全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后腕關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究進展

張悅， 蔡興博， 張必歡， 王斌， 徐永清，*

1.昆明醫(yī)科大學(xué)，昆明 650000； 2. 中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九二〇醫(yī)院骨科，昆明 650032

1 人工腕關(guān)節(jié)發(fā)展概述

第1 代人工腕關(guān)節(jié)Swanson 是由德國醫(yī)生Gluck 采用象牙和硅膠制作成的鉸鏈?zhǔn)郊袤w，其設(shè)計不符合腕關(guān)節(jié)生物力學(xué)機制，且硅膠容易老化、破損[1～4]。繼而出現(xiàn)第2 代假體，包括Volz 假體和Meuli 假體，為非鉸鏈?zhǔn)絒5,6]，假體遠、近端柄狀物以髓內(nèi)插銷的方式嵌插于掌骨與橈骨髓腔中，近端假體與橈骨形成關(guān)節(jié)窩，遠端假體的弧面與近端關(guān)節(jié)窩形成關(guān)節(jié)，可進行屈伸與輕微尺橈偏活動[7]。第2 代假體比第1 代假體更加符合人體關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，但其生物力學(xué)缺陷導(dǎo)致術(shù)后容易出現(xiàn)關(guān)節(jié)脫位、假體變形等。第3 代假體包括Trispherical 假體，Biaxial 假體以及MWPⅢ型假體[6]，其安放位置采取關(guān)節(jié)面橈偏，可恢復(fù)橈腕關(guān)節(jié)的尺偏角與掌傾角，更接近生理解剖結(jié)構(gòu)，使術(shù)后腕關(guān)節(jié)更接近正常活動中心[7]，較為符合腕關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性；但遠期并發(fā)癥如假體松動以及下沉等難以避免[8,9]。第4 代假體在材料和固定方式上有所改進，假體表面增加了多孔涂層，以便于骨長入，采用非骨水泥固定[10～12]；主要包括Universal 系列假體（Ⅰ、Ⅱ型）、RE-MOTION 假體和Maestro 假體。第4 代假體的中期隨訪效果明顯優(yōu)于前幾代，但仍存在假體松動、下沉、斷裂、脫位等并發(fā)癥，尚缺乏遠期隨訪結(jié)果[13]。為使TWA 更加廣泛地應(yīng)用于臨床，需繼續(xù)改進生物力學(xué)特性，提高TWA 術(shù)后中遠期效果，為腕關(guān)節(jié)炎外科治療提供更多的選擇。本文主要對近年TWA 術(shù)式的文獻進行綜述，以期為TWA 假體的創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

2 腕關(guān)節(jié)置換術(shù)生物力學(xué)分析

2.1 全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后活動度

以往為改善病變腕關(guān)節(jié)的功能，多選擇腕關(guān)節(jié)融合術(shù)，但術(shù)后腕關(guān)節(jié)活動受限。隨著患者對腕關(guān)節(jié)活動度要求提高，TWA 成為外科治療的選擇之一。正常腕關(guān)節(jié)的活動度為：尺偏36°、橈偏22°、掌屈76°及背伸75°[14,15]，Ryu 等[16]指出，腕關(guān)節(jié)尺偏28°、橈偏12°、掌屈40°及背伸40°即可滿足日常生活需要。Yeoh 等[9]以Palmer 和Werner 于1984 年提出的腕關(guān)節(jié)活動范圍作為參照，回顧7 篇關(guān)于全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后腕關(guān)節(jié)活動度的文章，這些文章結(jié)論不一。與術(shù)前相比，全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后的活動范圍得到保留（表1）。有研究將ReMotion、Maestro兩種假體的活動范圍進行對比分析，兩者在腕關(guān)節(jié)掌屈-背伸、尺偏-橈偏、旋前-旋后的活動度無顯著差異[17]。Schmidt[12]對一位患者進行Maestro 全腕置換術(shù)，術(shù)后5 年隨訪，背伸從術(shù)前的20°改善到30°、尺偏從20°改善到28°、橈偏從10°改善到16°。掌屈30°不變，旋后從30°改善到80°，旋前從20°改善到80°。由此得出，Maestro 假體用于關(guān)節(jié)置換術(shù)的活動度是有明顯改善的。Badge 等[10]對85 例采用Universal Ⅱ的TWA 患者進行研究，平均隨訪53 個月后，臨床評估活動范圍較術(shù)前有所改善。從上述可得出，TWA 的第3、4 代假體對患病腕關(guān)節(jié)的活動度有所恢復(fù)，第1、2 代假體的活動度尚無遠期隨訪結(jié)果。Reigstad 等[18]回顧56 例全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)患者隨訪平均8 年結(jié)果，活動度較術(shù)前有明顯改善。

2.2 全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后旋轉(zhuǎn)中心/接觸中心

旋轉(zhuǎn)中心（center of rotation，COR）位于腕關(guān)節(jié)承重面的曲率中心（純屈伸時為小曲率中心，純尺橈偏移時為大曲率中心）[19,20]（表2）。健康的腕關(guān)節(jié)掌屈-背伸時，旋轉(zhuǎn)中心位于頭狀骨近端；尺偏-橈偏時，旋轉(zhuǎn)中心向遠端偏離5～10 mm[21～24]。進行TWA 后，TWA 腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心與健康的相比存在差異。Akhbari 等[19]將6 例TWA（Freedom 假體）患者和10 例健康受試者的腕關(guān)節(jié)進行不同方向活動的對比，TWA 腕關(guān)節(jié)在掌屈-背伸、尺偏-橈偏運動時，旋轉(zhuǎn)中心位于假體橢圓球的曲率中心，TWA 的旋轉(zhuǎn)中心移動范圍（17.1 mm）大約是健康腕關(guān)節(jié)的2 倍（7.2 mm）。

