運動學對線與機械力學對線指導全膝關節置換對關節功能、疼痛及步態的影響

蘇時豪

膝關節骨關節炎作為老年人群中發生率較高的退行性關節疾病，主要是由于關節軟骨及軟骨下骨等退變造成的。隨著我國社會人口老齡化不斷進展，老年膝關節骨關節炎發病率也隨之升高。主要特點：活動受限、關節疼痛，直接影響了患者生活質量[1]。人工全膝關節置換作為該類疾病的可靠治療方案，對后續功能恢復也具有重要意義[2]。臨床常用的對線方法包括運動學對線及機械力學對線。機械力學對線是使得髖膝踝角達到0°，從而使下肢達到中立位，但膝關節會出現不同程度外翻與內翻，導致機械力學效果并不理想。而運動學對線能夠減少韌帶、膝關節周圍軟組織松解，并能夠改善膝關節生理性運動，改善患者膝關節功能[3]。因此本文為進一步分析兩種方式的優缺點，將兩種對線方式納入研究，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析化州市人民醫院2018年1月-2021年3月收治的70例內翻性膝關節骨關節炎患者，納入標準：（1）確診為內翻性膝關節骨關節炎，符合全膝關節置換術納入標準；（2）Kellgren-LawrenceⅢ、Ⅳ級；（3）無關節外畸形情況；（4）身體健康，可耐受手術[4]。排除標準：（1）炎癥或類風濕導致的膝關節炎；（2）周圍軟組織存在神經異常；（3）存在關節畸形。按治療差異分為兩組，各35例。對照組女20例，男15例；年齡60～78歲，平均（69.41±5.05）歲；體重指數 23～28 kg/m2，平均（25.41±1.54）kg/m2。研究組女21例，男 14例；年齡60～78歲，平均（69.23±5.11）歲；體重指數23～28 kg/m2，平均（25.21±1.43）kg/m2。兩組基本資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），有可比性。本研究經本院倫理委員會認可。

1.2 方法

所有手術均為全麻或腰硬聯合麻醉成功后，常規酒精碘酒消毒后，鋪無菌單。取膝前正中切口，切開皮下，采用髕旁內側入路，顯露膝關節。所有手術醫師均為進行同類手術操作超過3年，擁有豐富的臨床經驗。

對照組進行機械力學對線指導膝關節置換，內側脛骨平臺軟組織松解到后內側角處，使用BRAINLAB導航KNEE3軟件，對脛骨側、股骨側標記與定位，從而明確機械力線，結合導航收集數據，接骨板從而進行調整，獲取脛骨近端及股骨遠端，垂直于機械軸截骨，穩定內外側平衡，對假體進行安放。

研究組進行運動學對線指導膝關節置換，術前依據機體X射線全長片，測量好股骨遠端外側角、脛骨近端內側角，制定好截骨計劃。使用BRAINLAB導航 KNEE3軟件，定位標記股骨側及脛骨側，反復屈伸膝關節，得到患肢屈伸、旋轉及內外翻等運動特征。術前將假體參數模型輸入計算機內，將關節軟骨補充厚度為2 mm，鋸片厚度默認為1.5 mm，將假體厚度減去鋸片、軟骨補償厚度，獲得術中股骨遠端、脛骨近端，及股骨后髁截骨厚度。測量角度截骨厚度，實施脛骨近端截骨，根據脛骨平臺截骨的參數，從而對股骨遠端截骨，在截骨后根據內外側松緊程度，實施一定松解，穩定內外側平衡，對假體進行安放。

所有患者安放假體后，使用生理鹽水沖洗，并使用“雞尾酒”[鹽酸羅哌卡因注射液（廣東嘉博制藥有限公司，國藥準字H20133178）+醋酸曲安奈德注射液（浙江仙琚制藥股份有限公司，國藥準字 H20033525，規格：1 ml∶40 mg）+ 鹽酸腎上腺素注射液（遂成藥業股份有限公司，國藥準字H41021054）+氟比洛芬酯注射液（北京泰德制藥股份有限公司，國藥準字H20041508，規格：5 ml∶50 mg）+ 緩沖生理鹽水（北京天壇生物制品股份有限公司，國藥準字S10870001）]局部注射，逐層縫合，無菌敷料包扎，術畢。

