晚期大骨節病全膝關節置換術后假體周圍應力與骨密度的變化情況

王繼成，張先嬌，聶治軍，易 智，徐洪海，劉時璋，常彥海，郭 雄

大骨節病(Kashin-Beck disease,KBD)是一種地方性、多發性和變形性骨關節病[1]，膝關節晚期KBD患者多采取全膝關節置換術(TKA)治療。TKA通過置入人工膝關節假體，重建膝關節結構，改善關節功能，減輕患者疼痛，提高患者的生活質量[2-3]。TKA術后患者假體周圍的骨密度往往會發生改變。對術后假體周圍應力及骨密度變化進行評估，可有效判斷骨量流失情況，監測預后效果。2014年1月～2016年6月，陜西省人民醫院骨科采用TKA治療24例膝關節晚期KBD患者，本研究分析行TKA術后患者假體周圍應力及骨密度的變化情況，報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料納入標準：① 符合KBD診斷標準[4]；② 初次行TKA；③ 隨訪期間患者未長期應用激素及可能影響骨骼代謝的藥物；④ 隨訪時間>1年；⑤ 未合并其他疾病影響膝關節評估，如類風濕關節炎、骨關節炎、創傷后關節炎、強直性脊柱炎。本研究納入24例膝關節晚期KBD患者，男5例，女19例，年齡50～72 (64.5±4.9)歲。病程10～35 (17.5±4.1)年。合并癥：高血壓病10例，糖尿病3例，冠心病5例。本研究獲得陜西省人民醫院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

1.2 術前準備完善常規檢查，積極治療合并的內科疾病，以降低術后并發癥風險。完善影像學檢查，包括攝膝關節負重位X線片，必要時行CT+三維重建檢查。術前評估膝關節活動度、髕骨活動度、下肢神經血管功能、股四頭肌肌力等。在無禁忌證的情況下，切皮開始前靜脈滴注氨甲環酸注射液0.5 g，減少術中出血。

1.3 手術方法硬膜外麻醉或全身麻醉。患者仰臥位。大腿上段綁止血帶，做膝前正中縱向切口約15 cm，髕旁內側入路，清除周圍骨贅，顯露脛骨內側緣，向外翻轉髕骨并依次切除髕上囊、髕下脂肪墊、滑膜、半月板及前后交叉韌帶。根據畸形情況依次松解攣縮韌帶及軟組織：① 對于內翻內旋畸形者，松解半膜肌附著點，顯露脛骨后內側，切除股骨遠端和脛骨平臺內側骨贅，松解脛骨后內側的側副韌帶。② 對于外翻外旋畸形者，松解髂脛束、外側副韌帶、腘肌腱及后外側關節囊。③ 對于嚴重屈曲攣縮畸形者，則先行一期股骨、脛骨截骨后進行軟組織松解，股骨遠端初次截骨一般10～11 mm，脛骨近端初次截骨一般6～8 mm，增加截骨1～2 mm，截骨寧少勿多，盡量保留骨量。去除髕骨周圍骨贅，高頻電刀去神經化處理，安裝假體前確認下肢力線、關節活動度、內外翻平衡及髕骨運動軌跡，安裝假體后膝關節伸直位等待骨水泥固化。膝屈曲80°～90°位縫合切口，留置引流管，關閉關節囊之后向關節腔內注射50 ml含0.5 g 氨甲環酸的生理鹽水，加壓包扎。

1.4 術后處理使用抗生素1～3 d，利伐沙班片、低分子肝素注射液常規抗凝7～10 d。采用連續股神經阻滯、非甾體類抗炎藥等多模式鎮痛。術后48 h內拔除引流管后開始功能鍛煉，術后2～3 d采用CPM機功能鍛煉，同時在醫生的指導下行踝泵、直腿抬高、膝關節屈伸功能鍛煉等。

1.5 觀察指標與療效評價① 采用膝關節KSS評分評估膝關節功能。② 膝關節假體周圍分區及周圍應力分析：將假體周圍區域分為7個興趣區，其中股骨假體周圍分為4個興趣區，分別記為ROIⅠ～Ⅳ區，脛骨假體周圍分為3個興趣區，分別記為ROI 1～3區，見圖1。分別在置換后1、3、6、12、24個月對患者雙側膝關節進行CT掃描并建立模型，應用大型有限元分析軟件Ansys 8.0進行應力分析，根據膝關節肌肉和關節合力數據模擬患者實際體重在平地勻速行走時，足跟著地時的膝關節受力狀態以分析雙側股骨髁、脛骨平臺應力變化。應力遮擋是一種生物力學現象，主要發生于金屬置入物置入活體骨組織后，置入物承受了大部分的應力作用，改變了對骨組織的正常機械刺激，促使置入物周圍骨組織的結構、密度、硬度和力量發生適應性改變[5]，而應力遮擋作用的大小可以用應力遮擋率來表示，其計算公式為μ=(1-σ有/σ無)×100%。μ：應力遮擋率；σ有：有內固定時骨斷層應力；σ無：無內固定時骨斷層應力。③ 膝關節假體周圍骨密度測定：分別在置換后1、3、6、12、24個月利用雙能X線骨密度儀(DEXA,GE LUNAR公司)進行掃描并分析。為消除假體干擾，骨密度儀掃描軟件分析時可直接去除假體。根據興趣區分區，分別2次測量股骨、脛骨每個區域的骨密度，取平均值。所有的測量及分析工作由同一醫師完成，以保證評估TKA后假體周圍骨密度的準確性。

2 結果

患者均獲得隨訪，時間24～30個月。術后X線檢查評估所有假體位置良好，力線獲得改善。術后均無肺栓塞和深靜脈血栓等并發癥發生，未出現假體周圍透明帶、假體下沉或松動。

