膝骨关节炎患者行胫骨高位截骨术与单髁置换术前后三维步态变化分析*

石朋文，吴 琪，章浩杰，王友华

（1 南通大学附属医院骨科，江苏 226001；2 东部战区总医院淮安医疗区骨科；3 淮安市肿瘤医院骨科）

膝骨关节炎是中老年人常见的退行性疾病，以关节软骨退化损伤、软骨下骨质硬化、肌肉萎缩以及滑膜炎症等关节结构异常或破坏为主要病理特征，临床表现为关节僵硬、肿胀、活动受限和关节畸形等，严重影响患者生活质量[1]。膝骨关节炎可影响膝关节1～3 个间室，其中33%患者为单间室膝骨关节炎。胫骨高位截骨术(high tibial osteotomy，HTO)和单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty，UKA)是临床治疗内侧单间室膝骨关节炎的主要方法，但目前关于这两种术式术后患者步态恢复情况的研究尚少[2]。既往主要通过影像学和问卷调查评价HTO 及UKA 的临床疗效，但问卷调查受医护人员及患者主观意识和认知水平影响较大，而影像学缺乏足够的运动学指标，因此疗效评价不够精准[3-4]。三维步态分析是人体步行功能客观、准确的定量分析方法，是检查关节运动模式的有效工具。本研究回顾性分析我院2015 年1 月—2020 年1 月手术治疗的内侧单间室膝骨关节炎患者120 例，采用三维步态分析评估HTO 和UKA 两种方法术后患者近期下肢运动学参数的变化，为临床术式选择及术后康复提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 内侧单间室膝骨关节炎患者120例，手术方式主要根据术者与患者沟通确定，其中行HTO 术57 例，行UKA 术63 例。纳入标准：(1)根据临床症状及经影像学检查确诊为内侧单间室膝骨关节炎；(2)年龄45～75 岁；(3)影像学检查显示前后交叉韧带和侧副韧带完整；(4)膝关节活动度＞90°，屈曲挛缩＜10°，内翻畸形＜10°；(5)K-L 分级Ⅲ～Ⅳ级；(6)BMI＜30 kg/m2；(7)术后患者不从事重体力劳动或剧烈活动；(8)临床资料完整，愿意配合随访。排除标准：(1)合并重度骨质疏松症；(2)存在外伤、感染等急性关节损坏；(3)合并结核、肿瘤、类风湿等影响关节功能的疾病；(4)有膝关节手术史。HTO 组57例，男性24 例，女性33 例，年龄55.52±7.38 岁，病程2.39±0.81 年，BMI 27.79±1.67 kg/m2，病变位置：左膝28 例，右膝29 例，K-L 分级：Ⅲ级18 例，Ⅳ级39例；UKA 组63 例，男性26 例，女性37 例，年龄66.17±7.69 岁，病程2.63±0.88 年，BMI 27.38±1.56 kg/m2，病变位置：左膝30 例，右膝33 例，K-L 分级：Ⅲ级21 例，Ⅳ级42 例。两组患者性别、年龄、病程、BMI、病变位置及K-L 分级等一般资料比较差异均无统计学意义(P＞0.05)。

1.2 手术方法 两组患者由同一主刀医生进行手术。患者取仰卧位，硬膜外麻醉，大腿近端上气囊止血带。HTO 组：行内侧开放撑开楔形截骨术。术前经X 线片测量截骨量，透视下纠正膝内翻，确认下肢力线良好，施行截骨段楔形截骨，置入锁定接骨板及锁定螺钉，关闭切口。UKA 组：沿髌骨及髌韧带内侧皮肤切口切开关节囊，切除内侧半月板，胫骨和股骨截骨。选择合适的假体及垫片(Oxford 第三代活动衬垫型单髁假体系统，Biomet 公司，英国)，预涂骨水泥，置入假体及垫片并固定。确认关节假体稳定，关闭切口。两组患者围手术期给予预防性抗感染治疗，术后2 d 内进行膝关节活动锻炼，UKA 组患者术后2 d可在助步器辅助下负重行走，HTO 组患者可在4 周后逐渐完成负重行走。

1.3 三维步态分析法 采用Vicon T40 系统(Oxford Metrics Group，英国)采集两组患者术前及术后6 个月膝关节运动学数据。首先进行摄像头测试，要求无反射光标点丢失；校对三维步态捕捉系统建立坐标系，定位原始坐标；接着在患者双侧髂前上棘、髂后上棘、股骨大转子、膝关节股骨内外侧髁、内踝、外踝、足跟以及第1、2、5 跖骨远端放置运动捕捉光标点贴。然后采集患者在静态站立状态下的模型数据，患者在测试区进行练习以适应双下肢贴放的反射光标点。患者适应后开始步态测试，要求每位患者采集6 次有效数据，动力学参数采用AMTI OR6-7(Advanced Mechanical Technology Inc.，美国)进行测量。数据采集完毕后导入Visual 3D 软件进行数据处理和分析。

1.4 观察指标 (1)时空参数：包括步频、步速、步幅、步态周期持续时间及患侧单腿支撑时间；(2)运动学参数：包括矢状面屈曲伸展关节活动范围(ROM)、承重反应期的最大膝关节屈曲角度、支撑相中期膝关节最大伸膝角度、摆动相最大时期的关节屈膝角度以及冠状面内收外展ROM、最大内收角度和最大外展角度。(3)动力学参数：包括矢状面伸膝力矩第1 峰值、矢状面伸膝力矩第2 峰值、冠状面内收力矩第1 峰值及冠状面内收力矩第2 峰值。

