前交叉韌帶損傷后膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室有和無創(chuàng)傷后骨關(guān)節(jié)炎患者的髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究

徐立國 楊自兵 徐杰 孫繼峰

前交叉韌帶(Anterior cruciate ligament,ACL)損傷后關(guān)節(jié)運動學(xué)和動力學(xué)的改變可使關(guān)節(jié)軟骨承重區(qū)的位置和大小發(fā)生變化,從而直接和間接引發(fā)關(guān)節(jié)退行性變,ACL 損傷后早期膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)的改變與脛股關(guān)節(jié)的OA 有關(guān)［1,2］。為了探究評估ACL 損傷和重建后早期(5 年內(nèi))有和無創(chuàng)傷性膝OA 患者在髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)方面是否存在差異改變,及與繼發(fā)創(chuàng)傷性膝OA的關(guān)系。本文前瞻性收集19 例ACL 損傷的患者,應(yīng)用步態(tài)分析明確ACL 損傷后發(fā)生創(chuàng)傷后膝OA 患者的生物力學(xué)存在改變,以期為臨床疾病診治提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究共納入2015 年1 月～2016 年1 月在日照市中心醫(yī)院進(jìn)行診斷與治療的14～51 歲完全性單側(cè)ACL 損傷≤7 個月的19 例患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：Lachman 試驗陽性且脛骨前偏移差異≥3 mm；在受傷前,患者經(jīng)常參加Ⅰ級(如足球、籃球等)或Ⅱ級(如網(wǎng)球、高山滑雪等)削減和旋轉(zhuǎn)活動,并且在受傷后表現(xiàn)出膝關(guān)節(jié)動力學(xué)不穩(wěn)定的特征。排除標(biāo)準(zhǔn)：可修復(fù)的半月板損傷；其他膝關(guān)節(jié)韌帶的癥狀性Ⅲ級損傷；全層關(guān)節(jié)軟骨病變>1 cm2。本研究經(jīng)日照時中心醫(yī)院倫理審查委員會批準(zhǔn)實施,所有患者都簽署了知情同意書。

1.2 方法 19 例患者受傷均≤7 個月,且在滲出液、運動范圍受限、疼痛和步態(tài)異常等初始損傷明顯緩解后入組,經(jīng)物理治療,患者患側(cè)股四頭肌強度至少達(dá)到健康肢體的70%。入組后,患者進(jìn)行了10 次術(shù)前康復(fù)訓(xùn)練以進(jìn)一步恢復(fù)下肢力量和神經(jīng)肌肉控制功能。所有患者均通過自體股薄肌肌腱或同種異體軟組織移植物移植進(jìn)行了ACL 重建,術(shù)后早期完成了標(biāo)準(zhǔn)的漸進(jìn)式康復(fù)訓(xùn)練。在5 個時間點即：初始損傷明顯緩解后(基線)；完成10 次術(shù)前康復(fù)訓(xùn)練后(術(shù)前康復(fù)訓(xùn)練后)；ACL 重建后6 個月時(術(shù)后6 個月時)；ACL 重建后1 年時(術(shù)后1 年時)；ACL 重建后2 年時(術(shù)后2 年時)完成步態(tài)分析。ACL 重建術(shù)后3 個月、6 個月、1 年、2 年、5 年進(jìn)行膝關(guān)節(jié)負(fù)重位X 線影像學(xué)檢查。

