单髁关节置换后患者膝关节等速肌力的特征分析

doi:10.12307/2025.180

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

峰力矩：是运动过程中肌肉收缩时产生的最大力矩输出值，可反映肌力，具有较高的稳定性和可靠性。
单次最大作功：表示肌肉重复收缩过程中最大的一次作功量，可反映肌力和运动功能，在等速肌力测试中被认为是一个非常重要的参考指标。

摘要
背景：膝骨关节炎作为导致老年人残疾的重要原因，目前终末期患者可进行单髁关节置换等手术治疗，但单髁置换后患者的肌肉力量恢复情况尚不明确。
目的：分析单侧膝骨关节炎患者单髁关节置换后中短期膝关节等速肌力特征，并比较其与健侧的差异，分析患肢肌力的恢复情况。
方法：招募2023年6-12月在青岛市市立医院进行单髁关节置换的患者，进行规范化的功能康复锻炼。于术前、术后1，3个月使用A8-2M型多关节等速训练与测试系统检测患者健侧及患侧膝关节伸屈肌峰力矩、最大单次做功，角速度为60 (°)/s、关节活动范围为0°-90°。
结果与结论：①在角速度60 (°)/s时，术前患侧伸肌的峰力矩和最大单次做功均较健侧降低(P < 0.05)；②术后1个月患侧屈伸肌峰力矩和最大单次做功均较健侧显著降低(P < 0.05)；同时患侧术后1个月与术前相比，屈伸肌峰力矩及最大单次做功同样显著降低(P < 0.05)；③术后3个月，患侧屈伸肌峰力矩及屈伸肌最大单次做功与健侧已无显著性差异；同时术后3个月与术前相比，屈伸肌峰力矩已高于术前(P < 0.05)；④提示单髁关节置换后，经过规范的功能康复，患侧在1个月后肌力恢复较差；但3个月后，患侧肌力已同健侧无明显差异。

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: 单髁关节置换, 全膝关节置换, 膝骨关节炎, 退行性病变, 等速计数, 肌力, 峰力矩, 最大单次做功

Abstract: BACKGROUND: The knee osteoarthritis, a major cause of disability in the elderly, is currently treated with surgical procedures including unicompartmental knee arthroplasty in end-stage patients, but the recovery of muscle strength in patients after unicompartmental knee arthroplasty is not well understood.
OBJECTIVE: To analyze the short-term and medium-term knee isometric muscle strength characteristics of patients with unilateral knee osteoarthritis after unicompartmental knee arthroplasty, to compare with those of the unaffected side, and to analyze the recovery of muscle strength in the affected limb.
METHODS: Patients undergoing unicompartmental knee arthroplasty in the Qingdao Municipal Hospital from June to December 2023 were recruited to undergo standardized functional rehabilitation exercises. The A8-2M multi-joint isokinetic training and testing system was used to detect the peak torque and the maximum one-repetition work of the extensor muscle of the unaffected side and the affected side of the knee joint at the angular velocity of 60 (°) /s and the range of joint motion of 0°-90° before, 1 and 3 months after surgery.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) At an angular velocity of 60 (°)/s, the peak moment and maximum one-repetition work of the flexor and extensor muscles of the affected side were lower than those of the unaffected side preoperatively (P < 0.05). (2) The peak moment and maximum one-repetition work of the flexor and extensor muscles were significantly lower than those of the unaffected side 1 month postoperatively (P < 0.05). Meanwhile, the peak moment of the flexor and extensor muscles and the maximum one-repetition work of the flexor and extensor muscles on the affected side at 1 month postoperatively were significantly lower than those on the affected side preoperatively (P < 0.05). (3) The peak moment of the flexor and extensor muscles and the maximum one-repetition work of the flexor and extensor muscles on the affected side at 3 months postoperatively had no significant difference from those on the unaffected side. The peak flexor-extensor moment of the flexor-extensor muscles on the affected side was higher than that preoperatively (P < 0.05). (4) It is indicated that after unicompartmental knee arthroplasty, the muscle strength on the affected side is poor after 1 month after standard functional rehabilitation. However, after 3 months, there was no significant difference between the affected side and the unaffected side.

