脛骨高位截骨和脛骨結(jié)節(jié)抬高對(duì)膝踝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的影響.pdf

1、骨性關(guān)節(jié)炎是一種常見于老年人的退行性關(guān)節(jié)病，也是世界上最常見的關(guān)節(jié)病，隨著年齡的增大，患病率迅速上升。全身的關(guān)節(jié)都可能發(fā)生骨性關(guān)節(jié)炎，表現(xiàn)為相應(yīng)關(guān)節(jié)的疼痛、腫脹、摩擦音、變形和活動(dòng)受限，疼痛特點(diǎn)多為活動(dòng)過多時(shí)出現(xiàn)，休息后可減輕，病理特點(diǎn)是關(guān)節(jié)軟骨的退行性變和繼發(fā)性的骨質(zhì)增生。其多發(fā)于膝、髖、脊柱、踝等關(guān)節(jié)，以膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率最高，約占全身骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病的41％，在60-70歲的人群中，確診為KOA者約占60％-70％，這是因?yàn)橄?/p>

2、關(guān)節(jié)是負(fù)重大、活動(dòng)多、易受外傷、勞累和風(fēng)寒刺激的關(guān)節(jié)。膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎可造成患肢下蹲、上下樓梯等障礙，病變晚期關(guān)節(jié)軟骨廣泛破壞，會(huì)產(chǎn)生關(guān)節(jié)功能受限、內(nèi)翻及屈曲攣縮畸形、脫位，甚至長(zhǎng)期臥床，喪失生活能力。但目前醫(yī)學(xué)還沒有能力使骨性關(guān)節(jié)炎的病程逆轉(zhuǎn)，大部分患者的病情會(huì)不斷地發(fā)展、惡化，因此對(duì)該病的發(fā)病機(jī)制以及防治的研究漸成熱點(diǎn)。 近年來(lái)醫(yī)學(xué)生物力學(xué)領(lǐng)域正在不斷的發(fā)展，脛骨高位截骨術(shù)和脛骨結(jié)節(jié)抬高術(shù)作為膝骨性關(guān)節(jié)炎中期主要手術(shù)治療手段

3、正廣泛應(yīng)用于臨床。脛骨高位截骨術(shù)是通過糾正患者異常的下肢力線來(lái)治療膝骨性關(guān)節(jié)炎的，它可以改變異常的脛骨平臺(tái)負(fù)重面和關(guān)節(jié)負(fù)荷，達(dá)到降低骨內(nèi)壓、促進(jìn)新關(guān)節(jié)面的形成、減輕疼痛和延緩疾病發(fā)展的目的。脛骨結(jié)節(jié)抬高術(shù)是通過增加股四頭肌的伸膝力臂和降低髕股壓力來(lái)治療髕股關(guān)節(jié)軟骨病的，KOA并發(fā)的髕股關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎中髕骨及股骨髁關(guān)節(jié)面上的軟骨會(huì)進(jìn)發(fā)侵蝕性破壞，產(chǎn)生的骨贅及游離體會(huì)進(jìn)一步加重關(guān)節(jié)面的磨損。脛骨結(jié)節(jié)抬高后，髕骨軟骨同股骨髁軟骨壓力減低，從而

4、減輕了膝關(guān)節(jié)伸屈活動(dòng)時(shí)髕股關(guān)節(jié)的磨損，使疼痛癥狀緩解。 目前有關(guān)于此類手術(shù)作用機(jī)制的生物力學(xué)研究的重點(diǎn)多放在膝關(guān)節(jié)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象也基本均為人尸體離體膝關(guān)節(jié)，而對(duì)該病繼發(fā)踝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布改變的研究未予以足夠的重視。實(shí)際上常見的膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形導(dǎo)致的骨性關(guān)節(jié)炎引發(fā)膝關(guān)節(jié)負(fù)重力點(diǎn)、力線改變不僅影響了膝關(guān)節(jié)本身的生物力學(xué)特性，也影響了鄰近關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性，同側(cè)踝關(guān)節(jié)的負(fù)重力線也會(huì)繼發(fā)相應(yīng)的改變。正常的下肢軸線是保證肢體關(guān)節(jié)載荷應(yīng)力合理分布的前

