单髁置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎：关节功能及炎性细胞因子变化

doi:10.12307/2024.746

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (36): 5828-5832.doi: 10.12307/2024.746

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单髁置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎：关节功能及炎性细胞因子变化

李宇轩，袁伶俐，许志远，严涛，张仲传，徐文弟，朱勋兵

蚌埠医学院第二附属医院骨科，安徽省蚌埠市 233000

收稿日期:2023-11-22 接受日期:2023-12-22 出版日期:2024-12-28 发布日期:2024-02-28
通讯作者: 朱勋兵，博士，教授，主任医师，硕士生导师，蚌埠医学院第二附属医院骨科，安徽省蚌埠市 233000
作者简介:李宇轩，男，1997年生，安徽省淮北市人，汉族，蚌埠医学院第二附属医院骨科学在读硕士，主要从事骨关节外科方向的研究。
基金资助:
蚌埠医学院研究生科研创新计划项目(Byycx22135)，项目负责人：李宇轩；安徽省教育厅自然科学重点研究项目(KJ2021A0756)，项目负责人：袁伶俐

Unicompartmental knee arthroplasty in treatment of medial compartment osteoarthritis of knee joint: joint function and changes in inflammatory cytokines

Li Yuxuan, Yuan Lingli, Xu Zhiyuan, Yan Tao, Zhang Zhongchuan, Xu Wendi, Zhu Xunbing

Department of Orthopedics, Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China

Received:2023-11-22 Accepted:2023-12-22 Online:2024-12-28 Published:2024-02-28
Contact: Zhu Xunbing, MD, Professor, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China
About author:Li Yuxuan, Master candidate, Department of Orthopedics, Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu 233000, Anhui Province, China
Supported by:
Graduate Research Innovation Program of Bengbu Medical College, No. Byycx22135 (to LYX); Natural Science Research Project of Anhui Educational Committee, No. KJ2021A0756 (to YLL)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

单髁置换：也叫部分膝关节置换，只置换病损部位的关节软骨和半月板，尽可能保留正常的关节结构，以获得更好的本体感觉与功能恢复。
骨关节炎：也叫退变性关节炎，由于关节发生退行性变造成关节软骨破坏，继发其他关节结构改变，造成膝关节功能部分甚至完全丧失。

背景：单髁置换因其创伤小、失血少、并发症少、康复快、膝关节功能优、假体生存率高等优点，越来越受到重视，相关报道多集中于其临床疗效，而单髁置换后患者体内相关炎性细胞因子的水平变化罕见报道。

目的：探讨膝关节内侧间室骨关节炎患者单髁置换后的疗效及关节滑液白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α水平变化。
方法：以2021年9月至2023年3月因膝内侧间室骨关节炎行单髁置换治疗并符合纳入标准的30例患者作为研究对象。比较术前、术后胫骨近端内侧角、股胫角、疼痛目测类比评分、美国特种外科医院膝关节评分、膝关节活动度及关节滑液白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α水平，并进行统计学分析。

结果与结论：①30例患者术后切口均Ⅰ级愈合，术后均获6个月以上随访，所有患者均未出现假体松动、假体衬垫脱位等并发症；②术后1个月测量胫骨近端内侧角、股胫角均较术前明显改善(P < 0.05)；③术后1，3，6个月测量疼痛目测类比评分、美国特种外科医院膝关节评分、膝关节活动度均优于术前(P < 0.05)，术后各时间点呈逐渐好转趋势(P < 0.05)；④术后3，6个月测量关节滑液白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α水平均较术前逐渐下降(P < 0.05)，术后各时间点呈逐渐下降趋势；⑤提示单髁置换可有效治疗膝关节内侧间室骨关节炎，显著缓解患者疼痛，恢复膝关节功能，改善膝内翻畸形及下肢力线，并能在一定程度上降低关节内炎性细胞因子白细胞介素1、白细胞介素6、肿瘤坏死因子α的表达水平。

https://orcid.org/0009-0006-8028-0971 (李宇轩)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨关节炎, 单髁置换术, 美国特种外科医院评分, 白细胞介素1, 白细胞介素6, 肿瘤坏死因子α

