关节成形术，却激起了探求解决膝关节相关问题的兴趣。在学习期间，受髋关节成形术中髋关节假体的启发，设计了一款超高分子量聚乙烯（ultra high molecular weight polyethylene，UHMWPE）膝关节双侧单间室假体。

Gunston膝关节假体为内外侧分开的两部分，各由股骨侧的金属部件和胫骨侧的全厚层UHMWPE组成。股骨侧金属假体为多曲径凸面假体（图1-0-1）。Charnley并没有参与Gunston膝关节假体的设计工作，然而他自己另外设计了一款被称为Load Angel Inlay的膝关节假体。该款假体结构上与Gunston膝关节假体有一定的相似性，Load Angel Inlay假体由凸面的UHMWPE股骨假体和平面的胫骨金属假体组成，在材料结构方面与Gunston膝关节假体恰恰相反。该两款膝关节假体在结构和形态上能够看到现代UKA的影子。但是，由于松动、变形和塑料假体的磨损，并没有得到推广应用。

St Georg和Marmor是现代UKA假体最早的设计者。现代UKA假体与1969年设计的St Georg假体和1972年设计的Marmor假体结构和形态没有本质上的区别。该两款假体由多曲径的金属股骨髁假体与平面（或近似平面）的全厚层聚乙烯胫骨假体构成关节面。两部分假体均采用骨水泥固定。设计的理念是，尽可能恢复股骨髁多曲径的自然结构，以及通过应用非适配型胫骨平台假体避免对膝关节活动的限制。此后各种类型的UKA假体的设计大都遵循这些原则。

由于Marmor在UKA设计和手术技术方面的创新和贡献，他被认为是UKA的教父。在20世纪70年代初期，Marmor设计了一款组配式膝关节假体“Marmor Modular Knee”。该假体接受了表面置换的概念。当初设计的是内外侧间室各用一副假体进行膝关节双侧间室置换。不过在此后的临床实际中，Marmor只进行单侧间室的置换。

Marmor假体为非限制性的，由全厚层嵌入式聚乙烯胫骨假体和单柱窄幅股骨假体组成。1976年报告的随访研究显示，88%的Marmor假体置换者获得了良好的功能和稳定的关节，86.6%的达到了膝关节无痛的临床效果。不过，随后Marmor也注意到了Marmor假体需要改进的一些问题，如偏小胫骨假体的下沉问题，6mm聚乙烯垫由于冷裂和形变所致的磨损和假体松动问题。因此，Marmor随后提出了使用更厚的聚乙烯假体的建议。在20世纪80年代中期，为Marmor假体设计了金属座，以达到消除之前全厚层聚乙烯假体所存在的蠕变和冷裂问题。

虽然做了诸如上述的不少改进，但是UKA聚乙烯假体的磨损问题依然是个基本问题。球面的股骨假体与平面的胫骨假体所组成的关节接触面积很小，接触点压力很高，由此引起的磨损问题和形变问题不可避免。而使用适配度高接触面积大的假体又会因韧带的高约束性而带来新的问题。

1974年，JWG和JJOC两位设计者介绍了一款活动型衬垫的UKA假体，即第一代牛津膝（图1-0-2），由三部分组成：球面股骨金属假体；平面胫骨侧金属座架；介乎前两者之间、安坐于金属座架之上的活动型聚乙烯衬垫。该活动型聚乙烯衬垫有两个不同形状的表面：与胫骨金属座架接触的平面下表面及与球面股骨假体成关节的凹形上表面。该活动型聚乙烯衬垫与上下两个界面都有良好的适配度，高适配度的假体关节有较大的接触面积，避免了先前的球面-平面的点接触所产生的高磨损问题，同时由于衬垫的可活动性，减少的高适配度下韧带的限制性。因而，活动型衬垫-牛津膝解决了Marmor膝中假体关节的适配度与限制性的矛盾问题。

虽然UKA也在不断地发展，但是，由于TKA的快速发展及其带来的高满意度的临床效果，设计者和生产商都将兴趣集中于改善TKA假体及其操作器械。

活动衬垫-牛津膝虽然改善了Marmor膝的磨损问题，但是，活动衬垫的脱位问题随之而来，且假体的松动是依然有待解决的问题。早期，虽然很少有关于UKA与TKA的临床效果及累积生存率的对比研究，但是根据注册中心的数据，UKA的失败率比TKA要高得多，几乎到了不可接受的程度。据英国国家关节注册中心及威尔士关节注册中心数据，术后8年UKA的返修率较TKA高达2.4倍。在20世纪70年代和80年代，有两个重要的因素严重影响和阻碍了UKA的传播普及。因素之一是，有较多的UKA不得不翻修为TKA。因素之二是，Marmor与Richards Manufacturing Co.之间无休止的争执。

在1970—1972年，后来被誉为UKA之父的Marmor，作为骨外科医生与Richards公司合作，开发了一款被称为Marmor Modular Knee的组配式人工膝关节假体。在1973年期间，由于工程师的错误，Richards公司生产出来的终端中号金属假体在尺寸上比起初设计的大，因此，其尺寸要大于中号模板和中号假体试模的尺寸。因而，应用该模板和试模准备的骨面大小与植入的金属假体大小不符合，两者不能较好匹配。这个明显的失误及关于该问题的争执，因Marmor及Richards公司在1975年致骨科学会的公告信而变得公开化，Marmor膝的许多用户担心“医疗纠纷”而放弃了该手术，以免法律问题的纠缠。该事件放慢了UKA的临床评估达10年之久。另外，与Zimmer公司的专利之争及与Richards公司的合约纠纷进一步消弭了该款人工膝关节假体早期成功的光芒，并严重阻碍了UKA在随后许多年里的传播。

