人工全踝关节置换术的临床应用探讨

大多数矫形外科医生都能良好评估和治疗终末期髋或膝关节骨性关节炎患者，而踝关节骨性关节炎患者对他们而言却是个很大的挑战，因而踝关节融合术一直被认为是治疗终末期踝关节骨性关节炎的金标准，但是长期随访显示其存在着临近关节退变和步态改变等并发症[1-2]。早期人工全踝关节系统因为骨水泥技术或者高限制性的设计，失败率较高，但随着假体设计和手术技术的改善，人工全踝关节置换术已经成为治疗踝关节骨关节炎的另一种可行性选择。

一、踝关节的解剖与生物力学

踝关节也称胫距关节，由胫骨、腓骨下端关节面与距骨滑车构成，是高度适配的联动关节，其稳定性是由骨组织、韧带、关节囊和横跨关节的肌腱和肌肉共同维持。踝关节属滑车关节，可沿通过横贯距骨体的冠状轴做背屈及跖屈运动。足尖向上，足与小腿间的角度小于90°叫背屈；反之足尖向下，足与小腿间的角度大于直角叫做跖屈。由于距骨解剖前宽后窄，当踝关节背屈时，较宽的前部进入踝穴内，关节稳定；而在跖屈时，踝关节相对松弛且能作侧方和旋转运动。此外，因为踝关节的倾斜，踝关节在背伸时外旋6°而在跖屈时内旋1°[3]。Kimizuka等[4]在尸体研究中发现，踝关节的平均活动范围为背伸14.7°，跖屈28.2°，内翻14.7°，外翻5°。

相比于下肢其它负重关节，踝关节的负重明显大于髋关节和膝关节。研究[4]发现500N的负重下，膝关节的负重面积为1200mm²，髋关节为1100mm²，而踝关节仅为500mm²。Wyss等[5]发现正常行走时膝关节承受的负重是体重的3倍，而踝关节承受的负重是体重的5.5倍。在正常行走时踝关节将承受4~7倍体重的垂直应力，承受最高达80%体重的剪式应力。

二、人工全踝关节置换术的历史回顾

1970年，法国医生Lord[6]第一次报道了人工全踝关节置换术，假体为水泥型高限制性的设计，伴有较长的胫骨端，10年随访25例患者中，有12例失败。高失败率导致此技术最终被人工踝关节融合术所取代[7]。自从Freeman[8]的最初报道以后，陆续出现了20多种全踝关节置换系统，设计也有类似的缺陷，需要切除胫骨和距骨的骨量过多。忽略软组织平衡的重要性以及手术器械的落后是其手术失败的原因。

第一代人工全踝关节由两个组件组成，聚乙烯胫骨组件和金属（通常是钴铬合金）距骨组件，有些设计为金属胫骨组件和聚乙烯距骨组件。无论是限制性或者非限制性的设计，失败率都很高。限制性的假体设计无法分散因旋转轴持续变化而产生的旋转应力而导致假体的松动，非限制性假体设计的稳定性主要依靠周围软组织的支持，其内在的不稳定易引起假体的松动[9]。骨水泥技术的限制和早期假体周围骨量迅速丢失是第一代假体失败的主要原因[10]，代表性的假体有Mayo[11]、Newton[12]等。

第二代人工全踝关节产生于20世纪80年代，典型的代表有AgilityTM、Saltlo-Talaris、INBONETM、Eclipse等。第二代假体主要是非骨水泥半限制性假体，包括胫骨组件、距骨组件和聚乙烯衬垫，一般也为两套件设计，聚乙烯衬垫多固定在胫骨组件或距骨组件上。多孔或羟基磷灰石表面涂层设计的生物学固定的应用，有利于假体和截骨面之间骨质的长入。