Abstract: BACKGROUND: Unicompartmental knee arthroplasty has been paid more and more attention because of its advantages of fewer traumas, less blood loss, less complications, faster recovery, excellent knee function and high prosthetic survival rate. Most of the relevant reports focused on its clinical effect, but the changes in the levels of relevant inflammatory cytokines in patients after unicompartmental knee arthroplasty were rarely reported.
OBJECTIVE: To investigate the effect of unicompartmental knee arthroplasty in patients with medial compartment osteoarthritis of the knee and the changes of interleukin-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor-α levels.
METHODS: A total of 30 patients with medial compartment osteoarthritis of the knee who received unicompartmental knee arthroplasty from September 2021 to March 2023 and met the inclusion criteria were selected as the study subjects. Medial angle of proximal tibia, femoral and tibial angle, pain visual analog scale score, hospital for special surgery score, knee joint range of motion, synovial fluid interleukin-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor-α levels before and after surgery were compared and statistically analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) All 30 patients had grade I wound healing. All patients were followed up for more than 6 months after surgery. There were no complications such as prosthesis loosening and dislocation of prosthesis liner in all patients. (2) The medial proximal tibia angle and the femoral and tibial angles measured after operation were significantly improved (P < 0.05). (3) The visual analog scale score, hospital for special surgery score and range of motion measured at 1, 3, and 6 months after operation were better than those before operation (P < 0.05), and showed a gradual improvement (P < 0.05). (4) The levels of interleukin-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor-α in synovial fluid at 3 and 6 months after operation were decreased gradually compared with those before operation (P < 0.05) and showed a gradual downward trend at each time point after operation. (5) It is indicated that unicompartmental knee arthroplasty can effectively treat medial compartment osteoarthritis of the knee, significantly relieve pain, restore knee joint function, improve knee varus deformity and lower limb strength line, and reduce the levels of inflammatory cytokines interleukin-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor-α in joints to a certain extent.

Key words: osteoarthritis, unicompartmental knee arthroplasty, hospital for special surgery score, interleukin-1, interleukin-6, tumor necrosis factor-α

中图分类号:

李宇轩, 袁伶俐, 许志远, 严涛, 张仲传, 徐文弟, 朱勋兵. 单髁置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎：关节功能及炎性细胞因子变化[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(36): 5828-5832.

Li Yuxuan, Yuan Lingli, Xu Zhiyuan, Yan Tao, Zhang Zhongchuan, Xu Wendi, Zhu Xunbing. Unicompartmental knee arthroplasty in treatment of medial compartment osteoarthritis of knee joint: joint function and changes in inflammatory cytokines[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(36): 5828-5832.

图/表（结果） 3

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析。多个时间点数据比较采用方差分析；两两比较采用配对t检验。
1.2 时间及地点试验于2021年9月至2023年3月在蚌埠医学院第二附属医院骨科完成。

