膝关节单髁置换后早期步态的稳定性

doi:10.12307/2024.024

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (12): 1875-1879.doi: 10.12307/2024.024

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膝关节单髁置换后早期步态的稳定性

顾旭1，2，郑欣2，史思峰2，鲁仁祥1，2，曹杰1，2，李洪伟2

1徐州医科大学研究生学院，江苏省徐州市 221006；2徐州医科大学附属医院骨科，江苏省徐州市 221006

收稿日期:2022-11-22 接受日期:2023-02-22 出版日期:2024-04-28 发布日期:2023-08-22
通讯作者: 李洪伟，博士，主任医师，硕士生导师，徐州医科大学附属医院骨科，江苏省徐州市 221006
作者简介:顾旭，男，1996年生，安徽省亳州市人，汉族，徐州医科大学在读硕士，医师，主要从事骨科研究。
基金资助:
江苏省“科教强卫工程”青年医学人才(QNRC2016801)，项目负责人：郑欣；徐州市推动科技创新项目(KC19063)，项目负责人：郑欣

Stability of early gait after unicompartmental knee arthroplasty

Gu Xu1, 2, Zheng Xin2, Shi Sifeng2, Lu Renxiang1, 2, Cao Jie1, 2, Li Hongwei2

1Graduate School, Xuzhou Medical University, Xuzhou 221006, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University, Xuzhou 221006, Jiangsu Province, China

Received:2022-11-22 Accepted:2023-02-22 Online:2024-04-28 Published:2023-08-22
Contact: Li Hongwei, MD, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University, Xuzhou 221006, Jiangsu Province, China
About author:Gu Xu, Master candidate, Physician, Graduate School, Xuzhou Medical University, Xuzhou 221006, Jiangsu Province, China; Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University, Xuzhou 221006, Jiangsu Province, China
Supported by:
Young Medical Talents of Jiangsu Province’s “Science and Education Strengthening Health Project”, No. QNRC2016801 (to ZX); Xuzhou City Promotion Science and Technology Innovation Project, No. KC19063 (to ZX)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

步态分析：步态分析是生物力学的分支，它可以通过研究步行规律，发现步态的异常环节，并通过定量分析，应用于功能诊断、治疗计划评估和疾病进展监测当中。
包络压力中心点95%椭圆置信面积：包络95%压力中心轨迹在内区域的面积，椭圆面积越大，说明站立时移动范围也越大，是评价姿势稳定性的重要指标之一。

背景：对于行膝关节单髁置换的患者，虽然手术效果明确，但仍缺乏有效的定量评估工具，需进一步探索术后早期步态及稳定性变化。

目的：探讨膝关节单髁置换前与置换后早期的步态及稳定性变化。
方法：选择2021年5月至2022年5月计划在徐州医科大学附属医院关节外科行单侧单髁置换的患者30例为单髁置换组，年龄(63.80±9.31)岁；另招募15例无髋膝关节疼痛及髋膝关节活动功能障碍病史的健康老年人为对照组，年龄(61.28±8.60)岁。记录比较对照组及单髁置换组患者置换前、置换后1，3个月的美国特种外科医院评分、稳定性参数(足底压力中心路径长度、95%置信椭圆面积)及步态参数(步速、跨步步幅、步频、步态周期、单支撑期比例)。

结果与结论：①单髁置换组患者置换后1个月步频与置换前比较，差异无显著性意义(P > 0.05)；置换后1个月稳定性参数较置换前差，其他参数均优于置换前，差异有显著性意义(P < 0.05)；②单髁置换组患者置换后3个月美国特种外科医院评分、步态及稳定性参数均优于置换前(P < 0.05)；③单髁置换组置换前、置换后3个月步速、跨步步幅、步频、单支撑期比例均小于对照组，足底压力中心路径长度、95%置信椭圆面积、步态周期均大于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)；④提示步态分析是定量评估单髁置换后康复状况的有效手段，单髁置换后早期步态恢复较好，但置换后1个月仍存在步频改善不明显、稳定性较差的情况。

https://orcid.org/0000-0001-6672-6416(顾旭)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 单髁置换, 膝关节骨性关节炎, 步态分析, 姿势平衡, 康复