Key words: unicompartmental knee arthroplasty, total knee arthroplasty, knee osteoarthritis, degenerative lesions, isometric counting, muscle strength, peak torque, maximum one-repetition work

中图分类号:

R459.9|R318|R687.4

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图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析 纳入25例单髁置换术后患者，以健侧及术前为对照。2例失访，原因为患者术后回外埠行康复治疗，无法配合回青岛市市立医院术后1，3个月进行等速肌力测试。余23例患者均满足术前、术后1，3个月随访。
2.2 试验流程图 见图2。

2.3 基础信息 纳入的25例患者中，23例完成了随访测试，其余2例患者未完成随访测试，失访率约为8%。在完成随访的23例患者中，男10例(44%)，女13例(56%)。入院患者年龄53-79岁，平均(66.65±7.73)岁。8例进行左膝单髁置换术(35%)，15例进行右膝单髁置换术(65%)。
2.4 屈肌峰力矩 与健侧对比，术前屈肌峰力矩患侧低于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术后1个月显著低于健侧(P < 0.05)；术后3个月患侧高于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术前术后对比，患侧术后1个月显著低于术前(P < 0.05)，术后3个月显著高于术前(P < 0.05)，详见表2。

2.5 伸肌峰力矩 角速度在60 (°)/s时，与健侧对比，术前患侧显著低于健侧(P < 0.05)，术后1个月显著低于健侧
(P < 0.05)，术后3个月患侧仍低于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术前术后对比，患侧术后1个月显著低于术前(P < 0.05)，术后3个月显著高于术前(P < 0.05)，详见表3。

2.6 屈肌最大单次做功 与健侧对比，术前患侧低于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术后1个月显著低于健侧(P <
0.05)；术后3个月患侧高于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术前术后对比，患侧术后1个月显著低于术前(P < 0.05)，术后3个月高于术前，但无显著性差异(P > 0.05)，详见表4。

2.7 伸肌最大单次做功 与健侧对比，术前患侧显著低于健侧(P < 0.05)，术后1个月显著低于健侧(P < 0.05)，术后3个月患侧低于健侧，但无显著性差异(P > 0.05)；术前术后对比，患侧术后1个月显著低于术前(P < 0.05)；术后3个月高于术前，但无显著性差异(P > 0.05)，详见表5。
2.8 不良事件 试验过程中，所有患者均未发生严重不良反应，但2例患者术后无法配合回青岛市市立医院按时行等速肌力测试而脱落。
2.9 植入物与宿主的生物相容性 膝关节单髁假体生物相容性良好，术后随访中未发现植入物周围感染、过敏反应、免疫反应及排斥反应等。

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引言

膝骨关节炎是一种非炎症退行性疾病，其特征是关节功能进行性减退和软骨下骨结构重构[1]。随着预期寿命的显著增加，骨关节炎已成为最常见的关节炎形式，并已成为导致老年人残疾的重要原因[2-4]。膝骨关节炎的阶梯化治疗通常从保守方法开始，当保守治疗失败时进行手术治疗，在无法进行关节镜下关节腔清理的情况下，可以对终末期膝骨关节炎患者进行膝关节置换手术[5-9]。
目前常用的膝关节置换方式为全膝关节置换术和单髁置换术，与全膝关节置换术不同，单髁置换术有切口小、保留膝关节韧带、失血量少、围术期并发症发病率低、住院时间短及住院费用低等优点。此外，对单间室关节磨损严重的部位进行置换，可避免进行全关节置换，获得较全膝关节置换术更大的活动范围，加快术后康复速度[10-11]。因此，目前单髁置换术在临床实践中获得了大范围的应用。
既往的研究表明，关节和肌肉在功能上相互依赖，肌肉使关节主动运动，并可以保持关节稳定，吸收机械冲击[12-13]。同时，肌肉维持关节压力平衡，膝关节肌力的减少使关节容易疲劳，从而影响软骨的营养供应[14]。因此，骨关节炎患者的肌力检测对评估及指导治疗至关重要。等速肌力测试和训练技术，简称等速技术，可以客观、可靠地评估患者的肌肉力量，以不同的速率将肌力转换成数据进行记录和跟踪，并且可以比较评估主动肌群和拮抗肌群的表现[15]。但根据目前的研究，单髁置换术后中短期患者的肌力恢复情况尚不明确。
此次研究通过测试单髁置换患者在角速度60 (°)/s时的肌力，探究了单髁置换术前、术后1，3个月的等速肌力情况，评估单髁置换术后患者肌力的变化情况。此次研究可定量监测治疗效果、建立康复目标，为将来的功能康复训练提供指导参考。