5、提，軸線發(fā)生變化將導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)載荷紊亂。下肢承重力線改變后可造成膝、踝關(guān)節(jié)的受力不平均，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)面不與地面平行產(chǎn)生傾斜，久之踝關(guān)節(jié)也可形成慢性損傷，產(chǎn)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎而出現(xiàn)關(guān)節(jié)疼痛。另外通過步態(tài)分析研究，臨床上嚴(yán)重膝內(nèi)翻患者可呈膝外擺步態(tài)或有此趨勢(shì)，膝外擺步態(tài)是患者步行中在患側(cè)足跟著地后，患膝出現(xiàn)自內(nèi)向外的擺動(dòng)并伴隨膝內(nèi)翻角度增加，這一過程無(wú)疑進(jìn)一步加重了膝、踝關(guān)節(jié)的受力不均與損傷的后果。臨床上一些嚴(yán)重膝內(nèi)翻的KOA患者伴發(fā)踝關(guān)節(jié)疼痛

6、并不少見，因此應(yīng)綜合膝、踝關(guān)節(jié)在伴膝內(nèi)翻KOA的發(fā)病過程中力學(xué)性質(zhì)的改變加以深入的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)探討。祖國(guó)醫(yī)學(xué)多把本病歸入“痹證”范疇，認(rèn)為其病因病機(jī)主要為肝腎虧損，筋骨失榮，風(fēng)寒濕三氣外襲。對(duì)于膝內(nèi)翻的矯形治療《醫(yī)宗金鑒·器具總論》有這樣一段論述：“爰因身體上下、正側(cè)之象，制器以正之用輔手法之所不逮，以冀分者復(fù)合，欹者復(fù)正，高者就其平，陷者升其位，則危證可轉(zhuǎn)于安，重傷可就于輕?！爆F(xiàn)代手術(shù)糾正下肢異常力線的原理與之相符，可以達(dá)到平衡陰陽(yáng)的

7、作用。另外，本病中結(jié)合膝踝關(guān)節(jié)為一個(gè)整體加以研究也符合中醫(yī)整體觀念的理論。 目的： 模擬脛骨高位截骨術(shù)和脛骨結(jié)節(jié)抬高術(shù)的手術(shù)作用機(jī)制，選用尸體下肢骨標(biāo)本分別設(shè)置不同內(nèi)翻角度與脛骨結(jié)節(jié)抬高距離，運(yùn)用自創(chuàng)計(jì)算機(jī)壓力傳感器系統(tǒng)同步測(cè)量標(biāo)本在不同體位下加減壓過程中脛股關(guān)節(jié)、髕股關(guān)節(jié)、脛距關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布變化以及髕韌帶的拉力變化值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，探討以上兩種術(shù)式對(duì)膝踝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的影響及膝踝關(guān)節(jié)應(yīng)力變化的相關(guān)性，為伴膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形

8、的膝骨性關(guān)節(jié)炎的力學(xué)研究打開更開闊的視野。 方法： 選取6例福爾馬林浸泡成年男性尸體下肢標(biāo)本(其中左側(cè)三例，右側(cè)三例，分別源自6具成年男性尸體)，要求提前嚴(yán)格測(cè)量股骨脛骨角均為170°，X線檢查各膝踝關(guān)節(jié)間隙均勻，關(guān)節(jié)軟骨完整光滑，骨骼無(wú)明顯骨質(zhì)改變及解剖學(xué)變異。六例下肢標(biāo)本從尸體髖關(guān)節(jié)離斷后剔除軟組織，游離出髕骨(因?qū)嶒?yàn)需要以拉力傳感器替代髕韌帶來(lái)測(cè)量髕韌帶拉力的變化)；注意保留膝關(guān)節(jié)前、后交叉韌帶及內(nèi)、外側(cè)半月板的解

9、剖學(xué)完整以免影響正常脛股關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力的分布；并保留上、下脛腓韌帶以保持脛腓骨的連接和脛腓骨遠(yuǎn)端踝穴結(jié)構(gòu)的存在；保護(hù)脛股關(guān)節(jié)、髕股關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)軟骨面在處理過程中不被破壞，共組成6套下肢骨標(biāo)本(包括股骨、髕骨、脛骨、腓骨、距骨)。分別在脛骨結(jié)節(jié)上、股骨髁上3cm處、髕骨前方中心處三點(diǎn)矢狀方向鉆孔后垂直擰入三枚不銹鋼螺桿，將兩根直徑2.5mm克氏針一端彎折成勾分別模擬股四頭肌肌腱與髕韌帶，以3根螺桿為基點(diǎn)配合拉力傳感器連接膝關(guān)節(jié)。于脛骨遠(yuǎn)端脛