1.5 统计学处理 应用SPSS 20.0 统计学软件进行数据分析。计量资料以±s 表示，组间差异性比较采用t 检验；计数资料以频数和率表示，组间差异性比较采用χ2检验。P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组患者手术前后步态时空参数比较 术前两组患者步频、步速、步长、步态周期持续时间及患侧单腿支撑时间比较，差异均无统计学意义(P＞0.05)；术后6 个月两组患者步频、步速、步长及患侧单腿支撑时间较术前明显增加，步态周期持续时间较术前明显缩短，差异均有统计学意义(P＜0.05)。见表1。

表1 两组患者手术前后步态时空参数比较

2.2 两组患者手术前后步态运动学参数比较 术前两组患者步态运动学各项参数比较，差异均无统计学意义(P＞0.05)；术后6 个月两组患者各项参数均较术前明显提高，差异均有统计学意义(P＜0.05)。见表2。

表2 两组患者手术前后步态运动学参数比较 °

2.3 两组患者手术前后步态动力学参数比较 术前两组患者矢状面伸膝力矩第1 峰值、矢状面伸膝力矩第2 峰值、冠状面内收力矩第1 峰值、冠状面内收力矩第2 峰值比较，差异均无统计学意义(P＞0.05)；术后6 个月两组患者矢状面伸膝力矩第1 峰值、矢状面伸膝力矩第2 峰值、冠状面内收力矩第1峰值均较术前明显降低，差异均有统计学意义(P＜0.05)。见表3。

表3 两组患者手术前后步态动力学参数比较 N·m/kg

3 讨 论

HTO 和UKA 是目前治疗内侧单间室膝骨关节炎最有效的方法，两种术式通过不同的治疗理念均能解决患者膝关节内侧疼痛问题。HTO 将下肢负重力线由患侧移到中线或偏健侧，通过将一部分压力分担到对侧间室来减低患侧间室负荷，打破患侧高压—磨损—内翻加重的恶性循环，而且手术不累及膝关节；UKA 是对患侧间室进行置换，以人工假体替代病变关节软骨，以达到缓解疼痛，改善功能的效果，但是置换假体累及关节面，因此属于膝关节置换术[5-6]。手术方式的选择受年龄及术后活动量等因素的影响，年龄较轻、活动量较大的患者更希望保留自然关节，更愿意接受HTO，尽管术后需要较长一段时间后才能正常行走。因UKA 不增加外侧间室负荷，术后恢复快，受到年龄＞65 岁患者的青睐。

近年来，对HTO 及UKA 的临床效果进行了广泛研究，大部分研究表明两种术式的疗效无明显差异。梁庆晨等[7]对55 例HTO 手术患者及43 例UKA手术患者术后6 个月膝关节功能Lysholm 评分、美国特种外科医院评分、胫股角和膝关节活动度等指标进行比较，结果表明两种术式的近期疗效无明显差异。李宇等[8]比较18 例UKA 手术患者和22 例HTO 手术患者术后VAS、KOOS、IKDC、Lysholm 膝关节评分以及胫股角和膝关节活动范围，显示两种术式疗效无明显差异。但是，现有大部分研究的临床疗效指标受外界因素影响较大，尤其是涉及患者主观因素的疼痛程度和功能恢复情况等，其结果与实际情况可能存在较大偏差。即使采用X 线摄片等影像学指标，也只是对膝关节功能进行静态评价，无法获得膝关节动态运动学特征。

三维步态分析结合生物力学、运动学、动力学及解剖学，定量分析患者术后步态的变化[9-10]。本研究采用三维步态分析法，以客观量化指标评价HTO 和UKA 两种术式治疗内侧单间室膝骨关节炎的临床效果。膝骨关节炎患者出现异常步态变化，主要包括减痛步态和逃避步态。减痛步态主要由于患膝疼痛，患者表现为患肢站立时间缩短，步长减小；逃避步态则是由于膝关节活动角减小，尤其是足跟着地期膝关节最大屈曲角度减小[11]。本研究结果显示，术后6个月HTO 组及UKA 组患者步态时空参数中步频、步速、步长及患侧单腿支撑时间较术前明显增加，步态周期持续时间较术前明显缩短，差异均有统计学意义(P＜0.05)，说明患者在术后平地步行过程中双下肢的步态对称性、协调性较好。术后6 个月两组患者步态运动学参数中矢状面屈曲伸展ROM、承重反应期的最大膝关节屈曲角度、支撑相中期膝关节最大伸膝角度、摆动相最大时期的关节屈膝角度以及冠状面内收外展ROM、最大内收角度、最大外展角度较术前明显提高，差异均有统计学意义(P＜0.05)。术后6 个月两组患者步态动力学参数中矢状面伸膝力矩第1 峰值、矢状面伸膝力矩第2 峰值、冠状面内收力矩第1 峰值较术前明显降低，差异均有统计学意义(P＜0.05)，进一步证明HTO 和UKA 手术可使关节周围肌群稳定性逐渐恢复，同时膝关节稳定性得以恢复。

综上所述，只要手术指征把握恰当，HTO 术和UKA 术近期疗效相当，均可有效改善内侧单间室膝骨关节炎患者的三维步态，逐渐恢复下肢正常步态。两种术式对理想力线的要求不同，HTO 建议将内翻的下肢力线矫正至中线或偏外侧，但是过度矫正会增加外侧间室的应力，加速外侧间室的退变，而UKA 认为下肢力线矫正至中线或偏内侧更有利于术后恢复。因此，两种术式对患者步态影响的远期效果有待于进一步研究。