王錦程 吳維坊 楊萬磊 何正隆 鄭軍 程國全

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(KOA)是最常見的導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能失用的疾病。KOA 的發(fā)病機制雖未完全明確，但目前研究證據(jù)表明，生物學(xué)機制與力學(xué)改變(如內(nèi)翻導(dǎo)致的力線改變)也是引起膝骨關(guān)節(jié)退行性改變的主要原因之一[1]。高位脛骨截骨術(shù)（HTO）通過脛骨截骨的方式來糾正下肢力線，使關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室壓力轉(zhuǎn)移至外側(cè)，以緩解關(guān)節(jié)退變。

KOA 的早期病變通常僅累及單側(cè)膝關(guān)節(jié)間室，在亞洲人群中病變常見于內(nèi)側(cè)膝關(guān)節(jié)間室[2]。正常的下肢力線有利于關(guān)節(jié)的應(yīng)力傳導(dǎo)，若膝關(guān)節(jié)因內(nèi)翻畸形導(dǎo)致下肢力線異常，則會產(chǎn)生力線向內(nèi)側(cè)偏移，使應(yīng)力在關(guān)節(jié)內(nèi)和關(guān)節(jié)外結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)異常傳遞，從而導(dǎo)致內(nèi)側(cè)間室負(fù)荷明顯增加，加快關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨磨損及軟骨下骨病變。臨床醫(yī)生可通過截骨來調(diào)整膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度以改變力線，使關(guān)節(jié)的負(fù)重力線向病變較輕的間室偏移，從而降低關(guān)節(jié)內(nèi)病變間室壓力，減緩軟骨磨損，改善臨床癥狀[3]。

截骨術(shù)發(fā)展歷程中出現(xiàn)過脛骨圓頂式截骨、股骨遠端截骨、腓骨近端截骨及HTO 等術(shù)式[4]。隨著臨床研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，HTO 因在脛骨結(jié)節(jié)以上水平進行截骨，相較于其他術(shù)式具有安全性高、截骨面穩(wěn)定性高、不愈合風(fēng)險低的優(yōu)勢。而與外側(cè)閉合性楔形截骨相比，內(nèi)側(cè)開放楔形截骨手術(shù)入路避開了腓總神經(jīng)，因此術(shù)后肢體縮短與并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險降低[5]，尤其適用于活動功能要求高的年輕患者[6]。了解HTO 截骨對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)影響并運用于術(shù)前規(guī)劃中，對患者術(shù)后功能恢復(fù)有重大意義。本文就近年來HTO 術(shù)前設(shè)計及相關(guān)生物力學(xué)變化等方面的研究進展進行綜述。

1 HTO 術(shù)前矯正設(shè)計

1.1 目標(biāo)力線通過脛骨平臺的位置

HTO 的臨床療效與下肢力線矯正設(shè)計密切相關(guān)，矯正不足或矯正過度均會直接影響術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能。理想情況下，手術(shù)調(diào)整下肢力線時可以適當(dāng)矯枉過正，這是充分轉(zhuǎn)移內(nèi)側(cè)間室壓力所必需的，同時也需要注意避免外側(cè)間室負(fù)荷過大。

目前的研究結(jié)果主張，具體矯正角度應(yīng)綜合患者身體情況進行個性化調(diào)整，而最佳通過點仍需進一步研究。臨床醫(yī)生較公認(rèn)的截骨方案為“矯正后下肢力線通過脛骨平臺位置的62.5%為標(biāo)準(zhǔn)選擇位置，即Fujisawa 點”[7]。Martay 等[8]進行有限元模型研究，以下肢力線通過40%～80%的脛骨平臺為目標(biāo)進行截骨，比較下肢力線通過不同脛骨平臺位置時膝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布情況。該研究結(jié)果顯示，將下肢力線矯正至通過62%～65%脛骨寬度時，內(nèi)側(cè)間室應(yīng)力顯著降低，但外側(cè)間室壓力明顯增大，組織受損的危險增加；而下肢力線矯正至經(jīng)過50%脛骨寬度時，內(nèi)側(cè)間室應(yīng)力減少約50%，且外側(cè)間室應(yīng)力水平變化最小。據(jù)此，他們提出一個新的矯正目標(biāo)位，即在解剖位置上為脛骨棘突外側(cè)的頂點。Jiang 等[9]回顧性分析1 954 例KOA患者下肢全長X 線影像，運用計算機模擬HTO 術(shù)中下肢力線分別通過外側(cè)髁間棘斜坡的底部、中點、上1/3 點與頂部，并分析與髖-膝-踝(HKA)角度的關(guān)系。結(jié)果顯示下肢力線經(jīng)過外側(cè)髁間棘斜坡的上1/3 點和中點時，HKA 角分別為183.3°±0.5°和184.0°±0.5°，符合臨床上大部分病例的決策要求。如果術(shù)后下肢力線經(jīng)過脛骨平臺的62%～66%是目標(biāo)靶點，則選擇外側(cè)髁間棘斜坡的上1/3 點作為矯正目標(biāo)；如果以術(shù)后HKA 角在183°～186°為目標(biāo)，則選擇外側(cè)髁間棘斜坡的中點作為矯正目標(biāo)。該試驗對目標(biāo)力線的研究具體到脛骨髁間棘的解剖結(jié)構(gòu)。

