隨著人類平均壽命越來越長，關節退化的問題在骨科的日常醫療行為中，也變得十分普遍而日趨重要。
現代的關節置換手術以人工髖關節置換術發展較早，大約在1960年由英國爵士John Charnley開始，而人工膝關節置換術則發展較晚。但近年來由於人類生活方式的改變，人工膝關節置換術的數量遠遠高於人工髖關節置換術；我們就來簡單介紹膝關節疼痛的原因、症狀和治療的方式。
承受身體重量最重要關節
膝關節是人體最大並且承受身體重量最重要的關節，也是最大的樞紐關節，在日常生活中不論坐、站、跑、跳各種活動，它的使用頻率很高。膝關節在骨頭的部分是由股骨（大腿骨）遠端、脛骨（小腿骨）的近端以及髕骨（膝蓋骨）這三塊骨頭所形成。股骨、脛骨和髕骨的接觸面都有軟骨覆蓋，在活動時可提供緩衝使膝蓋順暢地活動。
而在軟組織的部分包含前、後十字韌帶，內、外側韌帶、半月軟骨還有關節囊等。而髕骨上方連接著股四頭肌腱，下方則是髕韌帶。走路時膝關節呈現彎曲及伸直運動，有正常的軟骨和關節液及穩定的肌肉韌帶，可減少摩擦，讓我們走路時不會疼痛。
膝關節在長期承受重力或外傷及免疫疾病可使關節軟骨退化，進而造成軟骨磨損，關節間隙變狹窄而使膝關節疼痛、腫脹甚至積水、僵硬甚至關節變形，導致活動受限，生活不便。常見的原因有退化性關節炎、類風濕性關節炎、痛風性關節炎或缺血性骨壞死等疾病。
膝關節退化多見於中老年人
膝關節退化疾病多見於中老年人。女性多於男性。隨著人口的老化以及肥胖比率上升，膝關節炎的盛行率也將會提高。另外，停經後婦女（不僅骨質會疏鬆，關節也會退化）、常搬重物或過度使用膝關節的族群、肥胖或是有家族病史也是常見的危險因子。
臨床上，疼痛一直是退化性膝關節炎的病患就醫最主要的原因。起初，病患會在活動時感到疼痛，休息一下或使用簡單的止痛藥便可獲得緩解。隨著疾病的進展，關節疼痛會更加明顯，即使在休息時或服用止痛藥後情形也不見得有所改善，接著慢慢關節的穩定度也會變差。
造成疼痛的原因可以是關節軟骨下硬骨組織內的血管壓力增加造成炎性反應、關節囊周圍的發炎反應造成關節積液和關節囊的伸展、半月板的撕裂損傷、關節周邊肌肉的痙攣。其結果就是關節表面軟骨磨損，關節間隙變小，關節囊的潤滑液減少，關節失去避震及潤滑功能而導致膝關節變形。
7種早期治療方式
在診斷方面，一般而言，只要經過仔細的病史詢問（年齡、性別、BMI、影響疼痛相關因素等），理學檢查（外觀、疼痛部位、關節穩定度、積液與否等）和一般X光(正面，側面、髕股關節面）即可確認。除非懷疑有其他關節病變才需要更進一步的檢查。
早期的治療介紹如下：
1.生活型態的改變：改變運動方式（騎腳踏車、水中行走）及運動質量。減重諮詢避免症狀更加惡化。
2.復健及物理治療：包括一般體能訓練，肌力強化訓練（特別是股四頭肌）及關節活動度訓練。
3.藥物治療：使用非類固醇類止痛消炎藥及肌肉鬆弛劑。
4.關節腔類固醇注射：當關節腔有積液或急性嚴重疼痛時，在抽取積液的同時也可局部注射類固醇。
5.輔助療法：在退化性膝關節炎的初期，可考慮定期黏液補充療法（玻尿酸注射），以增加避震功能減少磨損。
6.軟骨保護療法：口服葡萄糖胺等。
7.輔具使用：護膝及退化性膝關節炎專用支架，手杖或適合的鞋具等。
當藥物復健或輔具等保守治療都無法改善疼痛，且嚴重影響生活品質的時候，骨科醫師才會建議手術治療。
膝關節手術治療選擇多元
隨著人體力學知識的進展，人工智慧的導入，材料科學的突飛猛進和人工關節置換術的成熟穩定，近年來，對於膝關節疾病的手術治療有更多元的選擇。
1.高位脛骨截骨術：
一個正常的膝關節可以分成內側、外側和髕股面三部分。在術前評估時，對於年紀相對年輕或術後活動度需求相對較高，術前膝關節疼痛和膝關節面磨損只局限於內側，其他兩個關節面只有輕微的磨損的病人，高位脛骨截骨術是一種更理想的選擇。
這個手術其實是從古老手術的改良，利用全下肢X光片對膝關節受力軸線的更進一步了解，經由電腦軟體的輔助，運算出使得受力軸線回到膝蓋中心點所需矯正的角度為多少，也就是脛骨內側需撐開多少厚度才能達到這樣的矯正角度。利用現代材料科技的進步將固定力更強的互鎖定式鋼板從外側移到內側，利用手術前膝關節的電腦斷層掃描，客製化3D列印輔助，依個別骨骼外型列印出截骨的導引器，告訴手術醫師截骨的位置、深度與角度，達到微創又準確的目標。
