两种手术治疗内侧间室膝骨关节炎患者术侧足底压力比较

王朝阳,昝强,马建兵,李志鹏,包焕利,支力强,尚磊,徐超,*

(1.陕西中医药大学第一临床医学院,陕西 咸阳 712000;2.西安交通大学附属红会医院膝关节病区,陕西 西安 710000;3.陕西中医药大学附属医院骨关节科,陕西 咸阳 712000;4.濮阳市中医医院骨一科, 河南 濮阳 457000;5.空军军医大学军事预防医学系军队卫生统计学教研室,陕西 西安 710032)

目前对于内侧单间室膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)患者而言,内侧开放楔形胫骨高位截骨术(opening wedge high tibial osteotomy,OWHTO)与单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)是两种安全可靠的手术方法[1-2]。但是OWHTO和UKA的手术原理却完全不同,前者通过关节外胫骨近端截骨实现下肢力线的外移和压力负载的重新分布,而后者仅通过置换关节内磨损的内侧间室来达到治疗目的。尽管如此,UKA和OWHTO仍存在部分重叠的适应证[3],外科医生在两种手术之间进行选择的情况并不少见。

已有研究比较了OWHTO与UKA术后在患者报告结局量表、影像学指标、成本效益评价、术后并发症及术后转归等方面的差异[4-6],结果仍存争议。足底压力分析技术能够实现对患者步行过程客观、动态、量化的评估,已被广泛用于鉴别病理步态[7]、协助设计足部矫形器和矫形鞋垫[8]以及对足部外形进行分类[9],可为临床医生提供客观详尽的数据以实现对手术效果的量化评价[10]。本研究选择OWHTO和UKA术后患者作为研究对象,通过比较两种手术治疗后足底压力分布的特点,分析其各自优劣,为临床手术治疗方案的选择提供生物力学依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究设置实验组(HTO组和UKA组)及对照组。选取2020年1月至2021年3月在西安市红会医院膝关节病区接受OWHTO治疗的17例内侧单间室KOA患者作为HTO组,同时收集经UKA治疗的19例患者作为UKA组。HTO组手术均以力线靠近或通过fujisawa点[11]为原则,常规进行植骨及Tomofix锁定钢板的置入;UKA组所有患者均使用第3代Oxford单髁膝关节系统,手术操作步骤参考《Oxford单髁膝关节系统Microplasty手术技术》。实验组患者均无下肢创伤史、神经系统和其他骨科肌肉疾病。收集实验组患者术前及末次随访时的负重位下肢全长X线片,测量并记录术侧的髋-膝-踝角(hip knee ankle,HKA);同时实验组患者在术前及末次随访时填写膝关节协会评分(knee society score,KSS)量表。从患者家属及周边社区中选取22例健康同龄人作为对照组。所有受试者组间人口学基线资料差异无统计学意义(见表1)。本研究开展前,已取得西安市红会医院医学伦理委员会的批准,受试者均签署了足底压力检测知情同意书。

表1 两组一般基线资料比较

1.2 足底压力检测系统 本研究所用足底压力检测系统(见图1a)由两部分组成,分别为Pedomedic 40压力平板(德国,面积44 cm×62 cm,含1 600个传感器,采样频率400 Hz)和Freestep软件(意大利),压力平板将采集到的数据通过数据传输线输入装有Freestep软件的电脑进行数据分析。本系统将足底面积划分为11个区域,分别为:足母趾区(first toe,T1)、第2～5趾区(2～5 toe,T2～5)、第1跖骨区(first metatarsal head,MH1)、第2跖骨区(second metatarsal head,MH2)、第3跖骨区(third metatarsal head,MH3)、第4跖骨区(fourth metatarsal head,MH4)、第5跖骨区(fifth metatarsal head,MH5)、中足部内侧区(medial midfoot,MFM)、中足部外侧区(lateral midfoot,MFL)、后足部内侧区(medial rearfoot,RFM)及后足部外侧区(lateral rearfoot,RFL)[12](见图1b)。

a 足底压力检测系统 b Freestep软件足底分区示意图[12] c 足底压力采集过程图1 足底压力测试系统基本信息

本研究已针对设备的可重复性及可靠性进行了预实验研究,结果表明Pedomedic 40平板各项主要测量参数的组内相关系数均在0.85以上,而变异系数在20%以下,达到了开展足底压力测试所需的可重复性和可靠性水平。

