膝关节置换术后膝关节功能恢复与皮温等因素相关性的前瞻性研究

王卓 张琦 胡辉 毕龙 杨 韩一生

作者单位：710032 西安，第四军医大学西京医院

膝关节骨性关节炎 ( knee osteoarthritis，KOA )是一种以关节软骨退行性变性、破坏以及软骨下骨的反应性增生等为主要病理变化的慢性关节疾病，病变经常累及整个关节和周围的组织[1-3]。而全膝关节置换术 ( total knee arthroplasty，TKA ) 则是治疗终末期 KOA 慢性膝关节疼痛和功能障碍的一项成功外科技术[4]。通过 TKA，可以矫正关节畸形、解除关节疼痛，进而改善患者的膝关节功能状态，提高患者的生活质量[5-6]。

临床上发现，TKA 术后的患者手术侧膝关节皮温均会较对侧增高，但增高的程度和持续的时间长短均存在个体差异，且术后患者膝关节的功能恢复情况也具有一定的差异[7-8]。既往相关报道已经证实，TKA 术后膝关节过度增高的皮温提示可能存在关节感染的情况，而 TKA 术后膝关节假体周围感染的发生率可高达 2%[9-11]。现有文献表明，诸多因素均可影响 TKA 术后膝关节功能恢复，如下肢深静脉血栓形成、假体周围感染、假体周围骨折、依从性差异等，而关于患者年龄、BMI、止血带使用时间、手术时间等因素是否会影响患者膝关节功能恢复的报道则较少。因此，本课题组拟探讨正常情况下 TKA 术后膝关节功能恢复与双膝关节皮温差异的大小，及其相关性，并探索可能影响膝关节功能恢复的相关因素。

材料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 2016 年 9 月至 2017 年 3 月，在我院接受初次单膝关节置换术的骨性关节炎患者；( 2 ) 符合 KOA 诊断标准；( 3 ) 双膝关节既往无开放手术或者骨折的病史者；( 4 ) 患侧股四头肌肌力 IV～V 级者；( 5 ) 同组医师按同一标准手术流程进行手术；( 6 ) 术中未行髌骨置换者；( 7 ) 术后切口及全身无感染者，术后 21 天常规拆线；( 8 ) 同意参加研究。

2. 排除标准：( 1 ) 类风湿性关节炎者；( 2 ) 严重的基础疾病 ( 如肾、心脏衰竭，中风后遗症，肿瘤，严重贫血，肝硬化，甲状腺功能亢进，自身免疫性疾病，糖尿病等 ) 者；( 3 ) 随访资料不完整或随访不足 12 个月者；( 4 ) 住院期间或随访中发生关节内感染者；( 5 ) 不明原因的关节僵硬、异位骨化、下肢深静脉血栓或其它影响功能恢复的并发症者。

二、基本资料与分组

本研究共纳入 65 例，男 16 例，女 49 例。依据患者美国膝关节协会评分 ( American knee society score，KSS ) 改善值的大小将患者分成 A、B 两组。A 组：37 例，KSS 评分改善值＜70，B 组：28 例，KSS 评分改善值 ≥ 70。

三、仪器设备

皮温测量使用便携式红外测温仪 ( Optris MS-B，Germany )，检测范围：30 ℃～50 ℃；分辨率：0.10 ℃；重复精度：0.20 ℃。

四、手术方法

( 1 ) 术前常规备皮；( 2 ) 麻醉方式选择腰硬联合麻醉；( 3 ) 切开皮肤前 30 min～2 h 内给予头孢唑林钠 2.0 g 静脉滴注；( 4 ) 切开皮肤前患肢上止血带，由术者依据患者 BMI 情况设置止血带压力，范围为 45～50 kPa，止血带时间不超过 1 h；( 5 ) 取膝关节前正中切口，髌内侧入路，常规截骨，高压脉冲冲洗伤口，安放股骨及胫骨假体，活动膝关节，见膝关节稳定，可伸直，屈曲可达 120°。生理盐水冲洗伤口，高压脉冲反复冲洗，放置引流管 1 根，喷洒氨甲磺酸 1 g，于屈曲 90° 体位关闭切口，无菌敷贴覆盖。手术时间不超过 70 min。患者所选用的假体均为捷迈公司生产的 LPS-FLEX 假体。