1.3 材料植入物介绍见表1。

1.4 对象
纳入标准：①以《骨关节炎诊治指南(2018年版)》为依据，符合膝骨关节炎各项诊断标准，病程≥1个月且疼痛仅限于膝关节内侧；②经Kellgren-Lawrence分级标准达到Ⅲ级和Ⅳ级；③查体及影像学提示前后交叉韧带及侧副韧带完整，仅内侧间室退变，外侧间室及髌股关节软骨良好或轻度退变，外侧间隙大致正常；④膝关节屈曲活动度大于90°，屈曲挛缩畸形小于15°以及内翻畸形小于15°；⑤体质量指数≤30 kg/m²；⑥患者知悉试验步骤，自愿参加此项研究并均已签署知情同意书。
排除标准：①膝关节活动度< 90°，屈曲挛缩> 15°，内翻畸形≥15°，应力下不可矫正至中立位；②患者具有其他关节相关疾病，如类风湿关节炎、感染骨关节炎、关节处结核或者肿瘤；③术中探查因各种原因引起关节不稳定，如前后交叉韧带、侧副韧带损伤等，改行全膝关节置换者；④患有严重的肝肾疾病、心脑血管疾病或其他无法耐受手术的患者；⑤随访资料不完整或丢失。
以2021年9月至2023年3月因膝内侧间室骨关节炎于蚌埠医学院第二附属医院行单髁置换治疗并符合纳入标准的30例患者作为研究对象，其中男15例，女15例；年龄53-85岁，平均(65.80±8.92)岁；平均体质量指数为(25.35±2.66) kg/m²；左膝16例，右膝14例；根据膝关节X射线片确认Kellgren-Lawrence分级为Ⅲ级11例，Ⅳ级19例。所有患者术前接受膝关节负重X射线正侧位片、双下肢全长负重位X射线片、膝关节3.0T磁共振平扫等检查，并对心肺功能、肝肾功能、下肢血管进行评估排除手术禁忌。
此次研究方案经过蚌埠医学院伦理委员会批准(伦科批字[2022]第159号，审批时间：2022-06-16；伦科批字[2023] 309号，审批时间：2023-05-26)。所有患者对此次研究均知情同意，并签署知情同意书。
1.5 方法
1.5.1 手术方法所有患者手术均由同一治疗组完成。麻醉成功后，调整患者手术体位，采用仰卧位，电动气压止血带捆扎于患侧大腿近端，将患侧髋关节屈曲30°、外展30°，使用大腿托架固定患侧下肢，小腿自然下垂，确保膝关节可屈曲110°。常规消毒、铺巾，患肢驱血后将止血带充气，充气标准：压力45 kPa，时间90 min。使用5 mL注射器行膝关节穿刺取关节滑液1.0-2.0 mL。取患膝髌旁内侧切口，近端平髌骨上极，远端平胫骨结节，逐层分离深入，进入关节腔，显露内侧间室，评估交叉韧带是否完整稳定，观察外侧间室及髌股间室磨损情况，如发现交叉韧带断裂、髌股间室或外侧间室严重退行性改变，将改人工全膝关节置换术。切除增生的滑膜、骨赘、脂肪组织，将髁间窝成形，并摘除内侧半月板。安装胫骨髓外定位器，定位杆应与胫骨嵴平行，截骨向导远端固定于踝部，使轴线指向踝关节稍偏内侧，使用摆锯，选择前交叉韧带内侧缘垂直截骨，水平方向截骨需提供7°后倾，截骨时注意保护韧带及胫骨后方，取出截骨块后根据测量结果选取合适试模测试假体尺寸。然后安装股骨髓内定位导向器，在股骨远端相继钻2个直径分别为4 mm和6 mm的孔，安装股骨后髁截骨导向模块截骨，打磨股骨内髁。插入0号研磨，用磨钻对股骨远端进行研磨，屈膝100°测量屈曲间隙，屈膝20°测量伸直间隙，确定进一步研磨厚度(研磨量=屈曲间隙-伸直间隙)，再次研磨达到屈伸间隙平衡。修整周围多余骨组织，防止对半月板衬垫撞击。胫骨平台开槽，安装试模后确定屈伸间隙平衡，测试韧带张力是否良好，确认能屈伸平滑活动且未出现撞击或不稳定，满意后取出试模。使用脉冲冲洗枪反复冲洗骨面及切口，冲去骨屑等组织，选取合适尺寸假体，涂抹适量骨水泥，依次安放胫骨假体、股骨假体，清理多余的骨水泥，置入聚乙烯垫片，保持屈膝45°状态，待骨水泥完全硬化后再次确认关节屈伸自如及稳定。“鸡尾酒”注射内侧副韧带、髌韧带及切口周围，缓解患者术后疼痛，止血带放气，仔细止血，放置引流管，屈膝45°状态下逐层缝合术区切口，患肢予以弹力绷带均匀包扎。
1.5.2 围术期处理切皮前30 min常规预防性给予抗生素，总体预防用药时间不超过24 h。术后第1天即开始进行膝关节被动活动(股四头肌收缩练习、直腿抬高运动、踝泵运动等)，视引流液情况拆除引流管，并予以抗凝治疗。鼓励患者早期开始渐进性主动活动，在助行器辅助下行走锻炼。待患者生命体征平稳、可下地活动且活动度满足日常生活需要、疼痛可耐受、术区切口无感染迹象、无其他住院待处理的并发症或合并症，可办理出院，出院后嘱患者按时服用药物镇痛并预防术后血栓形成。术后14 d视切口情况拆除缝线。
1.6 主要观察指标
1.6.1 膝内翻程度及下肢力线膝关节正侧位片及双下肢全长负重位片于术前以及术后拍摄，用以测量胫骨近端内侧角、股胫角，评估患者膝内翻畸形及下肢力线改善情况。
1.6.2 膝关节功能评分
(1)术前及术后1，3，6个月通过美国特种外科医院(hospital for special surgery，HSS)膝关节评分系统评价膝关节功能。优≥85分，良70-84分，中60-69分，差≤59分。
(2)术前和术后1，3，6个月通过疼痛目测类比评分评价膝关节疼痛程度，总分10分，得分越高疼痛程度越重。
(3)术前和术后1，3，6个月测量膝关节活动度，即膝关节可以完成的最大活动范围。
1.6.3 炎性细胞因子水平检测手术切皮前及术后3，6个月抽取患侧膝关节滑液1.0-2.0 mL，测量关节滑液IL-1、IL-6、TNF-α水平。检测方法：酶联免疫吸附法，检测仪器：深圳市汇松科技发展有限公司MB-580型酶标分析仪，ELISA检测试剂盒为武汉基因美科技有限公司产品。具体实验步骤按试剂盒要求进行。
1.7 统计学分析实验结果采用SPSS 27.0统计软件进行分析。正态分布的计量资料数据以x±s表示，采用方差分析对术前术后多个时间点数据进行比较，进一步两两比较采用配对t检验，当P < 0.05时差异有显著性意义。文章统计学方法已经蚌埠医学院统计学专家审核。