「保膝不換膝」就是綜合以上的改變所產生出的理念，手術內容基本上不會動到膝關節內的結構，而是針對近端脛骨做截骨來矯正下肢受力的軸線。所以內部韌帶不穩定，術前關節活動角度不佳或是肥胖的病人，就不適合這類手術。
2.全人工膝關節置換術
全人工膝關節置換術一直以來都是重度退化性關節炎手術治療的黃金標準。全人工膝關節的組成均模擬人體膝關節結構，是由人工股骨元件、人工脛骨元件、人工脛骨墊片與人工髕股元件所組成。其中，股骨與脛骨元件為金屬材質，脛骨墊片及髕骨元件則為高分子聚乙烯所製成。
手術時，醫師會從切口將膝關節受損的區域曝露出來，裁切修整了內側、外側，以及前側的關節軟骨，並以適當的工具確認韌帶張力的平衡與下肢力學軸線的重建，都符合術前的評估，再放入植入物以矯正膝關節的變形，達到良好的關節活動能力。
全人工膝關節手術步驟有兩個最主要的目的如下：
1.使得關節表面光滑，切割修整內外側（脛骨及股骨交界）以及前側（髕骨及股骨交界）的關節面，以符合預計裝上去的人工股骨元件、人工脛骨元件以及人工髕骨元件，最後再放入膝關節墊片，就像是「新的軟骨」一樣，基本上完成置換手術後的膝關節活動介面都會是人工的、光滑的，而不是像手術前那般粗糙、磨損的表面。
2.回覆正確角度正確的切割內外側的大腿骨以及小腿骨大約1公分上下的骨頭，就能夠調整原本過度內翻（O型腿）或是外翻（X型腿）的角度，正常的膝關節角度大約落在外翻7度（稍微X型），全人工膝關節手術相對於半人工膝關節手術的強項就是在於有比較充裕的調整角度的功能。有鑒於傳統全人工膝關節設計上尺寸的選擇不夠多元，且在脛骨端也沒有左右之分，但近來有以亞洲人的骨骼做參考設計，有較多且齊全的尺寸提供選擇，並符合左右腳不同的解剖型設計，因此有效降低疼痛發生的機會，大大提升了術後滿意度。
另外，在人工脛骨墊片與髕骨元件襯墊的材質在術後使用年限及滿意度扮演了重要的角色。根據麻省理工學院的研究報告指出，加入維他命E的襯墊材質可有效降低磨損達96%及提供長期抗氧化的作用。即使使用傳統膝關節系統亦可搭配超耐磨襯墊，目前的超耐磨襯墊並無抗氧化的效果，所以在人體中氧化後會造成少量的磨損。維他命E襯墊則免去這種困擾，搭配上個人化膝關節系統，可以達到良好的效果。
3.半人工膝關節置換術
由於膝關節的退化或磨損常常由內側開始或是局限於內側，基於「哪裡磨損換哪裡」的概念，半人工膝關節置換術的概念，在於處理內側磨損的關節面，達到局部「表面光滑Resurfacing 」的目的，除了內側半月板以及磨損的關節軟骨以外的構造基本上都能保留，預期破壞的結構較少，骨頭切除也較少，能夠恢復的較快，保留更大部分自己的韌帶軟骨，讓膝蓋活動更自然。
但是它有兩個主要的前提：（1）僅存在內側關節面的磨損，（2）膝關節的整體角度大致正常。所以，前後十字韌帶功能必須完整、外側半月板及關節軟骨完好、膝蓋內翻變形小於15度、膝蓋伸不直的角度需小於15度、膝蓋彎曲角度必須達到110度以上且不能使用在發炎性關節炎的病人身上。
半人工膝關節擁有微創、組織破壞少、術後關節活動度較大且自然，術後恢復較快的優點，且新一代的牛津設計，它的墊片是活動的，可減少磨損。但相較於全人工膝關節置換術，需要有更嚴格的適應症挑選，才能確保有良好的手術效果以及維持較長久的關節使用年限。
選擇適合自己的方式來治療
總而言之，膝蓋關節炎是因軟骨過分磨損或破壞所致。最常見的就是長期反覆使用而老化的關係，其他還有外傷、體重過重、女性荷爾蒙改變、免疫風濕關節疾病、痛風或缺血性骨壞死。
在治療上，早期仍是以休息、減輕體重、物理治療、肌肉訓練、藥物治療或早期使用關節內注射液如玻尿酸、ACP來保養、潤滑關節，以減緩磨損。若關節變形嚴重，就只能靠手術矯正來治療。以目前材料科學的進步、人工智慧的導入、人體力學和手術技術的成熟穩定等原因，手術的方式更加多元，手術前一定要與您的骨科醫師做好醫病共享決策才能達到預期的效果。
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