胫骨后倾角在膝关节手术中的临床意义
作者：林晓东、郑沐欣、夏威夷、刘洪亮、许树柴、黄泽鑫
来源：中华创伤骨科杂志, 2019,21(10)
胫骨后倾角（posterior tibial slope, PTS）代表胫骨平台的倾斜角度，是膝关节矢状位形态的重要结构，临床上常被用来评估全膝关节置换术（total knee arthroplasty, TKA）后假体位置是否合适。因其大小影响下肢矢状位力线的位置，进而影响膝关节的稳定性，是左右膝关节手术是否成功的必要因素。但其重要性常被忽略，从而导致不必要的翻修手术。此文的主要目的在于描述PTS的测量方法以及其对膝关节手术的影响，使术者全面了解PTS的临床意义与应用，最终提高手术的成功率。
一、流行病学
文献证明PTS在种族与性别之间存在明显差异[1,2,3,4]。白种人PTS平均为7.7°，黑种人平均为10.2°。性别方面，女性白种人的PTS平均为7.6°，男性白种人平均为6.4°，两者有显著差异[4]。亚洲人PTS较大[1]，平均可达11°[2]。张树栋等[5]研究表明中国人的PTS平均为11.5°。但普遍接受的观点是正常人的PTS平均为7°[6,7]。
二、PTS的测量
PTS被定义为内外侧平台切线和与胫骨解剖轴的垂直线所形成的夹角[8](图1)。获取准确的PTS，必须具备标准的膝关节侧位线片（即X线片包括踝膝关节，股骨后髁尽量重叠或后髁分离小于5 mm[6]）。下肢处于中立位时，胫骨内旋或外旋小于15°的范围内测出的PTS不受胫骨旋转影响，并且胫骨外旋大于15°时，侧位X线片示胫腓联合分离，胫骨内旋大于15°时，胫腓联合完全重叠[9]。根据这些特点，可获取较为准确的PTS。CT、MRI与X线片常用于测量该角度，但在测量上缺乏一致性[3]。使用CT和MRI测量PTS时，较易区分内外侧平台，然而其缺点只能观察到胫骨近端，在常规扫描中无法确定纵轴（即胫骨解剖轴）[10]。选择X线片测量后倾角度时，较难区分胫骨内侧和外侧平台，因此在侧位X线片上需要获取对齐的内外侧平台[11]。
测量PTS存在差异的原因是测量方法上的多样性。侧位X线片上测量方法包括：内侧平台切线与胫骨近端解剖轴、胫骨干解剖轴、胫骨前皮质、胫骨后皮质、腓骨干解剖轴和腓骨近端解剖轴。理论上用胫骨干解剖轴测量PTS是最准确的。但是，常规膝关节侧位X线片只包括胫骨平台下16 cm。因此新的理念被提出，同时比较以上6种方法后发现，用胫骨干近端解剖轴（tibial shaft anatomical axis, TPAA）测出的PTS不受患者性别、年龄、体重的影响[4]；并且TPAA测出的PTS最接近胫骨干解剖轴测出的PTS，目前临床上使用率最多[4]，因此推荐使用TPAA测量PTS。
多数研究人员使用内侧胫骨平台测量PTS，相对外侧平台，其承载更多负荷，并且独特的几何结构使测量更加方便（即相对外侧平台而言，内侧平台比较平坦）[1]；内侧平台相对外侧平台较为倾斜[7,12]，能够即时反应当前膝关节的生物力学状态。研究表明，内侧平台的PTS与胫骨平台PTS相关性密切，外侧平台的PTS与胫骨平台PTS无明显相关性[5]。
三、后倾角对膝关节前后稳定性的影响
PTS的改变会使膝关节稳定性产生变化，表现为胫骨前移或胫骨后移[13,14]，X线片示PTS与胫骨后移的线性切线关系[13]（图2）。理论上，增加后倾角度、矢状位力线由胫骨前方转移至后方，增加胫骨平台后方压力，同时胫骨前移对前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL）产生牵张力，引起膝关节前后不稳[8]。Shelburne等[15]使用三维肌肉骨骼模型，发现胫骨剪切力、ACL张力和胫骨前移三者与PTS呈线性关系，而且在站立位状态下，PTS增加5°时，相应的ATT增加2 mm。Li等[14]研究发现ACL断裂的患者中，PTS>5.6°时，胫骨前移>5 mm，而胫骨前移或胫骨后移>5 mm时，是引起交叉韧带损伤或ACL重建失败的危险因素。
同理在TKA术中，如果PTS过大，会导致膝关节前后不稳，增加关节活动时对聚乙烯假体的磨损，造成无菌性松动[16]。相反，PTS减少，矢状位力线前移，应力集中于平台前方，对胫骨软骨下骨压力增大，导致假体下沉[12]，最终造成膝关节不稳定。并且减少PTS使屈膝间隙变窄，膝关节屈曲范围减小，反之则然[17]。
四、PTS对膝关节周围韧带的影响