Abstract: BACKGROUND: For the patients who have undergone unicompartmental knee arthroplasty, although the surgical effect is clear, there is still a lack of effective quantitative evaluation tools, and it is necessary to further explore the early postoperative gait and stability changes.
OBJECTIVE: To investigate the changes in gait and stability before and after unicompartmental knee arthroplasty.
METHODS: From May 2021 to May 2022, 30 patients aged (63.80±9.31) years who planned to perform unilateral unicompartmental knee arthroplasty in the Department of Joint Surgery, Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University were selected as the unicompartmental knee arthroplasty group. 15 healthy elderly patients aged (61.28±8.60) years without a history of hip and knee pain and hip and knee joint dysfunction were recruited as the control group. Hospital for special surgery scores, stability parameters (center of pressure path length, 95% confidence ellipse area) and gait parameters (pace, stride length, stride frequency, gait cycle, and the proportion of single support period) were recorded and compared in the control group and unicompartmental knee arthroplasty group before operation, 1 and 3 months after operation.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There was no significant difference in the step frequency between the patients 1 month after operation and those before operation in the unicompartmental knee arthroplasty group (P > 0.05). The stability of 1 month after operation was worse than that before operation, and other parameters of 1 month after operation were better than those before operation, and the difference was statistically significant (P < 0.05). (2) Hospital for special surgery score, gait and stability parameters at 3 months after operation were better than those before operation (P < 0.05). (3) Compared with the control group, the pace, stride length, stride frequency, and the proportion of single support period of the unicompartmental knee arthroplasty group were significantly lower before and 3 months after operation. Center of pressure path length, 95% confidence ellipse area and gait cycle were greater in the unicompartmental knee arthroplasty group than those in the control group, with statistically significant differences (P < 0.05). (4) It is indicated that gait analysis is an effective means to quantitatively evaluate the rehabilitation status after unicompartmental knee arthroplasty. The early gait recovery after unicompartmental knee arthroplasty is good, but the gait frequency improvement is not obvious and the stability is poor 1 month after the operation.

Key words: unicompartmental knee arthroplasty, knee osteoarthritis, gait analysis, postural balance, recovery

中图分类号:

顾旭, 郑欣, 史思峰, 鲁仁祥, 曹杰, 李洪伟. 膝关节单髁置换后早期步态的稳定性[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(12): 1875-1879.

Gu Xu, Zheng Xin, Shi Sifeng, Lu Renxiang, Cao Jie, Li Hongwei. Stability of early gait after unicompartmental knee arthroplasty[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(12): 1875-1879.

图/表（结果） 6

2.1 参与者数量分析纳入30例单侧膝关节内侧间室骨性关节炎的UKA患者及15例健康人，全部完成随访，无脱落。
2.2 试验流程图详见图3。

2.3 两组一般资料比较 UKA组和对照组性别、年龄、体质量指数比较，差异无显著性意义(P > 0.05)，详见表2。

2.4 UKA组内不同时间点HSS评分、稳定性、步态参数比较 UKA术前、术后1，3个月3个时间段两两之间的HSS评分、COP路径长度、95%置信椭圆面积、步速、跨步步幅、步态周期、单支撑期比例比较，差异有显著性意义(P < 0.05)；术后1个月步频与术前相比，差异无显著性意义(P > 0.05)；术后3个月步频较术前高，差异有显著性意义(P < 0.05)，详见表3，4。

2.5 UKA术前与对照组比较 UKA组术前步速、跨步步幅、步频、单支撑期比例均小于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)；UKA组术前COP路径长度、95%置信椭圆面积、步态周期均大于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)，详见表5。

2.6 UKA术后3个月与对照组比较 UKA组术后3个月步速、跨步步幅、步频、单支撑期比例均小于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)；UKA组术后3个月COP路径长度、95%置信椭圆面积、步态周期均大于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)，详见表6。

2.7 植入物与宿主的生物相容性此次研究中的单髁Oxford第3代活动平台假体(骨水泥型)生物相容性良好，患者未出现植入物周围感染、过敏反应、免疫及排斥反应等现象。
2.8 不良反应单髁Oxford第3代活动平台假体置入后，未见感染、静脉血栓形成、内固定或假体松动、内固定断裂失效、假体脱位、医源性神经损伤、异位骨化、骨吸收等不良反应。

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引言

材料方法

1.1 设计病例-对照研究，χ2检验，t检验，单因素重复测量方差分析。
1.2 时间及地点试验于2021年5月至2022年8月在徐州医科大学生物力学与运动分析实验室完成。
1.3 对象选择2021年5月至2022年5月在徐州医科大学附属医院关节外科计划行单侧UKA手术的患者，共纳入单侧膝关节内侧间室骨关节炎患者30例，年龄(63.80±9.31)岁；另招募15例无髋膝关节疼痛及髋膝关节活动功能障碍病史的健康老年人作为对照组，年龄(61.28±8.60)岁。所有受试者均自愿参与此次研究并签署知情同意书，试验方案得到徐州医科大学附属医院伦理委员会批准。
纳入标准：①诊断为膝关节内侧间室骨关节炎，且符合UKA手术适应证的患者[7]；②同侧肢体其他关节及对侧肢体无其他影响步态因素的患者；③无术后并发症，术后1，3个月能独立行走；④临床检查显示前后交叉韧带及侧副韧带结构完好的患者。
排除标准：①合并心、肺等器官功能不全或神经系统疾病的患者；②合并有影响双侧下肢行走的肌肉、骨骼疾病的患者；③合并有严重骨质疏松的患者；④资料收集不全或失随访的患者。