讨论

3.1 临床疗效骨关节炎是骨科多发病、常见病，60岁以上人群中膝骨关节炎发病率高达50%，而75岁人群中膝骨关节炎发病率高达80%[12]。如不能及时进行治疗干预，可能会有越来越多患者出现膝关节功能部分甚至完全丧失的情况。
膝关节内侧间室骨关节炎的治疗目标是恢复关节功能，减轻关节疼痛，提高患者生活质量[13]，目前常见的手术治疗方法包括全膝关节置换、胫骨高位截骨、单髁置换。因为全膝关节置换成熟的术式及可观的手术效果，目前临床上膝关节内侧间室骨关节炎的主要手术方法仍是全膝关节置换，但其手术创伤较大，膝关节各间室均受到破坏，对患者术后的本体感觉影响较大[14]。与全膝关节置换相比，单髁置换术仅置换被破坏的关节间室，保留了前后交叉韧带、相对正常的关节间室等结构，能保留更好的本体感觉，行走功能比全膝关节置换患者恢复更快，运动功能更接近人体的生物运动力学状态[15]，且此次研究中所有患者均选用第3代牛津单髁假体，具有可活动的聚乙烯垫片，其构造更接近人体膝关节生物力学特性。单髁置换术被更多非手术治疗无效、对全膝关节置换存在顾虑的患者所接受[16]。临床随访提示，患者术后胫骨近端内侧角、股胫角较术前显著改善(P < 0.05)，表明单髁置换可以有效纠正患者膝内翻，使患者下肢力线得到改善。患者术后1个月疼痛目测类比评分及HSS膝关节评分较术前显著改善(P < 0.05)，术后3，6个月亦呈逐渐下降的趋势 (P < 0.05)，提示单髁置换治疗膝内侧间室骨关节炎患者术后关节功能及疼痛较前明显好转，疗效满意且安全性良好。
3.2 炎性细胞因子炎性细胞因子IL-1、IL-6、TNF-α与骨关节炎病变有直接的联系，骨关节炎患者关节滑液中IL-1、IL-6、TNF-α水平显著高于健康人群[17-23]。IL-1是趋化因子家族的一种细胞因子，主要由活化的单核巨噬细胞合成与分泌，是典型的致炎细胞因子。IL-1水平与膝骨关节炎的严重程度和进展有一定的因果关系，并且为骨关节炎的独立风险因素。软骨细胞细胞膜上存在可与IL-1结合的受体，IL-1不仅可以通过激活细胞外调节激酶从而导致Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖基因表达下调，另外，IL-1还可以通过细胞外调节激酶通路诱导炎性细胞因子如IL-1β的升高导致软骨细胞凋亡，启动分解代谢成分如血小板反应蛋白基序和基质金属蛋白酶的过量产生，并减少代谢成分如聚集蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的产生[17-19]。IL-6通过影响细胞迁移黏附、基质金属蛋白酶产生和免疫调节基因的表达，导致软骨通透性增加，加重局部组织炎性细胞浸润与炎性水肿，促进破骨组织中破骨样细胞的形成，引起软骨的吸收降解破坏，导致成纤维细胞增生，严重影响骨关节炎患者关节活动度，是骨关节炎术后短期临床预后的影响因子。IL-6与IL-1β和抑瘤素M相结合，上调分解代谢酶基质金属蛋白酶13，可抑制Ⅱ型胶原的表达，进而抑制软骨细胞的生成[20-21]。TNF-α来源于成纤维母细胞、巨噬细胞以及软骨细胞[22]，一方面可以通过丝裂原活化蛋白激酶信号途径来扩大炎症，通过激酶受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1途径来诱导细胞凋亡/坏死；也可以通过激活核因子κB途径抑制成骨细胞Wnt信号通路的激活，从而增加骨保护素的表达，进而促进膝骨关节炎患者产生重度骨赘和软骨下骨硬化[21，23]。
以往对于单髁置换术的相关基础研究较少，相关报道多集中于其临床疗效的评估，而单髁置换术后患者体内相关炎性细胞因子的水平变化罕见报道。在此次研究中，对接受单髁置换治疗的膝骨关节炎患者关节滑液中IL-1、IL-6、TNF-α水平进行了检测，术后检测时间选择在术后3，6个月，患者这时已基本恢复行走能力，无需过多药物治疗，且尽量使膝关节穿刺获取膝关节滑液有创操作的风险降低，期望排除手术本身造成的机体内环境改变对检测结果的影响以及保护患者膝关节的安全。结果显示，术后3，6个月患者关节滑液IL-1、IL-6、TNF-α水平均较术前显著降低(P < 0.05)；术后6个月内关节滑液中的炎性细胞因子IL-1、IL-6、TNF-α水平较术后3个月亦呈下降趋势(P < 0.05)。这表明单髁置换可以在一定程度降低患者关节内IL-1、IL-6、TNF-α的水平，同时提示膝骨关节炎症状改善程度与IL-1、IL-6、TNF-α水平有相关性。这可能是因为单髁置换术置换了被破坏的关节软骨，切除了部分炎性滑膜组织，相对矫正了下肢力线，重新平衡了各间室的压力，调节了IL-1、IL-6、TNF-α等细胞因子表达及骨关节炎患者机体生物学环境，最终使膝关节疼痛、功能得到改善。LI等[23]的研究表明，膝骨关节炎细胞因子的水平可能与膝关节疼痛、功能情况相关联，这为此次研究结果提供了依据。但单髁置换术后对侧间室、髌股间室软骨是否能恢复至正常水平，完全逆转膝骨关节炎的病理过程，还需进一步结合MRI、膝关节镜等方法，选取同年龄的健康膝关节作为对照组进行对照试验研究。