2.1 膝關節功能評估見表1。KSS評分術后1、3、6、12個月均高于術前，差異均有統計學意義(P<0.05)；術后不同時間點比較差異均有統計學意義(P<0.05)，說明隨著時間的延長，膝關節功能在不斷改善。

2.2 膝關節假體周圍應力分析見表2。假體周圍興趣區各分區的應力遮擋率術后各時間點比較差異均有統計學意義(P<0.05)。假體周圍興趣區各分區的應力遮擋率術后呈先升高后下降的趨勢，以術后6個月興趣區各分區的應力遮擋率最高。

2.3 膝關節假體周圍骨密度分析見表3。術后1個月各興趣區域骨密度無明顯變化，與健側比較差異無統計學意義(P>0.05)；術后3、6、12、24個月各興趣區域的骨密度出現顯著變化，與健側比較差異均有統計學意義(P<0.05)。術后6個月及以后假體各興趣區域骨密度下降逐漸趨于平緩，但骨量的丟失并未停止。術后3個月及以后，各興趣區域的骨密度不同時間點比較差異均有統計學意義(P<0.05)。

2.4 典型病例見圖2、3。

3 討論

3.1 膝關節KBD特點KBD具有較高的致殘率，在我國，陜西省是全國KBD重病區省份之一。晚期KBD膝關節明顯增粗、肥大、畸形或合并半脫位，骨性關節面硬化，關節間隙明顯狹窄甚至消失，導致關節內外成角、屈曲攣縮、旋轉畸形。劉慧通 等[6]通過對KBD與骨關節炎膝關節股骨內外髁橫徑和股骨髁前后徑比較發現，KBD膝關節股骨內外髁橫徑和股骨髁前后徑小于骨關節炎膝關節，差異有統計學意義。不同膝關節KBD患者解剖特點存在差異，常表現為股骨髁嚴重變短、變寬，畸形發育的外髁低平，內外髁橫徑明顯大于股骨髁前后徑，手術治療時術中操作難度較高，術中選用假體型號以中、小號居多，部分患者甚至需根據術前影像學參數定制假體。

表1 手術前后膝關節KSS評分比較[n=24,分，

表2 患者假體周圍區域不同時間應力遮擋率的比較

表3 患者術后假體周圍區域不同時間的骨密度比較

3.2 TKA導致假體周圍生物力學改變傳統評價TKA預后的優劣主要依據患者的臨床情況以及影像學檢查，包括膝關節功能、穩定性、關節活動范圍、有無疼痛。雖然X線片可以評價假體的位置以及假體周圍的骨質情況(骨-假體或骨-骨水泥界面)，測量膝關節力線，為臨床提供感染、松動、下沉的依據，但無法對骨密度的減少進行量化。因此用X線片來評價假體周圍骨密度是不可靠的，不利于對假體周圍的骨質情況進行及時、確切地觀察。根據Wolff定律，人工關節假體植入后，關節假體材料的彈性模量遠高于人體骨骼的彈性模量，股骨遠端和脛骨近端應力發生遮擋，假體周圍骨骼進行適應性骨重建，異常應力分布引起假體周圍骨質溶解，骨量丟失，導致骨密度降低，即應力遮擋[7-11]。由于KBD膝關節股骨髁嚴重變短、變寬，內外髁橫徑大于髁前后徑，為避免切除膝關節過多的骨質,TKA術中通常采用多次少量截骨，階梯松解，在截骨前、截骨時、截骨后植入假體前逐步進行松解，在松解過程中應關注下肢力線和關節穩定性變化[12-14]，避免松解損傷或過多截骨。

3.3 KBD行TKA后評估方法我們認為，KBD行TKA后采取有效手段定期測定假體周圍應力與骨密度，可作為評價TKA治療晚期KBD患者預后的重要指標。三維有限元分析能夠精確體現膝關節周圍組織應力分布[15]，準確評價TKA術后假體周圍應力變化，雙能X線吸收測量法被認為是骨質疏松診斷治療的金標準，對人體輻射量小，可重復測量，目前用于監測并診斷骨質疏松，評估骨折風險。本研究結果顯示，TKA術后膝關節功能恢復情況證實TKA可明顯改善患者膝關節活動情況，進一步通過三維有限元分析術后膝關節假體周圍應力變化，證實置換后6個月興趣區各分區的應力遮擋率增加。隨著時間的延長，股骨假體周圍ROI 1區應力遮擋率逐步減小，由于脛骨假體周圍ROI 1區應力遮擋率最大，導致該區域骨質丟失較多；而股骨假體周圍ROI Ⅲ區應力遮擋率最小，因此該區域骨質受損較小。利用雙能X線吸收測量法跟蹤隨訪發現KBD患者TKA術后3個月，假體周圍骨密度出現顯著減少，與三維有限元分析術后膝關節假體周圍應力變化一致，降低最顯著的是脛骨假體周圍ROI 1區，骨密度相對下降較少的是股骨假體周圍ROI Ⅲ區。術后6個月脛骨假體周圍骨密度降低最為顯著。術后12個月，興趣區各區骨密度下降逐漸趨于平緩。本研究證實膝關節假體周圍骨密度減少與應力遮擋率量的變化一致，而且骨質丟失、骨密度減少與應力遮擋率改變在時間的變化具有一致性。

本研究分析了膝關節晚期KBD行TKA術后24個月內假體周圍的骨質變化情況，認為TKA術后假體周圍應力及骨密度會出現變化且存在相關性。因此，術后采取有效方法定期測定假體周圍應力與骨密度，可作為觀察TKA術后療效的重要手段。