Alvine[13]首先发明了Agility™人工全踝关节系统，1984年首先在美国使用，两部分组件为钴铬合金多孔涂层的距骨组件和固定聚乙烯衬垫的钛合金胫骨组件。典型的临床特点是需要固定融合下胫腓关节，腓骨分担一部分负荷，增大了胫骨假体与截骨面的接触面积，减小了胫骨组件的下沉率。其距骨组件相对矮小，为半限制的设计，允许其在聚乙烯表面做内外侧的运动。其胫骨组件有22°的外旋，复制了踝关节背伸时的自然外旋位置。Alvine[14]对1985~2004年的132例Agility™人工全踝关节置换患者进行随访，平均随访时间7.2年，其中73%患者踝关节疼痛完全消失，94%患者疼痛明显减轻，92%患者效果满意，97%患者愿意将此手术推荐给朋友；此外，有14例患者失败，其中7例行踝关节融合术，7例行踝关节翻修术。Kopp等[15]对40例Agility™人工全踝关节置换患者随访44.5个月，60%为骨关节炎，20%为类风湿性关节炎，其中97%患者效果满意。Spirt等[16]对306例Agility™人工全踝关节置换患者随访5年，发现年龄与手术满意度明显相关，>54岁患者满意度为89%，<54岁患者满意度为74%。

第三代人工全踝关节假体设计主要包含三个组件，胫骨组件、距骨组件和独立可活动的聚乙烯衬垫。第三代人工全踝关节更注重软组织的平衡，利用关节周围的韧带来维持关节的稳定性。独立的聚乙烯衬垫可以在上下两个接触面上自由活动，胫骨和距骨组件为合金材料、多孔或羟基磷灰石表面涂层设计的非骨水泥固定方式。典型的代表为STAR（Link）、Mobility（DePuy）、Salto-Talaris、BOX、HINTEGRA、Buechel-Pappas等。

STAR人工全踝关节系统发明于1978年，1981年用于临床，2009年获得美国FDA批准[17]，成为在美国使用的唯一一个活动平台型人工全踝关节系统[18]。其独立的聚乙烯衬垫可以在上下两个界面自由活动，上部界面较平坦，允许内旋和外旋，还可以前后以及内外方向上平移运动。下部界面为圆筒形，允许背伸和跖屈运动。两个界面运动组合使得运动轴在运动中不断的变换，理论上减少了骨与假体界面的剪切应力，保证了假体的长期稳定[19]。Kofoed[20]随访了25例STAR人工全踝关节置换患者，成功率为95.4%。Valderrabano等[21]对68例STAR人工全踝关节置换患者平均随访3.7年，有13%的患者进行了翻修手术。Kofoed和Lundberg-Jensen[22]对两组SATR人工全踝关节置换患者进行对比发现，30例<50岁患者和70例>50岁患者的临床效果无显著性差异。Wood等[23]对200例STAR人工全踝关节置换患者进行随访，其5年成功率为93.3%，10年成功率为80.3%，而踝关节内翻或外翻超过15°的患者早期失败率较高，并建议不要行人工全踝关节置换术。

目前临床上正在使用的人工全踝关节假体主要包括两大类型，即固定平台的两部分假体和活动平台的三部分假体，美国因FDA的限制，主要使用的是固定平台假体；而欧洲人工全踝关节假体的“金标准”为活动平台假体，上述假体固定方式的“金标准”均为非骨水泥的生物固定方式。目前比较常用的假体有始于1981年在欧洲、美国、新西兰使用的STAR型假体，始于1989年在美国、欧洲使用的Buechel-Pappas型假体，以及始于2000年在瑞典、加拿大、南美使用的HINTEGRA型假体，它们均为活动平台的三部分假体，也都是生物固定方式，设计上有各自的特点[24]。

在欧洲特别是瑞典，Buechel-Pappas型假体的使用率逐年增高，2003年占到了人工全踝关节手术量的50%，2004和2005年占到了2/3。而STAR关节的使用率逐渐下降，1993~2001年瑞典几乎所有人工全踝关节都是STAR，而2005年降到了30%[25]。Buechel-Pappas型假体设计的最大特点其侧方的设计允许踝关节进行内外翻运动，避免了聚乙烯衬垫的边缘负重，从而较少了关节的磨损率[14]。所有人工全踝关节假体设计都需要超过10年以上的长期随访来验证其有效性。