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

材料方法

1.1 设计 回顾性病例分析，组间差异比较使用独立样本t检验，组内差异比较使用配对样本t检验，不符合正态分布的使用Wilcoxon符号秩检验。
1.2 时间及地点 试验于2023年6-12月在山东省青岛市市立医院东院骨关节与运动医学科完成。
1.3 材料 文中采用 LINK 公司单髁假体，植入材料介绍见表1。

1.4 对象 共招募2023年6-12月在山东省青岛市市立医院进行单髁置换手术的患者25例，10例为左侧，15例为右侧，失访2例，实际随访人数23例。其中男10例，女13例，年龄(66.65±7.73)岁，体质量指数(26.92±4.34) kg/m²。
纳入标准：①经X射线片及核磁共振检查确诊为终末期膝内侧间室骨关节炎；②单侧膝骨关节炎患者；③经核磁共振检查膝关节侧副韧带及前后交叉韧带功能良好；④膝关节屈伸活动度≥90°，膝关节内翻及屈曲畸形≤15°，内翻畸形可通过外力矫正。
排除标准：①累及2个或以上间室骨关节炎；②非骨关节炎的其他炎性关节病；③既往有膝关节手术史；④膝关节感染及全身感染；⑤风湿性疾病者；⑥严重骨质疏松；⑦存在神经相关病变或精神疾病者；⑧心脏衰竭、呼吸衰竭、循环障碍、严重听力和视力障碍、不受控制的代谢性疾病(如糖尿病、甲状腺疾病)、病态肥胖(体质量指数> 40 kg/m²)。
此次研究的实施符合《赫尔辛基宣言》，且得到青岛市市立医院伦理委员会批准，伦理批号：KTLL202302228。
参与试验的患病个体及其家属为自愿参加，均对试验过程完全知情同意，在充分了解治疗方案的前提下签署了“知情同意书”。
1.5 方法
1.5.1 手术方式 3名经验丰富的骨科医生完成了所有手术，术中采用骨水泥活动型单髁膝关节假体。患者仰卧位，椎管内麻醉，常规下肢消毒，大腿中上1/3绑止血带，行髌旁内侧切口，松解周围软组织，暴露膝关节，观察确认为内侧单间室疾病，交叉韧带连续性完整，暴露内侧间室，切除内侧半月板、骨赘及增生滑膜。注意保护内侧副韧带，使用胫骨髓外定位，行胫骨平台截骨，然后进行股骨髁截骨。选取适合的假体模型试模，调整测量屈伸间隙及内外侧平衡，确保下肢力线。清洗关节腔，安装假体及衬垫，使用骨水泥固定，充分止血，冲洗术口，鸡尾酒镇痛，逐层缝合切口。
1.5.2 术后康复方案行单髁置换术后，所有患者均按标准化康复计划进行。术后物理治疗计划于单髁置换术后当天开始，每天进行，包括伸膝训练、踝泵训练、股四头肌的收缩、放松练习、肢体加压和冷敷疗法。术后第3天至第2周，进行屈膝练习、强化下肢力量训练、步行训练。术后2-4周，在此前康复训练的基础上进行松动髌骨、开始短时间平地独立行走、膝关节屈膝度的练习，并进行股四头肌练习。术后4-8周，强化之前的练习，加强屈膝训练、仰卧位抱膝训练、可练习蹬固定自行车、开始室外独立行走训练、练习辅助下完全负重上、下台阶，并练习膝关节的平衡功能和本体感觉。术后8-12周，巩固之前屈膝和伸膝角度练习的成果，继续活动髌骨等康复锻炼，增加独立上下台阶的难度。术后每4周门诊复查1次。
1.6 主要观察指标
1.6.1 等速数据采集于患者术前、术后1，3个月使用A8-2M型多关节等速训练与测试系统(广州一康医疗设备实业有限公司)对双侧膝关节进行测试。采用标准化热身，在使用等速训练与测试系统进行低阻力屈曲/伸展练习之后，座椅方向设置为90°，进行3次由屈曲/伸展、角速度为60 (°)/s、关节活动范围为0°-90°的等速测试方案。在测试过程中嘱受试者用力屈伸，待休息间隙时才停止屈伸运动，每个循环之间休息5 min。
1.6.2 等速检测指标于术前、术后1，3个月使用A8-2M型多关节等速训练与测试系统检测患者健侧及患侧膝关节伸屈肌峰力矩、最大单次做功(图1)。