1.3 检测方法 本研究受试者均在西安市红会医院膝关节病区进行足底压力测试。足底压力数据使用Pedomedic 40足底压力平板进行采集(见图1c)。测试开始前,所有受试者被要求赤脚并以舒适的步速在测试系统上进行5 min的热身,以适应在平板上行走的感觉,避免刻意调整步态。热身结束并休息2 min后进行正式测试。测试结束后使用Freestep软件选取5次有代表性和可靠性的足底压力数据进行统计分析。

1.5 统计学分析 本研究使用SPSS 19.0软件进行统计分析,经过Kolmogorov-Smirnov检验及散点图检验,所有数据符合正态分布。对于实验组和对照组在Max-P、FTI及VVI上的差异采用单因素方差分析进行处理,事后比较当方差齐时采用Bonferroni检验,方差不齐时使用Dunnetts’s T3检验;采用配对t检验分别对HTO组和UKA组术前及术后的KSS评分及HKA进行比较,使用独立样本t检验比较HTO组和UKA组在术后KSS评分及HKA指标上的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

本研究实验组受试者在随访期间无一例失访,术后均未发生骨折延迟愈合、假体松动和感染等并发症。

2.1 实验组受试者KSS评分及HKA的比较 HTO组的术前HKA为(171.91±3.24)°,术后增至(181.54±1.81)°;UKA组则由术前(172.23±2.17)°变为术后(177.16±2.66)°,两组术后HKA较术前均得到了显著改善(P<0.05),此外HTO组与UKA组的术后HKA差异有统计学意义(P<0.05)。就KSS评分而言,HTO组由术前(57.68±8.94)分增至术后的(89.11±6.57)分,UKA组则由术前(56.12±7.44)分变为术后的(90.64±5.78)分,两组均较术前得到显著改善(P<0.05),术后HTO组与UKA组KSS评分差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 各组受试者不同足底分区Max-P及VVI指数的比较 在MH1区,UKA组Max-P低于HTO组及对照组(P<0.05);在MH5区,Max-P大小顺序为:HTO组<对照组0.05,见表2及图2)。依据各组Max-P值计算出相应的VVI,结果显示:HTO组VVI(-0.03±0.01)>对照组VVI(-0.11±0.01)>UKA组VVI(-0.16±0.03),差异有统计学意义(P<0.05)。

图2 3组受试者足底压力分布图及Max-P曲线

表2 三组各足底分区峰值压强的比较

2.3 各组受试者不同足底分区FTI的比较 表3所示为足底各区FTI的比较结果。在MH1和MFM区,HTO组FTI显著大于对照组及UKA组(P<0.05);在MH2区,UKA组较HTO组及对照组均显著减小(P<0.05);在MH5区,UKA组较HTO组显著增大(P<0.05);而在RFL内,UKA组显著大于HTO组和对照组(P<0.05);其余比较结果差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 三组各足底分区压力时间积分的比较

3 讨 论

近年来KOA发病率明显增加并趋于年轻化,在1990—2019年全球疾病负担研究(global burden of disease study,GBD)[15]中,骨关节炎在50～74岁人群中造成的伤残调整生命年(disability-adjusted life-years,DALYs)比率已由1990年的1.1%上升至2019年的1.5%,其造成的DALYs排名由1990年的24位上升至2019年的18位。为了满足不同年龄阶段患者对工作强度及生活质量的需求,保膝理念指导下的KOA阶梯式治疗方案在近几年日趋完善[16]。

作为保膝手术,OWHTO通过胫骨截骨纠正下肢力线并对膝关节内外侧间室的压力分布进行调整,主要针对来自关节外即胫骨的畸形[17];UKA则通过对磨损的内侧间室进行表面置换,改善患者症状,主要针对膝关节内的磨损,具有创伤小、生物力学改变小和术后恢复快等优势[18]。然而要想取得满意的治疗效果,选择合适的患者、规范的手术技术以及可靠的内置物缺一不可[19]。2021年《中国膝关节周围截骨下肢力线矫正术治疗膝关节骨关节炎临床指南》[20]明确了OWHTO的适应证:(1)男性患者年龄应<65岁、女性应<60岁;(2)患者身体质量指数<27.5 kg/m2;(3)患者膝关节受累间室Kellgren-Lawrence(K-L)分级为Ⅲ级以下,对侧间室关节间隙相对正常;(4)膝关节内翻畸形>5 °;(5)患者术前膝关节运动范围>100 °、屈曲挛缩<15 °。上述适应证与Biomet公司发布的《Oxford单髁膝关节系统Microplasty手术技术》存在部分重叠,这会给外科医生的治疗选择带来挑战。