在20世纪80年代末90年代初，人们对UKA的兴趣逐渐降低。彼时，对UKA手术指征的限制普遍非常严格，这也限制了UKA的开展。Insall提供的数据认为只有6%的膝关节符合UKA的标准，因而人们更倾向于选择TKA手术。

尽管在UKA应用的早期存在诸多的问题及并不理想的临床效果，但是，UKA的许多优点注定该有其应有的地位。UKA置换术后关节功能比TKA置换术后更好，几乎接近正常，尤其是有上下楼梯活动的需求时，UKA完整地保留的生物力学结构能更好地满足这一需求。

毕竟，手术的安全性是最基本的考虑。在减少死亡率和系统性疾病的罹患率方面，UKA有很强的优势。在年龄匹配的有关UKA与TKA的大数据对比分析中，UKA住院时间更短，1年内再入院率更低，心肌梗死、中风、血栓栓塞及深部感染的发生率更低，约为TKA的一半。死亡率更低，在术后前30天死亡率为TKA的1/4，甚至在术后8年，死亡率仍低13%。即便考虑到更高的翻修率，UKA也比TKA有更高的性价比。由Willis-Owen等进行的大宗病例研究显示，每膝UKA的费用较TKA节省约1761欧元。

UKA的翻修较TKA更容易，只需要简单地转换成TKA手术即可。UKA的结果要好于TKA的翻修，几乎与初次TKA相当，因此UKA的翻修门槛更低，稍有问题更容易寻求用TKA来解决，这也是UKA翻修率较高的原因之一。因而，UKA的高翻修率可以理解为UKA更容易做，这可以从另一角度认为是UKA的优势。

UKA病人的主观感受比TKA病人的更好。因为UKA保留了更正常的膝关节生物力学结构。在UKA，胫骨的旋转和股骨的后滚更接近正常解剖，UKA仅仅破坏了1/3的关节表面，更少破坏固有的自然结构，交叉韧带得以完整保留，相邻间室的半月板依然存在。

上述UKA的种种优势奠定了UKA必然兴起的基础，又恰逢微创外科成为潮流和外科的发展方向，以创口小、损伤轻为特点的UKA契合了这一外科发展的大趋势，满足人们追求微创手术的需求。并且，为了追求更好的微创手术效果，医生和工程师们热衷于UKA假体及其操作器械的改进。随着UKA产品的改善，UKA的疗效也不断地得到改善，这使得UKA越来越受到青睐。近10几年来，UKA得到了快速发展。

在不断改进的UKA产品中，牛津膝（Oxford UKA）是比较有代表性的一种。自从1974年首代OUKA被首次介绍以来，OUKA产品得到了持续的改进。目前，第三代OUKA产品被广泛应用。

于1974年开始被应用，其结构特点为球面金属股骨假体、平面金属胫骨假体和活动型聚乙烯衬垫。活动型衬垫下面为平面，上面为球凹面，在全程运动范围，与股骨和胫骨金属假体的上下两个界面完全匹配，既不约束膝关节的运动从而最小化假体松动的风险，界面的充分匹配又可最大化减少衬垫的磨损。这些特征直到现在都未改变（见图1-0-2）。

在1987年首次被介绍应用于UKA，其股骨假体有较大的改进。股骨假体的非关节面，其后部为平面，下部为球凹面，其相对应的骨床的准备由特制的骨磨挫与可调节的磨挫轴栓来完成（图1-0-3、图1-0-4）。

于1998年开始应用于临床，其假体的特征性改进在于适应了微创手术的要求，无需采用第一、二代假体植入所应用的脱位髌骨的开放入路。其股骨侧假体不像第一、二代只有单一尺寸，而是有5个可供选择的梯度尺码。其胫骨侧假体区分左右侧，代替了第一、二代的左右通用假体。其衬垫做了防撞击的修改（图1-0-5）。为配合微创手术的需要，操作器械也做了相应的改进。

在2004年，在第三代牛津膝假体的基础上，对假体进行了无骨水泥化的改进，假体表面作了多孔钛和羟基磷灰石涂层处理，股骨假体由原来的单柱改为双柱。由于双柱非骨水泥假体显示较好的结果，随后双柱骨水泥假体也得到了应用。

在2012年，被称为Microplasty的操作器械被推广使用。该器械有三个特点：使胫骨截骨厚度更准确；有利于股骨假体正确定位；增加了防撞击机制。这使手术达到更可靠的结果。

外侧UKA的突出问题是高脱位率，其脱位率可高达10%。主要原因是，在屈曲位外侧副韧带是松弛的。针对该问题的对策之一，是衬垫设计成双凹面，外侧胫骨平台的骨床修理成凸形穹顶状；另一对策是使用固定型衬垫，如在2003年被推广使用的Vanguard M假体。

牛津膝假体的演变具有一定的代表性，总体来讲，改进的方向是使UKA术更加精准化、个性化和微创化。导航技术、机器人手术及3D打印技术的应用，将可使UKA手术更具精准化、个性化和微创化。

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