五、术后处理

( 1 ) 术后常规使用头孢唑林钠 ( 2.0 g，1 次 /日，静脉点滴 ) 治疗 3 天以预防感染，使用利伐沙班 ( 10 mg，1 次 / 日，口服 ) 抗凝治疗 2 周以预防血栓形成；( 2 ) 手术结束后即对手术侧膝关节行冷疗处置 24 h，每次 CPM 机功能锻炼及人工锻炼结束后行冷疗处置 30 min；( 3 ) 术后第 1 天拔除引流管后，行手术侧膝关节正侧位 X 线检查及双下肢静脉血管超声检查，无明显异常后即指导患者使用 CPM机进行功能锻炼 ( 每天 2 次 ) 以及部分负重下短距离行走；( 4 ) 术后第 2 天开始指导患者行手术侧膝关节功能锻炼 ( 每天 3 次 )，直至术后 1 个月；( 5 ) 于术后第 21 天常规拆线。

六、数据采集

1. 基本信息的采集：登记患者的年龄、性别、身高、体重、身体质量指数 ( BMI ) 等基本信息以及手术中止血带使用时间、手术时间，并由同一名研究人员分别对患者术前 1 天及术后 360 天时进行KSS 评分来量化患者膝关节功能，并记录数据。

2. 皮温的采集：分别以经髌骨上、下缘的水平线及经髌骨内外缘的垂线为界限，将膝关节分为9 个区域 ( 图 1 )。由同一名研究人员，分别于患者术前 1 天和术后第 1、3、5、7、15、30、60、90、180、360 天的 8 时、12 时、16 时、20 时测量患者双膝关节 9 个区域的皮肤温度。测量之前，让患者双膝关节屈曲 90° 坐于室内温度在 ( 25±1 ) ℃、湿度在 ( 50±10 ) % 的环境中，双下肢暴露后 20～30 min，使用红外测温仪距离皮肤 0.5 cm 处测量双膝关节 9 个区域皮温 ( 图 2 )，取每一个监测日期的 4 个时间点 9 个区域皮温的均值作为一个独立数据，并记录[2]。

七、统计学处理

对两组患者年龄、BMI、止血带时间、手术时间、双膝皮温差 ( 高峰值 ) 分别进行两独立样本t检验，分析 TKA 术后两组研究对象的各项指标是否存在统计学差异；并通过 Pearson 相关系数分析，选择相关因素进行多元回归分析，探讨膝关节功能恢复与双膝皮温差等因素是否存在相关性。取P＝0.05作为检验水准。

图1 膝关节皮温测量区域示意图Fig.1 Knee skin temperature measurement areas

图2 膝关节皮温测量方法Fig.2 Knee skin temperature measurement

结 果

本研究中，病例的纳入与排除 ( 尤其是假体周围感染的排除 ) 是由临床经验丰富、副高以上专家通过结合患者术后 1 年内，每次随访过程中的影像学资料、临床症状、体征以及血清指标 ( 主要是降钙素原、白介素-6、C 反应蛋白、血沉、血常规 ) 进行判断。

本组 65 例均未脱落。患者手术前后手术侧、非手术侧膝关节皮温及双膝皮温差变化 ( 表 1 )。通过对患者双膝皮温差的监测和分析发现，患者皮温最高区为髌骨内下区，而皮温最高的时间为 12 时，双膝皮温差一般于术后第 5～7 天出现高峰值。

通过统计分析发现，TKA 术后 KSS 评分改善值高的对应组患者的年龄、BMI 以及双膝皮温差较另一组患者低。此外，两组间患者的止血带使用时间和手术时间差异无统计学意义。两组患者间的基本信息、双膝皮温差 ( 表 2 )。

表1 TKA 前后患者手术侧、非手术侧膝关节皮温及双膝皮温差变化 (±s)Tab.1 Changes of surgery and non-surgery knee skin temperature before and after TKA (± s )

表1 TKA 前后患者手术侧、非手术侧膝关节皮温及双膝皮温差变化 (±s)Tab.1 Changes of surgery and non-surgery knee skin temperature before and after TKA (± s )