既往的研究設(shè)計僅考慮人雙腿站立時的靜態(tài)負(fù)重，然而在日?；顒又校轮畏绞?2%的時間為動態(tài)單腿支撐，此時患側(cè)膝的承重軸更傾向于內(nèi)側(cè)間室。Biehl 等[10]的研究提出修正公式,他們將外側(cè)冠狀面杠桿臂作為關(guān)鍵參數(shù)納入截骨設(shè)計算法中，外側(cè)冠狀面杠桿臂的測量由下肢力線角度、臀部中心至踝關(guān)節(jié)的距離、股骨和脛骨的長度組成，結(jié)果顯示符合動態(tài)活動的目標(biāo)力線位置點恰好為 Fujisawa 點，這為Fujisawa 點同時滿足靜態(tài)與動態(tài)功能的目標(biāo)位置提供了理論證據(jù)。Fantini Pagani 等[11]提出一種基于患者膝關(guān)節(jié)動態(tài)負(fù)重模擬的術(shù)前規(guī)劃方案。他們對10 例患者進行術(shù)前步態(tài)分析，通過模擬器計算出預(yù)期的術(shù)后力學(xué)結(jié)果，并以此來調(diào)整糾正目標(biāo)的角度。術(shù)后患者在相同條件下再次進行步態(tài)分析，并與模擬器預(yù)測值相比較，結(jié)果顯示術(shù)后真實步態(tài)分析與術(shù)前模擬器預(yù)測相似。該模擬系統(tǒng)也為術(shù)前設(shè)計提供了一個可結(jié)合生物力學(xué)參數(shù)的平臺。Badie 等[12]的研究則建立了膝關(guān)節(jié)三維模型，通過錄入患者膝關(guān)節(jié)影像學(xué)參數(shù)，計算截骨對軟骨和半月板的影響，并預(yù)測HTO 及力線移動對膝關(guān)節(jié)軟組織的影響。該研究提出了一種以參考接觸應(yīng)力而非侵入方式來分析計算患者特定的目標(biāo)角度和下肢力線位置的方法。

1.2 維持脛骨后傾斜率

HTO 的另一個挑戰(zhàn)是如何維持脛骨平臺后傾角(PTS)。在運動力學(xué)上，膝關(guān)節(jié)PTS 對于膝關(guān)節(jié)屈曲和交叉韌帶的正常功能均具有極其重要的意義，其正常范圍為6°～10°，在該范圍內(nèi)，膝關(guān)節(jié)活動時的脛股關(guān)節(jié)接觸及相關(guān)韌帶功能均處于最佳狀態(tài)[13]。當(dāng)HTO 術(shù)中行脛骨截骨開口置入楔形塊位置不佳時，可導(dǎo)致PTS 改變，如截骨楔形塊位置靠前可使PTS 增大，位置偏后則使PTS 減小[14]。相關(guān)研究顯示，大部分患者術(shù)后難以保持原有的PTS，通常為楔形骨水泥放置位置偏前而導(dǎo)致PTS增大[15]。究其原因，筆者考慮可能與骨水泥楔形塊放置于內(nèi)側(cè)或前內(nèi)側(cè)較放置于后內(nèi)側(cè)更容易操作有關(guān)。Noyes 等[16]的研究認(rèn)為，矢狀位截骨平面角與PTS 的變化呈正相關(guān)，并指出脛骨前內(nèi)側(cè)開放截骨與后內(nèi)側(cè)開放截骨之比應(yīng)為1 ∶2 或1 ∶3，這樣可將截骨方向?qū)TS 的影響降至最低。也有研究認(rèn)為，只要截骨間隙是矩形，即使不平行也不會直接導(dǎo)致PTS 改變[17]。維持PTS 的關(guān)鍵在于提高截骨位置及角度的精確性。

