性别相关髋关节生物力学差异对全髋关节置换术疗效的影响

付君 徐驰 倪明 李想 柴伟 张国强 郝立波 周勇刚 陈继营 刘承涛

全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)可有效缓解关节疼痛、改善关节功能、提高患者的生活质量[1]。THA术中关键的目标之一是恢复正常髋关节生物力学，包括髋臼和股骨头旋转中心的重建[2]；其主要参数有髋臼旋转中心高度和偏距以及股骨旋转中心高度和偏距，并由此衍生出总高度和总偏距。总高度恢复可有效保持髋关节稳定以及防止双下肢不等长(limb length discrepancy,LLD)，总偏距的良好重建也能进一步加强髋关节的稳定性，降低聚乙烯磨损，改善活动度，增加外展肌力臂[3-4]。髋臼偏距恢复存在一定争议，很多医生术中选择磨锉至真臼底，相对内移髋臼旋转中心，即减小了髋臼偏距，致使单足支撑相过程中体重力臂减小，减小对股骨头的应力从而延长THA生存时间[5]。然而，髋臼偏距减小也会引起髋臼撞击、疼痛以及活动度减小[6]；而且为了维持关节稳定和外展力臂需要补偿性的增加股骨偏距。相反，一些医生术中恢复原始髋臼旋转中心位置以保留更多骨量，因而可以增加活动范围、减少撞击[7]。既往研究报道性别对骨盆、髋臼以及股骨近端的形态学有一定影响[8-9]。在股骨侧，女性股骨头直径和股骨偏距较小；男性股骨前弓和侧弓较大；但股骨颈前倾角无性别差异。在髋臼侧，男性骨盆较窄较长；女性髋臼前倾较大。Bonin等[7]报道术中磨锉至真臼底将导致95%男性和57%女性的髋臼偏距减小6 mm以上。因此，髋臼旋转中心内移对男性THA的影响较大。既往文献未见关于性别相关髋关节生物力学参数对术后疗效的影响，本研究通过回顾性分析单侧股骨头坏死行THA患者影像学、功能评分和并发症等，旨在评估性别相关髋关节生物力学差异对THA术后疗效的影响。

资料与方法

一、资料

1.纳入及排除标准：(1)纳入标准：①2018年1月至2018年12月收治的单侧股骨头坏死患者(ARCO分期>2期[10])；②同一术者完成THA手术；③影像学、临床资料完全。(2)排除标准：①手术侧髋关节既往外伤史、手术史；②对侧髋关节既往THA史；③对侧髋关节ARCO分期>2期；④伴有影响THA术侧运动和感觉的疾病，如下肢偏瘫、小儿麻痹症、腰椎间盘突出症等。

2.病例来源：本研究共纳入2018年1月至2018年12月解放军总医院骨科收治且由同一主刀医生完成THA手术的单侧股骨头坏死患者共76例，其中男43例，女33例，平均年龄51.24(22～80)岁。男女两组患者的基线资料，包括年龄、BMI(body mass index)、术前HHS评分差异无统计学意义(P>0.05)；与男性组患者比较，女性组患者身高较矮小(1.59 m比1.72 m;P<0.05)、体重较轻(61.24 kg比75.23 kg;P<0.05)、股骨头直径较小(46.98 mm 比53.33 mm;P<0.05)。

二、方法

1.手术：手术均采用后外侧入路，臼杯假体：Pinnacle(Depuy，美国)和Betacup(Link，德国)；股骨柄假体为Corail(Depuy，美国)和LCU(Link，德国)，均选择Delta陶对陶摩擦界面。髋臼旋转中心的高度和偏距术中参考髋臼横韧带(臼杯口平面与横韧带平行)，且臼杯大小选择参考对侧股骨头直径(≤4 mm)。股骨旋转中心的高度和偏距术中参考小粗隆顶点至股骨头中心距离(高度)和大粗隆顶点至股骨头中心距离(偏距)。

2.影像学测量：手术前后均拍摄标准的骨盆正位X线片和双髋关节正侧位X线片，双腿之前放置50 mm标尺方便测量。髋关节解剖结构参数测量采用Orthoview软件(Materialise，比利时)，由2名作者分别完成测量取其平均值，计算组内相关系数评估测量者之间差异。为了与对侧正常髋关节对比，本研究中将手术侧与对侧髋之间的差值定义为“+”表示高度或偏距增加，“-”表示高度或偏距减小。

髋臼高度和偏距分别为髋臼旋转中心至泪滴连线的垂直距离和至经过泪滴垂线的垂直距离(图1)；股骨高度和偏距分别为股骨头中心至坐骨结节连线的垂直距离和股骨中线的垂直距离(图1)。髋臼底深度为股骨头内侧至泪滴外侧距离减去1/2的关节间距(图2)。

图1 髋关节生物力学参数测量示意图。髋臼高度和偏距分别为：髋臼旋转中心至泪滴连线的垂直距离(AH)和至经过泪滴垂线的垂直距离(AO)；股骨高度和偏距分别为：股骨头中心至坐骨结节连线的垂直距离(FH)和股骨中线的垂直距离(FO)

图2 髋臼底深度测量示意图。髋臼底深度为股骨头内侧至泪滴外侧距离(a)减去1/2的关节间距(b)

3.术后随访：术后3、6、12个月常规对患者进行随访，随访内容主要包括影像学资料和HHS(Harris hip score)评分以及并发症(脱位、假体周围感染、骨折等)发生情况等。

