運動學對線與機械力學對線指導全膝關節(jié)置換對關節(jié)功能、疼痛及步態(tài)的影響

蘇時豪

膝關節(jié)骨關節(jié)炎作為老年人群中發(fā)生率較高的退行性關節(jié)疾病，主要是由于關節(jié)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(jié)骨關節(jié)炎發(fā)病率也隨之升高。主要特點：活動受限、關節(jié)疼痛，直接影響了患者生活質量[1]。人工全膝關節(jié)置換作為該類疾病的可靠治療方案，對后續(xù)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(jié)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(jié)周圍軟組織松解，并能夠改善膝關節(jié)生理性運動，改善患者膝關節(jié)功能[3]。因此本文為進一步分析兩種方式的優(yōu)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(yī)院2018年1月-2021年3月收治的70例內翻性膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者，納入標準：（1）確診為內翻性膝關節(jié)骨關節(jié)炎，符合全膝關節(jié)置換術納入標準；（2）Kellgren-LawrenceⅢ、Ⅳ級；（3）無關節(jié)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(jié)炎；（2）周圍軟組織存在神經異常；（3）存在關節(jié)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(tǒng)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(guī)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(jié)。所有手術醫(yī)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(jié)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(wěn)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(jié)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(jié)，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(jié)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(wěn)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(guī)格：1 ml∶40 mg）+ 鹽酸腎上腺素注射液（遂成藥業(yè)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(guī)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(yī)院（HSS）膝關節(jié)評分：其中滿分為100分，得分＜60分為差，得分越低膝關節(jié)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(tài)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(jié)生物力學指標。步態(tài)分析數據采集：以Vicon三維步態(tài)捕捉系統(tǒng)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(jié)虛擬中心點，對膝關節(jié)屈伸角度測算，膝關節(jié)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(jié)中心點力與力矩之間計算[8]。

1.4 統(tǒng)計學處理

本研究采用SPSS 18.0統(tǒng)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(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術前后HSS膝關節(jié)評分與疼痛評分比較

兩組術前膝關節(jié)、疼痛評分比較差異無統(tǒng)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(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組手術前后HSS膝關節(jié)評分與疼痛評分比較[分，（±s）]

表1 兩組手術前后HSS膝關節(jié)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(jié)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(tǒng)計學意義（P＞0.05）；術后1年，研究組步速、步幅均優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)生物力學指標比較

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

表5 兩組手術前后膝關節(jié)生物力學指標比較[（N·mm）/kg，（±s）]

表5 兩組手術前后膝關節(jié)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(jié)骨關節(jié)炎在老年患者中發(fā)生率較高，全膝關節(jié)置換術對這類患者治療具有重要意義，可改善患者膝關節(jié)功能，使得患者疼痛值下降，關節(jié)畸形情況好轉，有效提升膝關節(jié)功能，進一步提高自身生活質量。而大多患者膝關節(jié)會出現生理性內翻的情況，MA-TKA手術會導致術后膝關節(jié)解剖功能存在異常，隨之術后發(fā)生膝關節(jié)不適[9]。因此有研究指出，下肢力線矯正位置應該在膝關節(jié)中心偏內側位置，負重狀態(tài)下膝關節(jié)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(jié)的力學狀態(tài)，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(tǒng)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(tǒng)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(jié)生物力學指標整體優(yōu)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)能夠恢復到正常狀態(tài)，改善患者步態(tài)[14]。但可能會使得患者膝關節(jié)活動受限，出現關節(jié)不穩(wěn)或僵直的情況，甚至出現慢性疼痛，主要是忽略了膝關節(jié)運動學力線，無法很好地模擬膝關節(jié)生物力學狀態(tài)。且在健康人群中下肢力線并非0°中立位，而是膝關節(jié)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(jié)恢復正常的生物力學運動狀態(tài)[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(yōu)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(jié)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(jié)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(jié)置換術中應用可避免傳統(tǒng)機械力學對線操作復雜、不精準的缺點，也是術后膝關節(jié)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(jié)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(tài)情況，膝關節(jié)生物力學指標改善效果更理想，值得應用。