1.7 统计学分析 采用SPSS 23.0软件(IBM Corp., Armonk, NY, USA)进行统计学分析。统计资料符合正态分布以x±s表示，符合正态分布的，组间差异比较采用独立样本t检验，组内差异比较采用配对样本t检验；不符合正态分布的，使用Wilcoxon符号秩检验，P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学方法已经由青岛市市立医院生物统计学专家审核。

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

讨论

膝骨关节炎是一种多因素致病的疾病，涉及年龄、性别和肥胖等多种危险因素[16]。膝骨关节炎的发病率随着年龄的增长而增加，带来了巨大的社会与家庭负担[17-18]。
在美国5 400万关节炎患者中，有43%的日常活动受到关节炎相关的限制，直接医疗费用超过1 000 亿美元[19]。由于体力活动下降、药物毒性和炎症细胞因子的影响，相当比例的骨关节炎患者有多种合并症，与同龄的对照组相比，髋关节和膝关节骨关节炎患者的死亡率高出约20%[20]。目前膝骨关节炎的主要治疗首先要让患者了解减肥和物理治疗对膝骨关节炎患者有明显的益处，局部使用或口服非类固醇抗炎药是药物治疗的支柱，关节内注射皮质类固醇可暂时缓解症状，透明质酸注射和富含血小板的血浆、干细胞等生物疗法也是有效的。而对于晚期膝骨关节炎，则应该进行关节置换术[20]。作为针对单间室骨关节炎患者的一种有效治疗手段，单髁置换术的术后并发症、住院时间以及术后康复监督的需要均较全膝关节置换术组显著减少，目前在临床中获得了越来越多的应用[18]。
在对骨关节炎患者的治疗过程中，在注重相应外科治疗技术的同时，肌力的测定及维持也非常重要，下肢肌肉力量的增加与膝骨关节炎患者更好的日常活动表现相关[21]。日常活动需要一定量的肌肉力量，不同活动的肌肉力量可能有很大差异，如从椅子上站起来以及上下楼梯分别需要健康成年人峰值肌力的 80%，78%和88%[22]。同时，改善的膝关节肌力可以减轻疼痛，改善和维持关节的活动范围，并改善关节稳定性和平衡，但骨关节炎患者的膝关节肌力往往较健康人低[23]。一项系统性回顾表明，20项研究都报告了膝关节置换待手术膝关节肌力与对侧腿有明显差异，其中SINGLA等[24]报道了最大的对侧力量差异，术前待手术膝关节的平均肌力只有非手术关节的三分之一。分析原因，患者患侧膝关节疼痛导致下肢活动减少，患者会出现不同程度的肌力减弱，严重者可导致失用性肌肉萎缩[25]。除了失用性萎缩，神经元激活的减少也会导致肌肉质量的损失，同时，一些数据表明，退行性膝关节变化导致运动神经元的兴奋性降低，从而导致股四头肌激活减少，这被称为关节源性肌肉抑制[24，26]。
因此，与疼痛相关的活动能力下降和神经肌肉激活的减少是术前肌肉质量和肌力减少的关键因素。JAKOBSEN等[27]
发现，关节源性肌肉抑制使股四头肌的神经驱动减少，从而阻止其完全激活，与膝关节疼痛、肿胀、炎症和结构损伤有关，术前出现关节源性肌肉抑制，患者在全膝关节置换术后仍会存在关节源性肌肉抑制，从而阻止患者达到刺激肌肉恢复和改善功能表现所需的必要康复训练强度。HURLEY等[28]的研究也表明，膝关节受损后肌肉抑制的患者对强化康复没有反应。