项目 术前 1 天术后天数1 天 3 天 5 天 7 天 15 天 30 天 60 天 90 天 180 天 360 天手术侧膝关节皮温 ( ℃ ) 34.7±0.3336.7±0.5337.3±0.4437.5±0.3837.3±0.3837.0±0.3336.5±0.3036.1±0.3035.8±0.3635.4±0.30 35.1±0.25对侧膝关节皮温 ( ℃ ) 34.7±0.3135.3±0.3035.4±0.2735.7±0.2935.5±0.2735.1±0.2734.7±0.2734.7±0.2634.6±0.2734.6±0.25 34.5±0.26双膝皮温统计学差异 ( P ) 0.069 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01双膝皮温差 ( ℃ ) 0.0±0.18 1.5±0.48 1.8±0.40 1.9±0.39 1.9±0.44 1.8±0.36 1.8±0.37 1.5±0.36 1.2±0.38 0.9±0.30 0.6±0.26

通过 Pearson 相关系数分析，选择相关因素进行多元回归分析发现，KSS 评分改善值与双膝皮温差高峰值呈负相关，而与患者的年龄、BMI、止血带使用时间、手术时间无明显相关性 ( 表 3 )。

表2 两组患者间的基本信息及双膝皮温差 (± s )Tab.2 Basic information and differential skin temperature of the 2 groups (± s )

表2 两组患者间的基本信息及双膝皮温差 (± s )Tab.2 Basic information and differential skin temperature of the 2 groups (± s )

因素 A 组 ( 37 例 ) B 组 ( 28 例 ) P 值年龄 ( 岁 ) 69.30±10.20 64.90±7.00 0.045身高 ( cm )BMI 26.80± 3.21 25.00±2.21 0.014止血带时间 ( min ) 50.90± 3.24 51.50±3.51 0.497手术时间 ( min ) 59.80± 2.90 60.70±3.00 0.245皮温差 ( ° ) 2.00± 0.42 1.75±0.32 0.011 KSS 评分改善值 58.30±10.04 77.58±6.38 <0.001

表3 KSS 评分改善值与双膝皮温差等因素之间的相关性Tab.3 Relations between KSS improvement and differential skin temperature

讨 论

在治疗终末期 KOA 方面，全膝人工关节置换术无疑是一项成熟的术式，可以通过 TKA 来减轻膝关节疼痛、改善膝关节功能以及提高患者生活质量，患者的满意度也可高达 90%。但是在临床上经常有患者术后抱怨手术侧膝关节皮肤温度比较高，并且会持续很长的时间[12-14]；一般情况下 TKA 术后患者的膝关节功能较术前都大为改善，但是每个患者的膝关节功能恢复情况也存在着一定的差异。

有学者通过研究表明，患者在行 TKA 术后即使未合并发生假体周围感染的情况，也会由于手术创伤和假体材料的刺激，导致机体白细胞释放内源性递质、炎细胞浸润，引起膝关节局部毛细血管扩张以及血流量增加、增快，从而导致膝关节皮温升高[15-18]。Shaw 等[19]学者指出 TKA 术后由于膝关节假体材料的刺激和组织的创伤导致炎性细胞浸润，炎性细胞继而分泌的内源性递质促使膝关节局部毛细血管扩张，导致局部毛细血管的血流增快、产热量增加，从而引起膝关节局部皮肤温度升高；此外，由于人工假体材料的植入，短期内人体免疫系统会对假体材料产生一定的免疫反应，也可导致炎症反应引起局部皮温升高。因此，患者在行全膝人工关节置换术后，手术侧膝关节局部皮肤温度首先呈现急剧上升趋势，随着炎症的逐渐消失和免疫反应的减弱，膝关节皮温也趋于正常。已有研究表明红外线测温仪可通过热成像进而对膝关节皮肤温度进行测量，具有重现性、安全性和非侵入性等优越性，可以反映膝关节局部的炎症反应情况[20-22]。