1.3 觀察指標(biāo)及判定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 步態(tài)分析 在5 個時間點收集運動學(xué)數(shù)據(jù),8 臺120 Hz 紅外線攝像機對放置在髂骨嵴、大轉(zhuǎn)子、股骨內(nèi)外上髁、內(nèi)踝和外踝、上足和下跟、第一跖骨底和第五跖骨底的16 mm 球狀逆向反射標(biāo)記進(jìn)行探測。每個帶有4 個標(biāo)記的剛性熱塑性外殼橫向固定在每側(cè)大腿和小腿上,將帶有3 個標(biāo)記的骨盆殼固定在髂后上棘中間,以追蹤步態(tài)過程的節(jié)段運動。使用站立校準(zhǔn)來確定關(guān)節(jié)中心,并為每個節(jié)段創(chuàng)建局部坐標(biāo)系?；颊咭宰杂伤俣妊刂粭l6 m 長且?guī)в?080 Hz 嵌入式測力板的步道行走。在基線測試階段確定行走速度,在其他時點使用計時系統(tǒng)使步速保持在±5%范圍內(nèi)。使用反向動力學(xué)自定義軟件確定站姿相位關(guān)節(jié)角度和外部力矩作為5 次步行試驗的平均值。運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)分別在6 Hz 和40 Hz 處進(jìn)行了低通濾波過濾。初始接觸和站姿結(jié)束用50 N 閾值進(jìn)行識別。目標(biāo)變量為步態(tài)周期站立相矢面及站立相(前50%)額面髖關(guān)節(jié)峰值角度和力矩,以站立相髖關(guān)節(jié)屈曲和伸展角度峰值之間的差異計算髖關(guān)節(jié)偏移量,此外還以傷肢減健肢的方法計算了雙下肢關(guān)節(jié)角和外部力矩的差異。

1.3.2 影像學(xué)檢查 ACL 重建5 年后,患者完成雙側(cè)負(fù)重前后屈膝30°影像學(xué)檢查。用Kellgren-Lawrence X 線分級標(biāo)準(zhǔn)對脛股內(nèi)側(cè)間室OA 進(jìn)行分級,Ⅱ級及以上可判定存有OA。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 使用SPSS23.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,用獨立樣本t檢驗及Fisher 精確概率法對ACL 受傷5 年后有和無影像學(xué)膝OA 患者的基線特征和伴隨損傷進(jìn)行分析；用兩因素混合設(shè)計方差分析OA 因素和時間因素對髖關(guān)節(jié)角度和外部力矩的影響進(jìn)行評估。P<0.05 表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基線特征 19 例患者均在5 個時間點(基線、術(shù)前康復(fù)訓(xùn)練后、ACL 重建術(shù)后6 個月、1 年和2 年)完成了步態(tài)分析。見表1。并在術(shù)后5 年進(jìn)行了影像學(xué)檢查,其中5 例患者呈現(xiàn)患側(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 影像學(xué)表現(xiàn),14 例患者無此表現(xiàn)。

表1 19 例患者5 個時間點步態(tài)周期中矢狀面和額面髖關(guān)節(jié)運動學(xué)和動力學(xué)肢體間差異的MDC95

ACL 重建術(shù)后5 年,有膝OA 患者的KOS-ADLS評 分(94.9±3.1) 分、IKDC 評 分(89.9±6.3) 分、VAS評分(0.2±0.4)分與無膝OA 患者的(98.5±3.1)、(95.9±7.3)、(0.1±0.4)分比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

有和無膝OA 患者年齡、體重、體質(zhì)量指數(shù)(BMI)、性別、重返傷前活動水平、移植物類型、步速比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。有和無膝OA 患者從受傷到基線、從受傷到ACL 重建、從ACL 重建到影像學(xué)檢查的時間比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。有和無膝OA 患者,影像學(xué)表現(xiàn)為傷肢膝關(guān)節(jié)外側(cè)間室OA、健肢膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 占比比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 ACL 重建5 年后,有和無影像學(xué)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 患者的基線特征和伴隨損傷比較(,n)

2.2 髖屈角檢測結(jié)果 有膝OA 患者在5 個時點測得的髖屈角峰值均值(25.3±2.4)°低于無膝OA 患者的(31.3±1.4)°,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。膝OA 患者第1 年時髖屈角峰值肢間差值(傷肢髖屈角峰值-健肢髖屈角峰值)(-2.1±1.3)°低于無膝OA 患者的(1.3±0.8)°,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

2.3 髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩 有膝OA 患者在5 個時點行走時患肢的不對稱性髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩均值(-0.05±0.17)Nm/(kg·m)低于無膝OA 患者的(0.09±0.13)Nm/(kg·m),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.042<0.05)。