国内的单髁置换术肌力研究始于2017年，研究表明单髁置换术后2周肌力较全膝关节置换术后下降程度更小[29]，但此研究并非等速肌力研究。作为成熟、可靠的手术方式，尽管单髁置换手术已经被广泛研究，但目前并无针对国人单髁置换术后等速肌力的测试。对于同为终末期骨关节炎的治疗手段，术后肌力恢复方面的研究主要集中于全膝关节置换术，多项研究表明，全膝关节置换术后股四头肌和腘绳肌力量的恢复是全膝关节置换术术后功能改善和最终满意度的重要预测指标[30]。MIZNER等[31-35]的研究表明，术后最初几周股四头肌力量会急剧下降，这是外科手术、固定、萎缩和主要神经肌肉抑制的直接后果。因为全膝关节置换术后患者的活动能力不如健康老年人，膝关节恢复至术前水平可能还不够。针对全膝关节置换术后肌力的恢复时间，WANG等[36]的研究表明，术后1，3个月等速肌力较健侧显著下降，术后6个月与健侧无显著差异。
此次研究创新性地应用等速肌力测试和训练技术，客观、可靠地评估单髁置换术后中短期患者膝关节的肌力，将肌力转换成数据进行记录和跟踪，比较评估主动肌群和拮抗肌群的表现，从横向维度进行手术侧与健侧的对比，从纵向维度进行了手术侧时间顺序的对比。此次研究结果表明，术前患侧屈伸肌的峰力矩和伸肌的最大单次做功均较健侧显著降低，对于屈肌最大单次做功，尽管无显著性差异，但术前患侧也低于健侧，作者认为术前患侧股四头肌和腘绳肌因为疼痛等原因，肌肉得不到充分活动，出现失用性肌肉萎缩，肌力明显下降。术后1个月屈伸肌峰力矩及屈伸肌最大单次做功均较健侧显著降低；同时，术后1个月与患侧术前相比，屈伸肌峰力矩及屈伸肌最大单次做功同样显著降低，作者认为术后1个月膝关节因术后疼痛、肿胀，软组织条件尚未恢复，肌肉得不到充分活动，此外骨关节炎患者术前普遍存在关节源性肌肉抑制，关节源性肌肉抑制在术后短期内仍有存续，因此同健侧以及患侧术前相比，肌力均出现显著下降。术后3个月，屈伸肌峰力矩及屈伸肌最大单次做功与健侧相比，已无显著性差异，与术前相比，屈伸肌峰力矩显著高于术前，屈伸肌最大单次做功与术前相比无显著性差异，但数值仍高于术前。因此，作者认为疼痛导致的失用性萎缩是术前肌力下降的主要原因，而手术创伤、术后活动减少以及关节源性肌肉抑制是导致术后肌力下降的主要原因，术后3个月，随着功能康复锻炼的推进，术后肌力下降的因素得到改善，肌力逐渐恢复。相对于全膝关节置换手术，单髁置换术有创伤小、保留膝关节韧带、失血量少等优势，因此作者认为对于关节置换术后肌力下降的因素，单髁置换术较全膝关节置换术影响更小，在肌力恢复方面有明显优势。总之，在今后膝骨关节炎患者单髁置换术围术期的康复治疗过程中，可在术前失用性萎缩、术后手术创伤、术后活动减少以及关节源性肌肉抑制等多方面进行针对性的治疗，以进一步提高患者术后的肌力恢复速度，从而提高生活质量及手术满意度，使其更好地恢复肢体功能，早日回归生活。
此次研究仍然有诸多局限性：首先，此次研究只通过等速肌力测试的方法客观衡量单髁置换术后患者的肌力，忽略了其相关肌组织的肌电活动，未探究关节源性肌肉抑制的情况，后续研究应当通过表面肌电等方法对单髁置换术患者进行相关测试，明确表面肌电情况；此外，此次研究样本量较小，随访时间较短，未能随访患者术后半年及以上的远期康复疗效，有待后续研究进一步探讨。
展望：目前等速肌力测试在单髁置换术中的应用较少，作者课题组拟进行更大规模且更长时间维度的随访，对国人单髁置换术后的等速肌力进行更为深入的探究，进一步指导并改进单髁置换术后的康复锻炼策略。
结论：综上所述，对于单间室的终末期骨关节炎患者，单髁置换术是一种快速、有效的手术方式，在肌力等方面恢复较全膝关节置换术患者更快。根据此次研究的单髁置换术后定量肌力情况，可在将来系统性地指导建立患者恢复和康复目标，定量监测疾病进程和治疗效果，为患者单髁置换术后快速康复提供理论指导。

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