髌股关节压力对膝关节置换术后功能恢复影响的研究

刘涛，杜梦楠，高石军*，李彤，康凯，王欣，李涛，董军

(1.河北医科大学第三医院关节科，河北 石家庄 050051；2.承德医学院病理教研室，河北 承德 067000)

TKA是治疗膝骨关节炎的有效方法之一，但膝关节置换会增加髌股关节应力和改变膝关节正常生物力学[1-2]，导致膝关节置换术后髌股关节相关并发症的产生。有学者报道：膝前痛等髌股关节相关并发症的发生率为5%～45%[3-5]。作者使用压敏片对2016年4月至2016年12月24例接受膝关节置换患者的髌股关节生物力学进行测量，并针对其术后膝关节功能恢复情况进行随访研究，为进一步完善对髌股关节的处理提供可靠依据。

1 资料与方法

1.1 纳入标准 a)初次接受单膝关节表面置换术；b)无膝关节周围骨折；c)均使用后叉保留假体；d)无神经肌肉性疾患；e)屈曲大于120°且伸膝滞缺小于10°；f)肌力在4～5级；g)髌骨滑迹正常。

排除标准：a)风湿性及创伤性骨关节炎；b)髌股关节发育不良；c)高低位髌骨；d)强直性脊柱炎；e)术后发生严重并发症如大血管血栓、感染等；f)术后严重的骨质疏松患者。

1.2 一般资料 本实验采用随机单盲试验法，经纳入和排除标准筛选后随机选取2016年4月至2016年12月在河北医科大学第三医院关节二科接受单侧全膝关节表面置换术的患者共24例，年龄58～69岁，平均63.4岁。患者年龄、性别、术前HSS评分、关节活动度、膝前痛等一般资料差异均无统计学意义(P>0.05)。

1.3 压敏片的使用和测量 采用日本生产的超低型感压纸，将其修剪成5 cm×5 cm大小并用无菌保护膜密封以备术中用。截骨前将压敏片置入髌股关节，以间断缝合的方法关闭关节囊并使膝关节保持屈曲位2 min，分别在不同屈膝角度下完成以上操作(30°、60°、90°、120°)，假体置换完成后重复之前操作步骤，测量完成后，使用FPD301浓度计随机测量15个点的浓度值，并使用压力传感器自动换算出接触压(kg/cm2)，重复测量3次求其均值，并使用激光扫描仪对压痕面积进行测量，结果为髌股关节瞬时接触面积。

1.4 观察指标 假体置换前后髌股关节应力，术后1～1.5年的HSS评分，髌骨kujala评分、膝关节活动度(range of motion，ROM)、膝前痛情况，并进行统计学处理。

1.5 手术方法 手术均采用全麻或腰硬联合麻醉，大腿近端用止血带，压力为280 mm Hg，常规采用膝前正中纵行切口，髌旁内侧入路，清除关节囊增生、髌下脂肪垫及内外侧半月板，切除前交叉韧带，凿除胫骨近端和股骨远端骨赘，清理后关节囊骨赘及游离体，胫骨近端截骨垂直于小腿长轴并后倾10°，根据关节周围软组织情况清理膝关节周围骨赘以保证软组织平衡，达到屈伸间隙对称。股骨远端及后髁截骨采用间隙平衡技术，冲洗创面，消除骨碎片，采用骨水泥技术固定各个假体，不进行髌骨置换，检查膝关节屈伸情况，关节腔内注射氨甲环酸1 g，逐层缝合切口。术后12 h皮下注射低分子肝素钠5 000 U，术前半小时、术后48 h预防性使用头孢唑林钠2.0 g。术后第1天要求患者病床上进行下肢肌肉收缩训练，预防下肢深静脉血栓形成，术后第3天要求患者借助助行器下地行走，术后2周拆线，拆线后继续按计划进行下肢功能恢复锻炼。