目前,已有学者对OWHTO与UKA的术后疗效进行了比较,结论仍有争议。Jacquet等[4]在一项回顾性研究中发现,相较于UKA组,HTO组患者恢复体育运动和既往职业活动的时间更短,能够进行冲击性活动(高山滑雪、网球、慢跑、足球和武术)的患者比例也更高,且获得了更高的运动评分。而Belsey等[5]却在一项系统评价中报道,相较于HTO,接受UKA治疗的患者在体力活动能力上有更大的提高,且HTO术后疗效可能受到所用内置物及截骨间隙填充物质量等术中因素的影响。虞宵等[6]在一项纳入了60例受试者的临床观察中发现,UKA组在术后能获得更好的短期临床疗效,术后1年以上HTO组与UKA组临床疗效接近,而从短期成本效益分析,HTO效价比更佳。

足底压力分析作为一种能够动态、客观反映行走过程中足底受力信息的技术,在以往的临床观察研究中其价值已经得到了广泛认可[10,12]。本研究发现,HTO组与UKA组较术前均取得了显著的临床及影像学指标改善,在术后足底压力分布方面两组患者差异具有统计学意义。UKA组与对照组在Max-P上的差异主要来源于MH1、MH5和MFL区,HTO组与对照组的差异则主要在MH5及MFM区;HTO组与UKA组则主要在MH1、MH5、MFM、MFL及RFL区存在差异。本研究进一步比较了基于Max-P而来的衍生指标VVI,并发现HTO组VVI>对照组VVI>UKA组VVI,意味着HTO组较对照组在足底压力分布上更偏于足内侧,UKA组较前两者偏于外侧;而且UKA组与对照组之间VVI的差值小于HTO组与对照组间的差值,意味着UKA组足底压力分布较HTO组更接近正常人。需要注意的是,本研究所获取的VVI指标并不能直接与其他文章中的VVI指标进行比较,原因在于:(1)所使用足底压力传感器硬件及性能的不同;(2)足底压力分析软件对足底分区不同[13-14]。同样,UKA组与对照组在FTI上的差异主要来源于MH2和RFL区,HTO组与对照组的差异则主要在MH1和MFM区,UKA组与HTO组间的差异则集中在MH1、MH2、MH5、MFM和RFL区,也显示了与Max-P相似的分布差异。作为压力在时间上的积分量,FTI能够反映对应足底区域接触时间和足底压力的变化。因此,FTI较高的区域有更大的足底疼痛、胼胝以及受伤风险,应成为临床中重点护理区域[21]。

本研究也存在一些局限性。首先,较少的样本量限制了结论的统计学效力,然而即使在有限的样本量下,本研究也发现了组间的显著差异性,今后应进行样本量更大的研究验证本研究的结果。其次,代表性试验的选择和对足印的人工修正存在一定主观性,可能对结果造成影响。第三,本研究只选取了OWHTO与UKA术侧进行分析,未纳入未术侧相关数据,不利于对患者行走和平衡功能的整体评估,今后将纳入未术侧相关数据进行分析。

综上所述,患者在接受OWHTO与UKA治疗后临床及影像学指标得到改善,但通过比较两组患者术后1年的术侧足底压力分布,本研究发现:(1)UKA组足底负载较健康对照更偏于足外侧,HTO组较健康对照偏于足内侧;(2)UKA组在术后术侧足底负载分布上更接近于健康对照。此结论一方面能为患者术后的康复治疗及防护提供建议,另一方面为术者手术方法的选择提供了足底压力方面的依据,但仍需临床医生综合考虑患者实际情况进行最终抉择。下一步将采取前瞻性、多中心、大样本的研究验证该结论,并将结合临床及影像学指标建立更为全面的KOA术后疗效评价体系。