1.3 觀察指標及評價標準

在術前及術后1年對患者相關數據進行分析。使用美國特種外科醫院（HSS）膝關節評分：其中滿分為100分，得分＜60分為差，得分越低膝關節功能越差[5]。疼痛評分使用0～10數字強度分級法，0分為不痛，10分為極度疼痛，記錄不同時期疼痛變化情況[6]。比較兩組術前、術后1年步速、步頻、步幅的變化。比較兩組術前、術后1年的步態變化，主要包括站立相及擺動相屈伸角度、內外翻角度及膝關節生物力學指標。步態分析數據采集：以Vicon三維步態捕捉系統為基準，建立多個動作捕捉模型，術前、術后分別進行20個連貫步行周期，完成數據采集[7]。實施紅外線光標捕捉，精準測算完成下肢運動模型，以膝關節虛擬中心點，對膝關節屈伸角度測算，膝關節虛擬中心點內外翻角度、內外旋角度測算，AMTI測力臺對膝關節中心點力與力矩之間計算[8]。

1.4 統計學處理

本研究采用SPSS 18.0統計軟件對本文數據進行分析，計量資料以（±s）表示，采用t檢驗，計數資料以率（%）表示，采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術前后HSS膝關節評分與疼痛評分比較

兩組術前膝關節、疼痛評分比較差異無統計學意義（P＞0.05），術后1年兩組均好轉（P＜0.05），但組間比較差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組手術前后HSS膝關節評分與疼痛評分比較[分，（±s）]

表1 兩組手術前后HSS膝關節評分與疼痛評分比較[分，（±s）]

*與本組術前比較，P＜0.05。

組別 HSS膝關節評分 疼痛評分術前 術后1年 術前 術后1年對照組（n=35） 60.65±4.65 90.65±1.65*4.56±0.68 1.36±0.21*研究組（n=35） 61.02±4.74 91.05±1.78*4.21±0.63 1.31±0.19*t值 0.330 0.975 2.234 1.045 P值 0.743 0.333 0.029 0.300

2.2 兩組手術前后步速、步頻、步幅比較

術前兩組步速、步頻、步幅比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后1年，研究組步速、步幅均優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組手術前后步速、步頻、步幅比較（±s）

表2 兩組手術前后步速、步頻、步幅比較（±s）

組別 步幅（m） 步頻（步/min） 步速（m/s）術前 術后1年 術前 術后1年 術前 術后1年對照組（n=35） 0.56±0.13 0.71±0.16 82.64±13.64 101.61±12.65 0.75±0.16 0.95±0.19研究組（n=35） 0.53±0.14 0.85±0.21 83.14±13.47 102.47±12.41 0.78±0.17 1.21±0.22 t值 0.929 3.137 0.154 0.287 0.760 5.292 P值 0.356 0.003 0.878 0.775 0.450 0.000

2.3 兩組手術前后站立相及擺動相屈伸角度比較

術前、術后1年兩組站立相中期及擺動相屈伸角度比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 兩組手術前后站立相及擺動相屈伸角度比較[°，（±s）]

表3 兩組手術前后站立相及擺動相屈伸角度比較[°，（±s）]

組別 站立相中期 擺動相（最大屈曲時）術前 術后1年 術前 術后1年對照組（n=35） 1.48±0.32 2.61±0.45 50.65±4.65 60.65±5.96研究組（n=35） 1.51±0.31 2.66±0.46 50.14±4.84 61.47±6.14 t值 0.398 0.460 0.450 0.567 P值 0.692 0.647 0.654 0.573

2.4 兩組手術前后站立相及擺動相內外翻角度比較

術前兩組站立相及擺動相內外翻角度比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后1年，研究組站立相中期內外翻角度大于對照組（P＜0.05），但兩組擺動相內外翻角度比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表4。

表4 兩組手術前后站立相及擺動相內外翻角度比較[°，（±s）]

表4 兩組手術前后站立相及擺動相內外翻角度比較[°，（±s）]

組別 站立相中期 擺動相（最大屈曲時）術前 術后1年 術前 術后1年對照組（n=35）12.64±2.65 2.54±0.65 4.21±1.01 4.45±1.12研究組（n=35）12.54±2.41 4.41±0.52 4.16±1.03 4.31±1.21 t值 0.165 13.290 0.205 0.528 P值 0.869 0.000 0.838 0.599