三、人工全踝关节置换术的适应证、适应人群及禁忌证

目前的文献还没有明确指出人工全踝关节置换术的适应证，但已提倡对终末期的胫距关节炎患者行人工全踝关节置换术[26]。目前较为认可的手术适应证有：①原发性骨关节炎；②类风湿性关节炎；③创伤性关节炎；④血友病性关节炎等。其中，适应人群的选择是人工全踝关节手术成功与否的关键所在：①老年患者>60岁；②终末期踝关节骨性关节炎患者；③无肥胖患者（BMI<27）；④低活动量患者均适宜行人工全踝关节置换术[27]。年轻的创伤性关节炎患者效果较差，翻修率相对较高[28]。总之，体重和活动量是重要的指导标准。

而人工全踝关节置换术的绝对禁忌证包括[29]：①活动性感染；②周围血管疾病；③踝关节周围软组织包裹不充分或皮肤条件差；④神经源性关节病（Charcot关节）。其相对禁忌证包括：①年轻活动量多；②既往有感染病史；③下肢严重的对位、对线不良；④显著的踝关节不稳定；⑤明显的骨质疏松；⑥距骨坏死。

四、人工全踝关节置换术与踝关节融合术的对比

目前还没有关于人工全踝关节置换术和踝关节（胫距关节）融合术的前瞻性随机对照研究的临床报道。然而，2009年的一项非随机多中心研究[21]提示，STAR人工全踝关节置换术和踝关节融合术无明显优劣区分。这项研究中患者最少随访24个月，并促使STAR人工全踝关节置换术通过了FDA的批准。其最初的关键性研究包括10个中心158例人工全踝关节置换术患者和5个中心66例踝关节融合术患者，且后续研究涉及了448例人工全踝关节置换术患者。其中，STAR人工全踝关节置换术组患者明显表现出关节功能改善，特别是在畸形、功能和无痛性站立等方面的改善。虽然该组患者也存在较高的并发症，包括神经损伤、骨折、伤口问题占比20.9%，但随着研究的深入和技术的改善，并发症在逐渐减少。

最近的一项荟萃分析涉及了10项人工全踝关节置换术研究和39项踝关节融合术研究，纳入标准为至少10位患者和至少2年以上随访[30]，结果显示人工全踝关节置换术的5年成功率为78%，10年成功率为77%，翻修率为7%，松动下沉占翻修的28%，而1%患者最终接受了膝下截肢。相比较，踝关节融合术患者中不愈合率为10%，翻修率为9%，而5%患者最终接受了膝下截肢。结果显示上述两种治疗方法均能得到满意的治疗效果。

五、结论与展望

尽管许多方面仍不确定，包括适应证、新假体的长期疗效等，但是人工全踝关节置换术已被认为不再逊于踝关节融合术，且有良好的临床效果，使得人工全踝关节置换术在过去10年间已经获得了广泛的认可和接受。但是，骨科医生和患者都应该清醒的认识到，人工全踝关节置换术仍是有较大并发症的高难度手术。人工全踝关节置换术一定要选择好适应证，注意每一位患者的个体化特点，这样才能取得持久性的良好结果。而对于不适合人工全踝关节置换术的患者，踝关节融合术仍然是一个有效的方法。彻底的了解踝关节的解剖、病理解剖和生物力学并仔细的进行术前规划是人工全踝关节置换术成功的关键，人工全踝关节置换术的研究重点是踝关节动态生物力学以及步态的相关研究。目前正在不断的改变假体设计，提高手术技术，不断出现的新假体会使得人工全踝关节置换术有着与膝关节和髋关节置换术一样的广阔前景。

本文作者为天津医科大学总医院骨科张华峰、李稚君，天津医院骨科马信龙。

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