国外有研究发现，患者行 TKA 术后 1 年时，手术侧膝关节皮温仍高于对侧或术前水平，分析认为可能是在伤口愈合过程中，由于生理性炎症反应导致软组织灌注增加，进而体现在膝关节局部皮肤温度增高这一现象上[23-24]。Mehra 等[25]在试验中证明 KOA 患者的手术侧膝关节皮肤温度在术后早期呈上升趋势，但一般于术后 18 周时恢复到术前水平；Haidar 等[13]也认为，随着时间的推移，手术和对侧膝关节的皮肤温度差异有所下降；Honsawek 等[26]通过试验研究证实，手术后膝关节表面的皮肤温度显著升高，并进一步指出双膝关节皮温差于术后26 周内逐渐恢复；Zeng 等[14]报道手术侧膝关节皮肤温度在术后 12 个月恢复到术前值，而双膝关节皮温差在术后 12 个月随访时仍然比术前水平高 (P＜0.01 )；叶奕等[15]通过研究发现，至术后 36 周时双膝皮温差异已无明显统计学差异 ( 0.54±0.3 ) ℃，而术后 48 周时患侧膝关节皮温恢复正常；苟波等[27]报道双侧膝关节皮肤温度在术后 24 周以后已基本没有差异。本研究发现，双膝皮温差于术后前 5 天内迅速上升，之后缓慢下降，直至术后 12 个月患者手术侧膝关节皮温仍高于对侧及术前水平，这与既往研究结果基本一致，考虑可能与手术导致膝关节骨与软骨创伤以及假体植入物刺激引起的急性炎症反应有关。作者认为，TKA 术后 5 天双膝关节皮温差仍呈上升趋势的患者应当引起临床医师的充分重视，建议结合临床症状、影像学检查以及血清指标等资料，排除假体周围感染的可能。此外，在后续的临床工作和研究中拟收集更大样本量的患者进行更长随访时间的观察来探索 1 年后患者的双侧膝关节皮温及双膝关节皮温差的变化情况。

Zeng 等[14]通过方差分析表明，轻度皮温差的那组患者术后与术前的 HSS ( hospital for special surgery knee score ) 评分的差值明显高于中度组或重度皮温升高组，而双膝皮温差异大小和 HSS 评分改善程度之间呈较强的负相关。本研究中，通过两独立样本t检验发现，TKA 术后 KSS 评分改善值高的对应组患者的年龄、BMI 以及双膝皮温差较另一组组患者低，两组间患者的止血带使用时间和手术时间差异无统计学意义；通过 Pearson 相关系数分析筛选相关因素进行多元回归分析发现，KSS 评分改善值与双膝皮温差高峰值呈负相关，而与患者的年龄、BMI、止血带使用时间、手术时间差异无统计学意义。笔者认为 TKA 术后，由于手术创伤和假体植入物的刺激，导致机体白细胞释放内源性递质、炎细胞浸润，引起膝关节局部毛细血管扩张、血流增快，从而导致手术侧膝关节皮温较对侧膝关节高的现象。此外，笔者进一步推测，与双膝关节皮温差异小的患者相比较，双侧皮温差异大的患者可能存在手术侧膝关节局部炎症反应更为活跃和严重的现象，进而可能会导致患者手术侧膝关节功能恢复也相对稍差的情况。本研究中所采用的手术方法和术后处置标准均统一，但是膝关节的人工锻炼方法虽然是由同一医师按照同一标准来指导患者和家属，但是患者和家属的依从性差异有统计学意义，尤其对于出院后的患者，由于缺乏临床医师的监督，存在标准下降的问题，且下降程度不一，因此这将对研究结果造成一定的影响。此外，由于女性中 KOA 的发病率高于男性，本研究女性患者多于男性患者，故研究结果具有一定的片面性，可能不适用于男性患者。本研究并未将患者的性别、假体材料型号的大小等因素纳入到讨论中来，因此这些因素是否与患者的膝关节功能恢复有相关性，有待于进一步的研究和探索。

TKA 术后双膝皮温差值较高者的患者可能预示着患者膝关节功能恢复则可能较双膝皮温差值低者差一些。所以，临床上骨科医师可以尝试通过测量术后患者的双膝关节皮温差来初步预测患者的膝关节功能恢复情况。因为本研究仅仅是一项初步的探索性研究，因此，需要后续更加深入、更加严密的基础实验和临床研究来进一步的研究和探讨。