大量研究表明PTS是ACL或后交叉韧带（posterior cruciate ligament, PCL）断裂的危险因素[1,12,18,19]。PTS增大后，膝关节胫骨和股骨髁的接触点相对后移，使ACL的胫骨止点和股骨止点之间的距离拉长，进而增加ACL的张力，久之引起ACL松弛断裂和膝关节的前后不稳定，对PCL而言，增加PTS减少了PCL的胫骨止点和股骨止点之间的距离，进而减少PCL的张力，因此对PCL而言是一种保护机制；反之，减少的PTS会增加PCL的张力而减少ACL的张力。Song等[18]通过临床试验研究ACL、PTS、胫骨前移三者之间的关系，认为PTS>10°是造成胫骨前移（>6 mm）而引发ACL损伤的独立危险因素。Webb等[19]对200例行ACL重建的患者进行ACL损伤与PTS的关系研究，数据表明，PTS增加与ACL重建后ACL进一步损伤的几率呈相关性，且PTS>12°的患者中，韧带损伤最为显著。因此，ACL或PCL重建术前应综合评估患者的PTS，对于PTS过大或过小者，应先解决PTS问题，再行韧带重建，可减少手术失败率。Kang等[20]研究PTS对TKA术后胫股运动学、髌股接触应力、股四头肌、PCL和侧副韧带受力的影响。结果表明，随着PTS的增加，无论伸直和屈曲，胫骨和股骨在内、外侧接触点向后平移，胫股关节和股四头肌的最大接触应力和侧副韧带张力减小，胫股关节间隙逐渐松弛。
五、PTS对胫骨平台压力的影响
研究发现，当PTS增大时，胫骨和股骨接触点后移，负重点后移至平台后方，可以减少胫骨假体前方压力，但相应的会增加胫骨假体后方的压力及假体后方磨损；反之，减少PTS，负重区前移至平台前方[16]。PTS为0的TKA患者中，10例术后出现胫骨假体前方至少下沉2 mm[21]。在TKA中，如果术后PTS过于平坦，胫骨前方压力增大，加之胫骨前方骨质削除较多，相应的软骨下骨强度减弱，因而临床上多出现胫骨假体下沉[22]。
六、PTS对伸膝肌装置的影响
相关文献针对PTS与股四头肌在TKA后膝关节的生物力学关系进行研究。Kang等[23]研究股骨后髁和PTS的生物力学效应在后稳定(posterior cruiate, PS) TKA中的关系，发现当后倾角由－3°变至6°，伸膝所需的股四头肌力量减少14%。Okamoto等[24]发现在PS-TKA后0~15°的后倾角中，伸膝所需的股四头肌肌力随PTS增加而减小。Ostermeier等[25]研究在CR-TKA后，也得出同样的结论。产生这种相关性的原因是：PTS增大时，使胫骨股骨之间的位置关系发生改变，因此在膝关节屈曲位时，伸膝力臂增大，所以所需伸膝力量减少[6,20,21]。
七、PTS对膝关节置换术、胫骨高位截骨术、ACL/PCL重建术的影响
综上所述，PTS对TKA术后功能影响是多方面的，包括关节前后和周围韧带稳定性、假体压力和磨损、股四头肌肌力及关节活动度。相关研究发现可通过加大PTS来增大膝关节屈曲间隙[17]。Bellemans等[26]在尸体模型试验中发现PTS每增加1°,膝关节屈曲度增加1.7°。Chambers等[27]的研究结果显示：当PTS从1°增加至4°，平均每增加1°，屈曲范围则增加2.3°。因而在TKA中，如想要获得更多的屈曲间隙，可以通过松解后关节囊或者抬高PTS来解决。Zelle等[28]发现，增加PTS相对于松解后关节囊更容易改善屈曲间隙。
PTS的作用是双向的，既不能过大也不能过小。因此禁止无限增大PTS来改善膝关节的屈曲受限。适当的PTS是平衡膝关节生物力学的决定因素。Okamoto等[24]认为术后PTS保持在5°左右时能更好地平衡膝关节。
对于单髁置换而言，增加PTS反而减少膝关节伸直间隙，原因为PTS增加时，假体间间隙减少，从而导致术后伸直滞缺。因此，术中应避免过度增加PTS（建议PTS<7°），确保术后能完全伸直[29]。
在胫骨高位截骨术（high tibial osteotomy, HTO）中，普遍认为开式截骨术会导致术后PTS增大2°[30]。对于内翻膝合并后倾角较大的患者，接受开式截骨术会使术后效果不理想，且容易引起矫正度数的丢失[31]。因此在HTO术中，我们通过摆放撑开器在截骨线的前后位置来部分改变PTS，并在术中准确测量，或将截骨合页位置前移，以获得7°左右的PTS。但需要注意的是，过分追求PTS的矫正，会使术中发生合页的断裂，给手术造成影响。
在ACL或PCL重建术中，大多数运动医学医生术前不太考虑PTS。但是在翻修病例中，建议术前在下肢负重全长片下测量PTS，如果患者存在过大的PTS（超过12°）或过小的PTS（小于0°，即存在胫骨前倾角），此时HTO可作为ACL或PCL损伤的补充治疗。
八、总结与展望
PTS是膝关节矢状位的重要标志，其改变会对膝关节产生多方面的影响，增加PTS会导致：①胫骨前移或胫骨后移；②压力集中于胫骨平台后方，胫骨假体后方磨损；③增加ACL张力，减少PCL、侧副韧带张力；④减少股四头肌伸膝力量；⑤增加TKA术后屈曲间隙。减少PTS会导致：①压力集中胫骨平台前方，胫骨假体下沉；②增加PCL、侧副韧带张力，减少ACL张力；③减少TKA术后屈曲间隙。无论是韧带重建、胫骨高位截骨术还是关节置换术，都应同时考虑冠状位和矢状位的力线，合理的选择手术适应证，以期获得最好的疗效。
参考文献 略