1.3 提高截骨精確性

隨著對力線矯正與PTS 維持的重視以及技術(shù)的發(fā)展，有學(xué)者基于術(shù)前下肢全長X 線片或下肢CT 影像通過計算機進行重建，測量出術(shù)中截骨的精確位置及截骨角度，并利用3D 打印技術(shù)打印出定制導(dǎo)向器[18]。與傳統(tǒng)手術(shù)技術(shù)相比，利用3D 重建技術(shù)可打印出患者專用的器械，并在手術(shù)中運用計算機導(dǎo)航輔助截骨，能顯著提高角度校正的精確度。有研究指出，通過計算機輔助定位測量截骨，可使力線糾正更接近Fujisawa 點，且對PTS影響較小，也更適用于肥胖及存在不同關(guān)節(jié)畸形的人群[19]。目前，臨床醫(yī)生可定制適合患者個體解剖形態(tài)的固定鋼板，標(biāo)記截骨放置鋼板位置及截骨形狀參數(shù)，這可有效降低鋼板失效、穩(wěn)定性不佳的發(fā)生率，也提高了矯形精準(zhǔn)度。Cerciello 等[20]的研究顯示，與傳統(tǒng)手術(shù)技術(shù)相比，運用計算機術(shù)中輔助導(dǎo)航技術(shù)可以提高術(shù)中截骨的成功率，但準(zhǔn)確性無顯著提高。需要注意的是，即使有現(xiàn)代輔助技術(shù)幫助，精確的截骨仍依賴于手術(shù)醫(yī)生的術(shù)中操作。

2 生物力學(xué)研究

2.1 膝關(guān)節(jié)的力學(xué)研究

生物力學(xué)是骨形態(tài)變化、關(guān)節(jié)周圍軟組織及其他因素相互作用的結(jié)果，而生物力學(xué)的改變又會反過來影響下肢骨形態(tài)變化，這種相互影響促使生物力學(xué)異常的膝關(guān)節(jié)向KOA 發(fā)展。膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩（KAM）是指人體在站立或行走過程中，由向內(nèi)的地面反作用力作用于膝關(guān)節(jié)中心產(chǎn)生的力矩，KAM 的變化是下肢骨骼肌肉與其他因素相互作用的結(jié)果[21]。KAM 作為反映膝關(guān)節(jié)負(fù)荷變化的參數(shù)，既能有效結(jié)合下肢力線變化，又可綜合肌肉收縮模式及疼痛的影響進行評估。