综上所述，单髁置换可有效治疗膝关节内侧间室骨关节炎，显著缓解患者疼痛，恢复膝关节功能，改善膝内翻畸形及下肢力线，并能在一定程度上降低关节内炎性细胞因子IL-1、IL-6、TNF-α水平。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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骨关节炎是一种慢性、疼痛性以及退行性疾病，其影响关节的所有组织，最终导致关节软骨的丧失。在大多数情况下，骨关节炎与不同程度的滑膜炎症有关，滑膜的变化可以在可见软骨退化的开始之前出现。滑膜所分泌的炎性细胞因子白细胞介素-1(interleukin-1, IL-1)、白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)破坏了软骨细胞的合成与分解代谢的平衡，进而在骨关节炎发生与发展中起重要作用。膝关节分为内侧间室、外侧间室、髌股间室，早中期的膝关节骨关节炎以内侧间室的病变为主，且常伴有内翻畸形。这种疾病通常需采用手术治疗，包括全膝关节置换术、胫骨高位截骨术、单髁置换术等术式。与全膝关节置换术相比，单髁置换术仅置换关节的1/3，具有保留前后交叉韧带、保留骨量、失血少、创伤小、并发症少、康复快、膝关节功能优、假体生存率高等优点。与胫骨高位截骨术相比，单髁置换术可避免相对健康的外侧间室承受过高压力而加快磨损，且无需二次手术摘除内固定，并可早期负重行走锻炼。随着单髁置换术的不断发展，其普及范围越来越广。单髁置换术是针对单侧间室的手术操作，术后的效果主要取决于下肢力线的恢复、手术侧间室假体的愈合以及髌股间室、对侧间室软骨面的情况等。目前，相关报道多集中于单髁置换术临床疗效的评估，但是针对单髁置换术的相关基础研究鲜有报道，如术后髌股间室、对侧间室软骨面的改变情况，本研究通过影像学、膝关节功能评分、炎性细胞因子水平(采用的是患膝关节滑液而非其他体液)，并尽量减少手术本身造成的机体内环境改变对检测结果的影响，评估单髁置换术的临床疗效以及探讨术后的关节内变化情况，为进一步研究单髁置换术后髌股间室、对侧间室软骨面的改变情况(究竟是加重、不变或是逆转)提供了一定基础，以更好地指导临床上治疗膝骨关节炎。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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[1]	李永杰, 付申宇, 夏渊, 张达宽, 刘洪举. 膝骨关节炎女性伸膝肌力、步态时空参数与峰值膝关节屈曲/内收力矩关系[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(9): 1354-1358.
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[3]	黄夏荣, 胡莉芝, 孙光华, 彭昕珂, 廖瑛, 廖源, 刘静, 尹林伟, 钟培瑞, 彭婷, 周君, 屈萌艰. 电针干预老年膝骨关节炎大鼠关节软骨及软骨下骨P53、P21的表达[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(8): 1174-1179.
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[5]	李蕊, 张桂红, 王涛, 樊萍. 人参多糖干预创伤性骨关节炎模型大鼠前列腺素E2/6-酮-前列腺素F1α的表达[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(8): 1235-1240.
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