1.6 统计学分析 数据均采用SPSS 19.0统计学软件进行分析，a)手术前后各项评分情况采用配对样本t检验；b)术后两组间HSS评分、ROM及kujala评分对比情况采用独立样本t检验进行分析；c)术后膝前痛发生概率采用χ2检验。

2 结 果

2.1 接触压力及面积 24例接受测量的患者中，由于髌股关节磨损严重及周围骨赘的形成，导致髌股关节接触异常，假体安装前的测量并无实际意义，因此重点针对假体安装后的髌股关节压力进行测量分析。14例测量结果显示在30°、60°、90°、120°时外侧压力略高于内侧，且屈曲角度越大，压力值越高，压迹显示为哑铃形，外侧显色面积略大于内侧，术后髌骨轴位片显示髌骨居中于滑车沟内。10例患者压敏痕迹显示为彗星形，其中7例患者30°及60°时外侧压力面积为类圆形，内侧压力为月牙及长条形，外侧压力值明显大于内侧，90°及120°时压迹转变为哑铃形，内外侧面积基本相同，压力值基本无明显差别；3例患者30°、60°、90°时压迹为彗星形，不同的是内侧压迹面积要明显大于外侧，内侧压力值也明显高于外侧，在120°时两侧压力值及面积的差距减小，其中1例患者在屈膝30°、60°时，只有单侧压痕显色，其余角度压力分布情况与哑铃组基本相同。术后膝关节轴位片显示彗星组患者髌骨有不同程度的倾斜征象，同时压力分布显示哑铃组压力值较彗星组更为集中，见图1。

2.2 手术前后HSS评分及ROM比较 将术后的功能评分以及关节屈曲度与术前相比进行配对t检验统计学分析，显示整体比较术后HSS评分由术前的(46.86±10.369)分提高到(82.00±3.561)分，差异有统计学意义(P<0.05)。膝关节最大屈曲角度由(104.42±12.71)°提高到(112.60±8.637)°，差异有统计学意义(P<0.05)，表明膝关节置换是治疗膝关节重度骨关节炎的有效手段。

2.3 HSS评分及ROM组间比较 哑铃组ROM(113.07±9.368)°，优于彗星组(105.90±5.915)°，差异有统计学意义(P<0.05)；而HSS评分哑铃组为(78.71±6.244)分，彗星组为(77.90±5.152)分，两组差异无统计学意义(P>0.05)。

2.4 髌骨kujala评分 比较哑铃组与彗星组患者kujala评分情况，哑铃组患者kujala评分为(76.43±6.745)分，明显优于彗星组(69.60±8.449)分，差异有统计学意义(P<0.05)。

2.5 膝前痛发生率 哑铃组发生膝前痛2例(14.3%)，彗星组发生膝前痛2例(20.0%)，进行卡方检验分析，差异无统计学意义。

3 讨 论

髌股关节是重要的伸膝装置，其功能恢复情况也是评价TKA术后手术效果的重要指标之一。正常膝关节活动过程中髌股关节具有复杂且有规律的三维运动特点[6]，而TKA手术过程中，假体设计、旋转对线、软组织平衡、关节间线及髌骨等因素常使得髌股关节生物力学发生改变[7-13]。

a 30°内侧 b 30°外侧 c 60°内侧 d 60°外侧

e 90°内侧 f 90°外侧 g 120°内侧 h 120°外侧

图1 髌股关节压力分布图

目前膝关节置换术中对于髌股关节的处理主要是依靠术者的经验，缺乏确实可靠的依据来评价髌股关节处理是否合理，导致TKA术后髌股关节生物力学发生异常，严重者可引起相关并发症的产生。早在20世纪70年代有学者将压敏片应用于髌股关节生物力学测量[14-15]，能精确有效的测出关节生物力学情况，因此作者考虑使用压敏片对TKA术中髌股关节应力情况进行测量，并针对测量结果及术后膝关节功能恢复情况进行研究分析。