2.5 兩組手術前后膝關節生物力學指標比較

術前兩組膝關節生物力學指標比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后1年兩組的各項膝關節生物力學指標均大于術前，且研究組大于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表5。

表5 兩組手術前后膝關節生物力學指標比較[（N·mm）/kg，（±s）]

表5 兩組手術前后膝關節生物力學指標比較[（N·mm）/kg，（±s）]

*與本組術前比較，P＜0.05。

組別 屈曲力矩峰值 伸展力矩峰值 外旋力矩峰值 內旋力矩峰值術前 術后1年 術前 術后1年 術前 術后1年 術前 術后1年對照組（n=35） 185.64±25.14 225.65±29.65*235.65±35.65 285.41±25.65* 8.25±1.05 10.05±1.11* 95.41±8.65 120.41±9.69*研究組（n=35） 184.22±24.32 240.14±30.41*234.14±34.44 306.65±24.69* 8.31±1.06 11.89±1.25* 96.12±8.41 134.69±9.85*t值 0.240 2.018 0.180 3.529 0.238 6.512 0.348 6.114 P值 0.811 0.048 0.858 0.001 0.813 0.000 0.729 0.000

3 討論

膝關節骨關節炎在老年患者中發生率較高，全膝關節置換術對這類患者治療具有重要意義，可改善患者膝關節功能，使得患者疼痛值下降，關節畸形情況好轉，有效提升膝關節功能，進一步提高自身生活質量。而大多患者膝關節會出現生理性內翻的情況，MA-TKA手術會導致術后膝關節解剖功能存在異常，隨之術后發生膝關節不適[9]。因此有研究指出，下肢力線矯正位置應該在膝關節中心偏內側位置，負重狀態下膝關節內側間室承重較大，會明顯高于外側承重[10]。

運動學對線截骨是近年來TAK常用的保持下肢生物力學方法，更加接近正常膝關節的力學狀態，確保術后下肢恢復平衡[11]。本文將運動學與機械力學納入研究，結果顯示：術后1年，兩組站立相中期及擺動相屈伸角度比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；術后1年，研究組站立相中期內外翻角度大于對照組（P＜0.05），但兩組擺動相內外翻角度比較，差異無統計學意義（P＞0.05），主要是由于1年時間過短，導致患者治療效果難以達到數據上的轉變。而研究組膝關節生物力學指標整體優于對照組，證實了運動學對線術后生物力學參數改善效果會更加理想[12]。下肢力線隨著屈膝程度與負重程度會出現變化，大多情況下機體下肢力線并非中位，進行TKA期間需要考慮這一問題。運動學對線通過參考膝關節本身的運動軸進行截骨，逆轉運動學與生物力學特征，確保膝關節迅速恢復正常[13]。機械力學對線截骨要求冠狀面人工膝關節內翻角度不超過3°，股骨假體相對手術前的股骨后髁線應外旋3°～6°，確保假體界面應力均勻分布。運動學對線可減少對手術期間的軟組織松解，確保膝關節能夠恢復到正常狀態，改善患者步態[14]。但可能會使得患者膝關節活動受限，出現關節不穩或僵直的情況，甚至出現慢性疼痛，主要是忽略了膝關節運動學力線，無法很好地模擬膝關節生物力學狀態。且在健康人群中下肢力線并非0°中立位，而是膝關節稍內翻，因此機械力學對線截骨在TKA中無法使得患者膝關節恢復正常的生物力學運動狀態[15]。在對步速與步幅的分析中，術后1年，研究組步速與步幅均優于對照組（P＜0.05），證實了運動學對線術后有效改善了患者膝關節功能，在支撐擺動過程中，可獲得較為理想的伸直角度，并提供一定的前推動力，足底移動距離改善，增加步速。另外運動學對線則可重建髖-膝-踝中心軸的力線，對于術中精準截骨、術后機械力學及膝關節功能恢復均有至關重要的作用。相關研究指出，運動學對線在膝關節置換術中應用可避免傳統機械力學對線操作復雜、不精準的缺點，也是術后膝關節功能理想恢復的重要條件。馬德思等[16]與本文存在同樣觀點。

綜上所述，運動學對線與機械力學對線全膝關節置換均能夠改善患者術后功能，而運動學對線能夠改善步態情況，膝關節生物力學指標改善效果更理想，值得應用。