10、距關(guān)節(jié)面中心由下至上鉆一直徑為5mm的孔，距骨上自距下關(guān)節(jié)面由下至上透過對(duì)側(cè)距骨滑車關(guān)節(jié)面中心完全擰入一枚直徑4mm長(zhǎng)度7cm不銹鋼螺桿，穿過踝壓力傳感器中心孔，余出部分插入脛骨上脛距關(guān)節(jié)面中心孔連接踝關(guān)節(jié)。由于踝壓力傳感器中心孔與脛距關(guān)節(jié)面所鉆中心孔內(nèi)徑大于螺桿直徑，所以保持了實(shí)驗(yàn)過程中踝壓力傳感器的活動(dòng)性。于內(nèi)外側(cè)脛骨平臺(tái)上、內(nèi)外側(cè)髕股關(guān)節(jié)面上分別放置尺寸為15mm×15mm×5mm的壓力傳感器，如上述于踝關(guān)節(jié)上嵌套放置尺寸為15m

11、m×25mm×5mm帶孔踝壓力傳感器，于股骨頭上放置尺寸為30mm×30mm×5mm的壓力傳感器，并將角度傳感器兩指針分別固定于股骨干與脛骨干上，最后將標(biāo)本固定于萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上。標(biāo)本在預(yù)設(shè)各種體位下用實(shí)驗(yàn)機(jī)從股骨頭軸向垂直勻速加壓，終止峰值力30kg，然后勻速卸載。每例標(biāo)本設(shè)置九種體位進(jìn)行加載，具體以設(shè)置股脛角的不同和模擬髕韌帶抬高高度的不同分為兩組情況：第一組設(shè)置膝關(guān)節(jié)均勻關(guān)節(jié)間隙(股脛角170°)、外側(cè)脛股關(guān)節(jié)間隙摯高3.5mm(股脛

12、角180°)、外側(cè)脛股關(guān)節(jié)間隙墊高7mm(股脛角190°)三種位置，第二組設(shè)置模擬髕韌帶止點(diǎn)分別向前高出脛骨結(jié)節(jié)表面0mm、5mm及1cm三種位置。一二組中各自的三種情況兩兩交叉共組成九種體位進(jìn)行加載并照正、側(cè)位像，每個(gè)標(biāo)本在每個(gè)位置上加載過程重復(fù)3次避免較大實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生。所有標(biāo)本在所有體位下都通過角度傳感器設(shè)置起始屈膝角度為20°并全程監(jiān)測(cè)與維持，軸向加、減壓過程中所有傳感器輸出信號(hào)以及變化實(shí)時(shí)顯示并記錄在計(jì)算機(jī)中，運(yùn)用DELPH5.

13、0軟件編寫的監(jiān)控記錄程序可將每次加、卸載過程記錄為單獨(dú)的文件保存在硬盤中，并可再現(xiàn)隨加載力變化所有傳感器因應(yīng)變而產(chǎn)生的同步電壓值變化曲線。最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度和脛骨結(jié)節(jié)抬高距離對(duì)膝踝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的影響及膝踝關(guān)節(jié)應(yīng)力變化相關(guān)性的結(jié)論。 結(jié)論： 1.隨膝內(nèi)翻趨勢(shì)的增大膝關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布發(fā)生了顯著的變化：內(nèi)側(cè)脛股關(guān)節(jié)所受應(yīng)力值與其占整個(gè)脛股關(guān)節(jié)所受應(yīng)力值的百分比均顯著增大，外側(cè)則顯著減小。脛骨高位截骨正是

14、完成了一個(gè)與之相反的改變下肢力線的過程，通過楔形截骨將負(fù)荷移向膝關(guān)節(jié)外側(cè)和減輕內(nèi)側(cè)脛股關(guān)節(jié)的接觸應(yīng)力，從而改善了關(guān)節(jié)面受力不均勻的狀態(tài)。 2.脛骨結(jié)節(jié)抬高可有效地降低髕股關(guān)節(jié)之間的接觸力，脛骨結(jié)節(jié)抬高術(shù)正是利用這一原理降低了髕骨軟骨同股骨髁軟骨之間的壓力，從而減輕了膝關(guān)節(jié)伸屈活動(dòng)中髕股關(guān)節(jié)的磨損。 3.踝關(guān)節(jié)外側(cè)接觸應(yīng)力值隨膝內(nèi)翻趨勢(shì)的增加呈逐漸增大趨勢(shì)，內(nèi)側(cè)則逐漸減小，這可能與臨床中膝內(nèi)翻患者下肢負(fù)重時(shí)踝關(guān)節(jié)呈代償性外