腕關(guān)節(jié)假體的接觸中心（center of contact，COC）主要局限于腕關(guān)節(jié)組件的凸面橈側(cè)和橈關(guān)節(jié)組件的凹面尺側(cè)[25]。了解假體的接觸模式，可以清楚關(guān)節(jié)接觸面的應(yīng)力分布，提高關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性以及耐磨性。目前對COR 的研究較少。Akhbari等[25]對Freedom 假體的研究表明，在腕關(guān)節(jié)中立位時，TWA 的接觸中心在腕關(guān)節(jié)橈側(cè)組件的尺側(cè)和背側(cè)。腕關(guān)節(jié)從完全伸直到完全屈曲的過程中，COC 在腕部組件從背側(cè)向掌側(cè)和從橈側(cè)向尺側(cè)移動；腕關(guān)節(jié)從完全尺偏到橈偏的過程中，COC在橈側(cè)組件上是從掌側(cè)向背側(cè)和尺側(cè)向橈側(cè)移動的。他們的發(fā)現(xiàn)與之前Grosland 等[26]的有限元分析預(yù)測是一致的。Steinbrück 等[27]對7 例冰凍尸體進行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，結(jié)果表明全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后髕骨壓力分布有明顯改變，這是導(dǎo)致全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)并發(fā)癥的主要原因之一。因此，減小關(guān)節(jié)置換術(shù)后關(guān)節(jié)面的壓力分布有利于提高關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性以及持久性。全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后髖關(guān)節(jié)COR 的改變會影響承重腿的體重以及肌張力，任何異常的改變會造成骨盆失衡，從而造成關(guān)節(jié)置換術(shù)失敗[28]。由此推測，腕關(guān)節(jié)假體COR 的改變亦會導(dǎo)致腕關(guān)節(jié)失衡，從而引起腕關(guān)節(jié)穩(wěn)定性減弱，重建正常腕關(guān)節(jié)COR 很有必要。研究證明，被置換的關(guān)節(jié)對健康關(guān)節(jié)活動功能的復(fù)刻是關(guān)節(jié)置換術(shù)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)[28～32]。迄今為止，TWA 能否還原健康腕關(guān)節(jié)的運動功能還存在爭議。

2.3 全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)后腕關(guān)節(jié)抗疲勞性能

疲勞實驗指在實驗操作臺上對安裝假體的上肢進行頻率1 Hz、20～200 N 正弦波形拉伸載荷運動，在對其施加3000 次以上載荷時，假體會出現(xiàn)松動[33,34]。相當(dāng)于模擬人正常腕關(guān)節(jié)的掌屈-背伸，尺偏-橈偏運動。長期日常活動后，假體是否出現(xiàn)松動是需要考慮的問題之一。TWA 術(shù)后遠期會發(fā)生腕關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，如假體組件脫位或松動等并發(fā)癥，導(dǎo)致手術(shù)失敗[35]。對TWA 前后的腕關(guān)節(jié)進行X 線掃描，TWA 假體在近期或遠期均會出現(xiàn)假體組件松動的情況[18,36]。回顧405 個TWA病例，平均隨訪2.3～7.3 年，Biaxial 假體松動發(fā)生率達69%，而Remotion、Universal Ⅱ及Maestro 這些第4 代假體松動發(fā)生率分別為30%、0 和0[9]。Nydick 等[37]回顧23 例TWA（Maestro 假體），在平均28 個月的隨訪中未發(fā)現(xiàn)假體松動，可能因為第4代假體改進了材料以及固定方式，因此增強了假體的遠期穩(wěn)定性。

3 總結(jié)與展望

全腕關(guān)節(jié)置換術(shù)可減輕患者疼痛，并獲得一定的主動活動度，提高生活質(zhì)量[38,39]。但對第3、4 代假體的遠期隨訪結(jié)果表明仍存在少量假體松動、下沉等問題。在TWA 的臨床應(yīng)用中，不斷有學(xué)者提出相關(guān)改進意見，如假體組件的固定方式、橢圓形的關(guān)節(jié)以及是否截骨等[40]。為提高TWA 術(shù)后患者的生活質(zhì)量，延長假體的使用期限，需要進一步研究改進假體松動、下沉等問題。

目前行TWA 手術(shù)的多為類風(fēng)濕性腕關(guān)節(jié)炎、退行性腕關(guān)節(jié)炎晚期患者，多存在疼痛癥狀，且腕關(guān)節(jié)活動明顯受限。研究表明，TWA 對術(shù)后腕關(guān)節(jié)的活動度、旋轉(zhuǎn)中心等具有恢復(fù)作用，人工腕關(guān)節(jié)可一定程度還原其腕關(guān)節(jié)功能，但活動度及穩(wěn)定性尚不及正常腕關(guān)節(jié)。傳統(tǒng)的腕關(guān)節(jié)置換術(shù)通常會限制手腕在一個平面上移動，給周圍的關(guān)節(jié)帶來壓力。由Scott Wolfe 和Joseph J. Crisco III 設(shè)計的Kinemat X 全腕關(guān)節(jié)假體，能夠同時左右和上下移動，使患者恢復(fù)更廣泛的運動范圍，如投擲球，錘釘子或倒水杯等。該假體已獲美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)，可為全腕關(guān)節(jié)假體設(shè)計提供新思路。