2.2 HTO 術(shù)后生物力學(xué)改變及機制的研究

Morin 等[22]對21 例行HTO 患者進行研究，分析他們術(shù)前和術(shù)后1 年的步態(tài)。結(jié)果顯示，與正常對照組相比，手術(shù)前患者行走速度慢、步長短、單腿站立時間短、雙足站立時間長，手術(shù)后患者步行時間和距離雖與術(shù)前無明顯差異，但膝關(guān)節(jié)功能明顯改善，步行時自我感知能力有所提高。Marriott 等[23]對內(nèi)翻畸形KOA 合并前交叉韌帶損傷患者進行了HTO 和前交叉韌帶重建術(shù)，術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)功能與力學(xué)分析結(jié)果明顯改善，并且術(shù)后5 年隨訪顯示膝關(guān)節(jié)功能保持良好。他們認(rèn)為相較于單純HTO，前交叉韌帶重建可以保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定，從而有效改善關(guān)節(jié)功能。該研究結(jié)果也進一步證明了軟組織在下肢生物力學(xué)中的重要性。da Silva 等[24]的研究則顯示，HTO 術(shù)后患者力線糾正和KAM 明顯減少，矢狀面伸肌力矩增加、軸向平面足外旋轉(zhuǎn)角增大,而膝關(guān)節(jié)活動時屈曲角峰值、內(nèi)收肌和屈肌力矩與對照組相似。他們認(rèn)為，HTO 術(shù)后膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)步態(tài)改善不僅存在于冠狀面，也存在于矢狀面和橫斷面，這對術(shù)后康復(fù)治療有一定指導(dǎo)意義。Kyung 等[25]通過使用3D足部活動模型探索HTO 對足部運動的影響，結(jié)果顯示，HTO 術(shù)后足踝的運動過程中，標(biāo)準(zhǔn)步態(tài)時間顯著增加，并有步態(tài)速度增加的趨勢。該研究提示，行HTO 時應(yīng)該注意對足和踝關(guān)節(jié)的潛在影響。Matsubara 等[26]對比30 例患者HTO 術(shù)前與術(shù)后踝關(guān)節(jié)骨密度CT 影像，結(jié)果顯示行內(nèi)側(cè)開放HTO 的患者踝關(guān)節(jié)軟骨下骨密度分布向內(nèi)側(cè)移動，行外側(cè)閉合HTO 的患者踝關(guān)節(jié)軟骨下骨分布模式則趨于外側(cè)。因此，對存在踝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的患者行HTO 時，術(shù)者應(yīng)注意踝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的內(nèi)側(cè)移位，踝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎有術(shù)后進展的風(fēng)險。

研究顯示，HTO 使KAM 峰值降低與膝關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境存在相關(guān)性。Atkinson 等[27]的研究顯示，患者接受HTO 治療1 年后，膝關(guān)節(jié)炎性積液減少與KAM 沖量降低存在關(guān)聯(lián)性，KAM 沖量每減少 1 Nm/s，則膝關(guān)節(jié)積液減少448 mm3。Philpott 等[28]的研究分析膝關(guān)節(jié)滑膜組織充血水腫對步態(tài)的影響，結(jié)果顯示滑膜水腫組KAM 在冠狀面、矢狀面和橫斷面上均較對照組減少，且KAM 改變與炎性滲出量相關(guān)。

神經(jīng)肌肉系統(tǒng)是膝關(guān)節(jié)力學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。Ghazwan 等[29]測量HTO 術(shù)前關(guān)節(jié)周圍神經(jīng)肌肉控制和關(guān)節(jié)生物力學(xué)的改變，結(jié)果顯示與空白對照組（正常膝關(guān)節(jié)）相比，HTO 組患者術(shù)前腓腸肌力峰值降低了30%，而腘繩肌力峰值增加了25%，肌肉激活存在差異，并與KAM 具有相關(guān)性，這提示脛股關(guān)節(jié)的接觸應(yīng)力增加。Lee 等[30]通過對12 篇文獻388 例行HTO 患者進行研究發(fā)現(xiàn)，與術(shù)前相比，HTO 術(shù)后膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩和側(cè)推力均降低。Kim等[31]納入9項研究分析HTO手術(shù)前后患側(cè)膝的KAM、HKA、膝關(guān)節(jié)屈伸力矩的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示HTO 可使患側(cè)膝KAM 下降至術(shù)前的60%。

3 結(jié)語

HTO 治療KOA 的優(yōu)勢在于保留了患者膝關(guān)節(jié)骨骼與軟組織的完整性，手術(shù)技術(shù)已日趨成熟且趨于微創(chuàng)化，盡可能地減少了術(shù)中軟組織損傷，使術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)本體感覺保持完整。HTO 可幫助患者快速回歸運動鍛煉，并能有效減緩關(guān)節(jié)退變的進展，降低后期需行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)概率，提高患者生活質(zhì)量[32]。

傳統(tǒng)手術(shù)對于患者的截骨角度及力線糾正標(biāo)準(zhǔn)仍然遵循著既往的研究結(jié)果“Fujisawa 點”，但對于不同體型、體質(zhì)量及肢體長度的患者，單一的截骨方案可能無法獲得最佳療效，因此截骨設(shè)計應(yīng)個體化，使患者獲得最佳手術(shù)收益。對于較年輕的KOA 患者，HTO 可以作為替代全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的一種治療方法，以減輕經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，促進醫(yī)療資源合理配置。