1.4 材料植入物介绍见表1。

1.5 方法
1.5.1 手术方法患者手术均由同一手术团队完成，手术前半小时静脉滴注抗生素及氨甲环酸，预防感染及出血。麻醉成功后患者取仰卧位，大腿根部捆扎自动气压止血带，常规消毒铺巾。患膝关节髌骨内侧切开皮肤、皮下，髌旁内侧入路切开关节囊，清除骨赘，切除内侧半月板，股骨髓内定位、胫骨髓外定位法截骨，安装试模及配套垫片后测试屈伸间隙，平衡满意后止血带充气、脉冲冲洗枪清洗，安装活动平台假体。配制鸡尾酒镇痛药，在关节周围软组织内浸润注射，逐层缝合切口、加压包扎并松止血带。所有患者术后营养干预、康复护理、血栓预防均采用统一临床路径方案，术后第1天即开始行股四头肌等长收缩及关节屈伸活动训练，一两天后开始扶助行器行走，2周左右可恢复正常行走。
1.5.2 步态数据采集 UKA组于术前、术后1，3个月进行数据采集，数据采集工作在徐州医科大学生物力学与运动分析实验室进行，设备为包含10架MX红外摄像头的英国Vicon MX光学运动捕捉系统，一个步态板(由2块美国ATMI公司步态三维测力板组成)，一个德国Zebris足底压力板。数据处理和转化软件为英国Vicon Nexus软件和Vicon Polygon软件。

步态参数测试：首先测量并录入受试者的身高、体质量、双下肢长度、膝关节及踝关节宽度以建立Plug‐In‐Gait 步态模型，分别在双侧髂前、髂后上棘、大腿小腿、股骨内外侧髁、踝关节内外侧、后踝和第1，2跖骨上粘贴28个红外线反光标记球，嘱患者以自适应的步速完成行走，在进行1次熟悉试验后，每位受试者完成3次有效数据收集。测量指标包括步速、跨步步幅、步频、步态周期、单支撑相比例，详见图1。

静态稳定性测试：受试者测试前需休息5 min，确保完全放松后嘱受试者站立在检测区域，体态为双足站立与两侧肩关节同宽，双手自然下垂，眼睛注视前方，每次测试时长为30 s，重复测量3次取平均值。测量指标包括：足底压力中心(center of pressure，COP)、包络压力中心点95%置信椭圆面积、COP路径长度，详见图2。

1.5.3 评分量表随访采用门诊随访或电话随访等方式收集UKA组患者术前、术后1，3个月的膝关节美国特种外科医院(Hospital for Special Surgery，HSS)评分，HSS评分满分100分，其中疼痛30分，功能22分，活动度18分，肌力10分，屈曲畸形10分，稳定性10分，扣分项目主要涉及是否需要步助器、内外翻畸形、伸直不全等。
1.6 主要观察指标 ①UKA组患者术前、术后1，3个月的HSS评分；②UKA组患者步态参数(步速、跨步步幅、步频、步态周期、单支撑相比例)、稳定性参数(足底压力中心、包络压力中心点95%置信椭圆面积、COP路径长度)。
1.7 统计学分析应用SPSS 25.0统计学软件对数据进行统计分析，计量资料以x±s表示，组内各时间点间比较采用单因素重复测量方差分析，组间比较采用t检验；计数资料以例数表示，组间比较采用χ2检验，以P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学分析得到徐州医科大学专家审核。

