不同手术治疗膝关节骨关节炎后的生物力学分析

凯赛尔江·艾合买提 张秀丽

骨关节炎(OA)是临床常见的慢性退行性疾病，主要累及膝关节[1]。近年来多项研究表明，中老年人群是膝关节骨关节炎(KOA)的高发人群，KOA好发于亚洲人，且其发病率与年龄呈正相关，但近年来KOA患病率呈年轻化趋势[2-3]。目前KOA患者主要手术治疗措施包括胫骨高位截骨术(HTO)、膝关节单髁置换术(UKA)、全膝关节置换术(TKA)等。近年来，随着科技的进步，步态分析已成为评价骨科手术疗效的有效工具。虽然人工关节置换术后患者步态恢复情况有多种评分标准，但均缺乏定量指标，而步态分析可以通过收集下肢步态数据，定量描述下肢功能[4-5]。随着“精准医疗”理念的提出，步态分析技术得到临床骨科医生的广泛认可，被称为评价骨科手术效果及指导康复功能训练的“金标准”[6-7]。本研究对接受HTO、UKA及TKA治疗的KOA患者进行研究，收集患者在不同康复阶段的步态参数，为康复训练提供有效的临床依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取2018年3月至2019年3月在天津医院关节外科、运动医学关节镜科接受手术治疗的KOA患者90例，其中30例行HTO(HTO组)，30例行UKA(UKA组，均采用活动平台型膝关节单髁假体)，30例行TKA(TKA组，均采用后交叉韧带替代型假体)。本研究中男42例，女58例，年龄52～68岁，平均年龄(60.5±7.3)岁。纳入标准：①符合美国膝关节协会单侧KOA诊断标准；②符合相关手术适应证，不存在手术相对或绝对禁忌证；③不存在影响肢体活动的其他疾病如腰椎间盘突出症等；④意识清楚，具备一定的交流能力；⑤患者及其家属同意参加本研究。排除标准：①伴有其他骨关节或神经肌肉系统等疾病；②患有严重的呼吸系统或心血管系统疾病，影响机体活动能力；③患者及其家属不同意参加本研究。本研究所有患者均签署测试知情同意书，且实验经医院伦理委员会批准，3组患者均由同一组医生实施手术治疗。受试者基本资料见表1。

表1 患者基本资料

1.2 方法

本研究使用美国Minisun公司生产的基于多传感器的便携式步态测试系统(IDEEA)测量患者的步态参数。IDEEA由1 个主机和7 个肢体三维加速度传感器构成，微型传感器粘贴在患者双大腿、双踝、双足及胸骨上，在受试者行走时采集步态参数，并传输到放置于患者腰部的主机，设备采样频率64 Hz。

患者佩戴仪器并开启后，在30 m2的平地上来回行走60 m，研究人员采集患者术侧肢体的步态数据。数据采集结束后，将其导入电脑进行处理分析。采用ActView 3分析软件，输出所采集数据的平均结果，有11个步态参数纳入研究，包括7个时空参数(单腿支撑时间、双腿支撑时间、单双腿支撑时间比、步态周期时间、速度、步频、步长)和4个加速度参数(拔腿强度、摆腿强度、地面冲击和足落地控制)[8]。

1.3 统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件进行分析，数据以均数±标准差表示，组间比较采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 步态时空参数

术后1、3个月，UKA组患者步态时空参数均优于HTO组和TKA组，差异有统计学意义 (P<0.05)；术后6个月，3组组间步态时空参数无显著性差异(P>0.05)(表2)。

表2 患者术后步态时空参数对比

2.2 步态加速度参数

术后1、3个月，UKA组患者摆腿强度、地面冲击、足落地控制均优于HTO组和TKA组，差异有统计学意义 (P<0.05)，3组组间拔腿强度无显著性差异(P>0.05)；术后6个月，3组组间步态加速度参数无显著性差异(P>0.05)(表3)。

表3 患者术后步态加速度参数对比

3 讨论

随着全球逐步进入老龄化社会，KOA发病率呈逐年上升的趋势。膝关节人工假体寿命为15～20年，如何实施保膝治疗，延长患者自身膝关节的使用寿命，是未来关节外科研究的重要方向。步态参数分析目前已广泛应用于骨科疾病的诊断、治疗及症状评估，是评价治疗效果的定量指标。本研究所采用的IDEEA具有方便携带、长时间采集时空参数等特点，弥补了传统步态分析仪的缺点。由于具备角度分析仪，IDEEA可测量出“行走中的活动度”，相对于静止活动度，更能反映下肢功能综合改善情况[9]。

本研究显示，术后1、3个月，UKA组患者单腿支撑时间、双腿支撑时间、单双腿支撑时间比、步态周期时间、速度、步频、步长、摆腿强度、地面冲击和足落地控制均优于HTO组和TKA组(P<0.05)；术后6个月，3组患者步态参数差异无统计学意义(P>0.05)。分析原因主要有以下方面：①相对于传统的TKA、HTO等手术方式，UKA具有损伤小、恢复快等特点，且术中截骨量少，对膝关节周围骨组织破坏程度小；②由于UKA术中关节囊松解较少，手术损伤局限，有利于提高术后早期镇痛效果，促进康复训练；③UKA术中均保留髌上囊，不会影响患者本体感觉。

本研究通过收集不同手术治疗的KOA患者术后步态参数进行下肢生物力学分析，发现UKA、TKA及HTO均可减轻患者疼痛症状，改善膝关节功能，同时下肢肌肉力量和功能也得到相应改善。研究证实，拔腿强度可有效反映股四头肌力量情况，而摆腿强度则反映小腿三头肌、腘绳肌功能情况[10]。本研究结果表明，进行不同手术治疗的KOA患者术后1、3、6个月的拔腿强度和摆腿强度均得到明显提升。

本研究显示，相对于传统的TKA、HTO，UKA具有早期关节功能明显改善、膝关节活动度显著增加等特点，同时IDEEA可以客观地记录膝关节手术后患者步态参数变化，对于评价手术效果及指导功能锻炼具有一定的参考价值。