结 果

一、一般资料分析

至末次随访，两组患者均未见关节脱位、假体周围感染、假体周围骨折等并发症发生(表1)。

二、术前髋关节生物力学分析

患侧髋关节生物力学参数测量：男女两组患者之间的股骨高度、髋臼高度和总高度以及髋臼深度的差异无统计学意义；男性组髋臼和股骨偏距均大于女性组(P<0.05)；同样，男性组总偏距也较大(P<0.05)。

与对侧髋关节对比结果显示，患侧髋臼高度和偏距均增大；但在男女两组间差异无统计学意义，即股骨头坏死晚期均导致髋关节旋转中心相对于正常侧向外、向上移位。股骨高度增大但股骨偏距均减小；但是在男女两组间差异无统计学意义。术前患侧下肢长度均较对侧短缩，其中女性组平均短缩7.55 mm，男性组平均短缩7.14 mm(表1)。

表1 术前一般资料及髋关节生物力学参数测量

三、术后髋关节生物力学分析

术后男女两组患者髋臼杯直径大小分别为(54.84±0.35 )mm和(50.79±0.38) mm(P<0.05)。术后男性组患者股骨和髋臼的高度与偏距均大于女性组患者，即男性组患者术后恢复了相对较正常的髋关节生物力学。

1.高度差值：与对侧比较，男女两组的股骨和髋臼高度均增大，且男性组更明显(P<0.05)；然而，两组总高度差值均减小，且两组之间差异无统计学意义，最终导致两组的术侧下肢长度差异无统计学意义。

2.偏距差值：与对侧比较，男女两组股骨偏距、髋臼偏距和总偏距的差值均减小，但是两组之间的变化差异无统计学意义(表2)。

表2 术后髋关节生物力学参数测量

四、术后髋关节生物力学差值与HHS的相关性分析

术后1年随访时男性组和女性组患者的HHS评分分别为96.0(93.0,97.0)分和94.0(89.5,97.0)分(P<0.05)。男女两组股骨高度、髋臼高度和总高度差值与术后HHS功能评分无相关性。男女两组的总偏距和股骨偏距差值与HHS改善值无相关性；女性组髋臼偏距增加与HHS改善值呈正相关，由于女性组髋臼偏距平均减小1.98 mm，而男性组髋臼偏距平均减小1.89 mm，这也解释了术后男性组患者总体HHS评分高于女性组患者(表2,3)。

表3 术后髋关节生物力学参数改变与HHS评分相关性分析

讨 论

恢复正常的髋关节生物力学是THA术中关键目标之一。髋臼和股骨头旋转中心的高度和偏距在维持髋关节稳定以及髋周软组织正常功能发挥重要作用[11-12]。本研究通过测量THA手术前后的术侧和对侧髋关节生物力学参数，发现性别差异性相关的生物力学对术后疗效有影响。

手术前男女两组患者总高度的差异主要来自于股骨侧，髋臼高度几乎相等，原因是男性股骨和股骨头直径均较大。因此股骨头与小转子之间距离也较远，结果导致男性患者术后股骨高度增加大于女性患者；而髋臼侧高度增加则来源于使用的臼杯直径大小。从术前两组患者的股骨头直径大小分析可知，本研究中男性患者选择的臼杯偏小(臼杯直径几乎与股骨头直径相等)而女性患者选择的臼杯偏大；其原因在于男性髋臼本身比较大，术中在尽量多的保留骨量情况下使用大直径陶瓷对陶瓷摩擦界面，以致使术中选择臼杯直径较小，最终导致男性组患者的髋臼杯放置比女性组上移较多，其髋臼高度大于女性组。在本研究两组患者总高度均较对侧减小；而女性组总高度减小较多，其旋转中心相对下移，影响了外展肌力臂。这可能与术后女性组患者术后HHS评分较低有相关性。

既往大量研究报道了总高度差异与LLD的相关性。本研究中男女两组术后的总高度差和LLD均差异无统计学意义。但是，患者对LLD的感知是复杂的，受到脊柱侧弯、骨盆倾斜和膝关节力线等多方面影响[13-14]。因此，尽管本研究中两组患者术后LLD的差异无统计学意义，但是其HHS评分仍存在差异。

本研究发现术前男性组患者髋臼、股骨和总偏距均较大；而在女性组患者中髋臼旋转中心内移导致的髋臼偏距减小与术后1年HHS评分较低有关。相反，男性组患者相对外移髋臼旋转中心，术后HHS评分较高。Krutz等[6]证实了髋臼旋转中心对骨性撞击的影响大于股骨偏距，且臼杯内移和上移的影响最大[15-16]。

髋臼杯内移和下移也会影响外展肌力臂，因此需要相应地增加股骨偏距以代偿。然而，Little等[4]研究证实股骨偏距增加>5 mm与较高的聚乙烯磨损率有关。Bonnin等[7]研究报道真臼底的内移可导致髋臼偏距减小，18%男性THA患者甚至达到了10 mm以上的内移。因此推荐髋臼杯放置于解剖位置或原位，术中磨锉髋臼时保留部分卵圆窝内脂肪垫(不磨锉至真臼底)。本研究结果也证实术中更倾向于内移臼杯，尤其是术前髋臼底较深的患者(女性偏多)，最终导致术后1年HHS评分改善较低。

本研究的局限性如下：(1)本研究的测量基于X线片，股骨旋转会影响投射角度，从而导致股骨高度和偏距测量值不准；(2)本研究为针对单一病种(股骨头坏死)的单中心研究，还需要继续扩大样本量和多中心验证研究结果。

综上所述，性别差异对髋关节生物力学参数有一定影响，具体表现为，女性组患者髋臼底深度较深，因而术中倾向于臼杯内移，导致髋臼偏距减小；且女性患者术中容易选择较大号的髋臼假体，导致总高度减小，即旋转中心内移、下移，最终可能影响术后功能恢复。