结果显示，假体置换前所测得的数据显示应力及接触面积均无明显规律，差异无统计学意义(P>0.05)。可能是由于骨关节炎患者髌股关节的磨损，周围骨赘，软组织失衡等多种因素的影响，导致髌股关节失去正常运动规律，产生生物应力异常。

在正常的膝关节中，屈膝30°、60°、90°时髌股关节的接触面为内外侧相连的哑铃形，120°时内外两侧接触面为不连续的类圆形，而异常的髌股关节接触面为彗星形、不规则形或单一接触面。作者根据术中压痕形状将患者划分为哑铃组和彗星组，两组进行比较发现，哑铃组中除个别患者屈膝30°时压痕为彗星形外，考虑可能与滑车沟初始部较浅以及本身髌骨有一定的外倾有关，其余患者30°、60°、90°所测得压痕均为内外侧相连的哑铃形，120°时为内外两侧面积相似的两个不连续的类圆形压痕。这表明在膝关节屈曲过程中髌骨基本位于居中的位置，内外软骨面同时与滑车发生接触，这与相关文献报道的髌股关节运动过程中应力分布基本相符[16]；而压力值根据压力分布图可知，哑铃组髌股关节外侧压力略高于内侧，且压力值相对较为集中，个别患者间存在一定的差异，这可能与其本肌力不同存在一定的关系。但总体上哑铃组患者髌股关节压力分布以及压力值都较为符合正常膝关节髌股关节生物力学。

彗星组中不同角度测得的压痕多为彗星型，不符合正常的髌股关节接触痕迹，有7例患者屈膝过程中接触痕迹多趋于外侧，压力值也明显高于内侧。余3例患者在屈膝过程中内侧压力明显高于外侧，同时压敏片显示内侧压痕面积明显大于外侧。其中1例患者在屈膝60°时出现外侧接触面积及压力值为0的情况，处于一侧髌骨面失接触的状态，术后影像学资料也证实了该组患者均出现了一定程度的髌骨内倾或外倾征象，且与髌骨倾斜实验所示结果相似[17]。此外压力分布图显示彗星组患者的压力值较哑铃组而言更为离散。

对随访结果进行分析，两组手术前后HSS评分、ROM均有提高且差异有统计学意义，说明TKA是治疗膝关节骨关节炎的有效治疗手段，可有效提高膝关节功能及关节活动度。将哑铃组和彗星组的HSS评分进行比较并没有明显统计学差异(P>0.05)，而两组髌骨kujala评分以及ROM结果显示哑铃组(113.07±9.368)分、(76.43±6.745)°要明显高于彗星组的(69.60±8.449)分、(105.90±5.915)°，差异有统计学意义(P<0.05)，这表明髌股关节压力对膝关节活动度以及髌骨评分有一定的影响，且哑铃组患者髌股关节更加符合正常生理结构，术后具有更良好的功能。

髌股关节是一个相当复杂的结构，受假体设计、旋转对线、软组织平衡、关节间线及髌骨结构等诸多问题影响[7-13]，其中任何一项处理不当都会使髌骨失去正常滑行轨迹，从而引起髌股关节生物力学发生异常，甚至出现髌股关节相关并发症，如膝关节置换术后髌骨脱位、早期假体磨损等严重后果，导致手术的失败，因此术中对髌股关节情况进行准确合理的调整尤为重要。

根据结果可知，髌股关节压力改变对膝关节置换术后膝关节功能以及髌股关节功能有一定的影响，术前及术中针对髌股关节进行评估，效果不满意时可采取不同的手术入路[18]或术中进行髌骨内外侧支持带软组织平衡术、胫骨结节转移术、髌韧带转移术等措施进行适当调整，使其在动静态瞬时生物应力以及术后三维运动规律更加符合正常膝关节生理结构，可改善患者术后膝关节功能恢复情况，减小术后髌股关节并发症的发生，提高患者满意度。

本研究亦存在一定的缺陷，如样本量少，随访时间短以及缺乏动态应力对比等，作者在今后的工作中将继续完善该研究。