讨论

研究显示，胫骨内侧平台承担全膝关节负重的60%-80%[8]，通过对手术标本的收集，发现膝关节内侧间室的软骨磨损面积更大、磨损程度更重，因此膝骨关节炎的患者多表现为内侧间室骨关节炎[9]。随着手术技术及材料科学不断进步，UKA自问世以来假体使用寿命及生存率都有了极大改善，是“膝关节骨性关节炎空窗期”的重要治疗手段[10-11]，因此对于膝关节内侧间室骨关节炎，国内外选择行UKA手术的患者都在迅速增加[3，12]。此次研究采用步态分析结合评分量表的方法，对比UKA术前、术后以及健康人的步态和稳定性，有利于术者对手术效果进行客观分析并针对性制定康复计划。
HSS评分能反映患者主观疼痛等级、功能水平及健康状况[13]，此次研究中UKA组患者术后1，3个月HSS评分高于术前，表明UKA术后患者拥有更好的功能和主观感受，这与既往研究结果类似[14]。而骨科医生则更倾向于通过客观测量如被动关节活动度、步态分析、影像学测量对关节置换术后进行评价[15]，在所获得的步态数据中，除步频外，UKA术后1个月步速、跨步步幅、步态周期、单支撑期比例均较术前有所改善，术后3个月的数据均未达到正常人的水平。
步速是患者自主性的直观体现。STUDENSKI等[16]发现，步速大于1.0 m/s与老年人的健康和存活时间有关，但步速受其他步态参数的影响，它与单支撑相比例、跨步步幅紧密相关[17]。单支撑相比例能反映患者疼痛水平和行走能力[18]，此次研究中UKA患者术前的单支撑相比例较正常人低，与以往报道一致[19]，术后1个月的单支撑相比例较术前提高，表明术后早期疼痛的改善已在步态中体现，但术后3个月的单支撑相比例依然未恢复到正常人的水平。柯鹏辉等[20]对行UKA手术的患者进行了平均23个月的随访，发现UKA术后的单支撑相比例与正常人在同一水平，提示UKA术后3个月依然要关注疼痛对患者带来的影响。跨步步幅与摆动相的持续时间有关，摆动相持续时间越长，步幅越大。研究发现部分UKA术后1年的患者膝关节依然残留有一定的屈曲畸形[21]，屈曲畸形会减少患膝活动度，导致患肢支撑期无法提供足够向前的动力，摆动期伸直角度不足，从而减少步幅。术后1个月患者步幅大于术前，表明患膝屈曲畸形已较术前改善，但术后3个月尚未达到正常人水平。步频是评估UKA术后功能的重要参数，步速与步频呈正相关，此次研究中术后1个月步频较术前改善不明显，这与部分报道不一致[22]，一方面可能与膝骨关节炎患者长期疼痛带来的不良步态习惯有关，术后1个月由于疼痛残留、股四头肌损伤及心理因素，术前的异常步态习惯未完全纠正[23]。另一方面可能与实验设备不同带来的误差有关。
跌倒以及跌倒带来的相关损伤是老年人致残和致死的主要原因[24]，而姿势稳定性下降会增加跌倒的概率[25]。COP路径长度和包络压力中心点95%置信椭圆面积是反映人体站立平衡的有效指标，既往研究发现UKA术后4个月患者的稳定性已有了明显改善[26]，但关于UKA术后早期稳定性的报道较少。此次研究中，UKA患者术后1个月的稳定性较术前差，术后3个月稳定性较术前高，但尚未达到健康人的水平。本体感觉、肌肉力量以及足底触觉是保持姿势稳定和预防跌倒的重要因素[27-28]，研究表明在膝关节交叉韧带上含有大量本体感受器[29]，UKA虽然保留了交叉韧带，但患有膝骨关节炎的患者多存在肥胖、过度活动等因素，韧带有退变以及进行性松弛的可能，进而影响本体感觉，这也部分解释了UKA术后3个月或者更长时间内的稳定性都难以恢复到正常人水平的原因，因此建议老年人做一些运动太极拳、运动类游戏等来维持或者恢复受损的本体感觉[30-31]。术后1个月患者稳定性较差，猜测主要与心理因素和肌肉力量下降有关，关节置换术后许多患者害怕跌倒而限制患肢活动，活动时双侧肢体负重不对称，导致平衡不良[32]；另一方面术后患肢负重和肌肉活动较低，会限制该侧肢体肌肉的应力，致使股四头肌没有足够的应力来刺激力量增长[33]，从而影响稳定性，增加跌倒风险。因此在康复计划中加入单侧肢体的锻炼计划可能更有助于股四头肌力量恢复。
此次研究存在不足，首先步态分析测试仅随访到了术后3个月，未进行中长期的测试，其次UKA组全部纳入的活动平台假体，未与固定平台假体对比，而假体类型、设计理念、限制性的不同对术后步态也存在一定影响[34]，最后此次研究样本量较少，下一步需增加样本量进行多中心研究。
综上所述，UKA术后3个月的步态和稳定能力优于术前，但未达到正常人水平，术后1个月稳定性较差，需要在预防跌倒的前提下，帮助患者克服恐惧心理，加强关节活动度训练，并针对本体感觉及肌力的恢复制定相应康复计划。步态分析能对UKA术后康复情况进行量化分析，帮助临床医生更客观地评价手术效果。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

膝关节单髁置换后早期步态的稳定性

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