3 討論

研究結(jié)果表明,與ACL 重建后5 年內(nèi)未發(fā)生膝OA 的患者相比,發(fā)生膝OA 的患者在術(shù)前和術(shù)后行走時髖關(guān)節(jié)屈曲運動較少,不對稱性髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩較低。此外,無論5 年時是否存在膝OA,所有受試者在ACL 重建前傷側(cè)肢體均表現(xiàn)出較高的髖關(guān)節(jié)外屈曲力矩,且在術(shù)后2 年內(nèi)隨時間延長而降低［3］。

ACL 損傷后髖關(guān)節(jié)運動和負(fù)荷發(fā)生改變,ACL 斷裂后,不僅膝關(guān)節(jié)角度和力矩發(fā)生變化,髖關(guān)節(jié)近端也會發(fā)生變化。與ACL 重建術(shù)后5 年內(nèi)未發(fā)生膝OA的患者相比,發(fā)生膝OA 的患者在ACL 損傷和重建后早期表現(xiàn)出更小的關(guān)節(jié)角度和更大的不對稱性關(guān)節(jié)力矩［4,5］。本研究發(fā)現(xiàn),膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 患者行走時,雙側(cè)髖關(guān)節(jié)屈曲角峰值較低。發(fā)生膝OA 的患者在ACL 重建前和6 個月后會出現(xiàn)不對稱性髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩峰值減低,在術(shù)后1 年和2 年出現(xiàn)不對稱性髖關(guān)節(jié)外屈曲峰值減低；而未發(fā)生OA 的患者患肢與健肢相比,其在5 個時點均表現(xiàn)為髖屈曲力矩對稱且不對稱性髖內(nèi)收力矩增高。

本研究分析了膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室有和無創(chuàng)傷后OA患者的髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)差異。國外有研究等報道了ACL 重建12 年后發(fā)生外側(cè)室膝關(guān)節(jié)OA 患者的髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)表現(xiàn),與健康對照組相比,ACL 重建后患者的髖屈角峰值更大,但未發(fā)現(xiàn)其他髖關(guān)節(jié)運動學(xué)或動力學(xué)差異［6-9］,Posthumus 等［10］報告的較大髖關(guān)節(jié)屈曲角與本研究中膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 患者顯示的較小髖關(guān)節(jié)屈曲角形成對比。這兩項研究采用的不同研究方法可解釋這種差異。本研究測量了ACL 損傷和重建后2 年內(nèi)傷肢的髖關(guān)節(jié)角度和力矩,并與健肢和無OA患者進(jìn)行比較；Nguyen 等［11］在ACL 重建12 年后測量了髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo),并與健康對照進(jìn)行比較,未報告健肢數(shù)據(jù)。因為影響膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)間室OA 發(fā)展的下肢生物力學(xué)因素可能不同,這兩項研究的結(jié)果也可能不同。有研究表明［12］,ACL 損傷后關(guān)節(jié)載荷能力的降低可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后OA 發(fā)展,但載荷因素(本研究顯示膝OA 患者的髖屈角和內(nèi)收力矩不對稱性降低)對髖關(guān)節(jié)軟骨的影響仍不明確。本研究表明,膝OA 患者在所有5 個時間點行走時患肢的不對稱性髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩(-0.05±0.17)Nm/(kg·m)低于無膝OA 患者的(0.09±0.13)Nm/(kg·m),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。說明與無膝OA 的患者相比,膝OA 患者ACL 重建前后髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)存在更大的不對稱性。髖關(guān)節(jié)的異常運動模式是一個可變因素,可能需要在膝關(guān)節(jié)康復(fù)運動過程中加以矯正［13］。然而,因髖關(guān)節(jié)可代償遠(yuǎn)端膝關(guān)節(jié)的變化,故必須考慮髖關(guān)節(jié)運動模式的恢復(fù)對膝關(guān)節(jié)的潛在影響。ACL 損傷伴后伴高膝OA 風(fēng)險時非創(chuàng)傷性髖關(guān)節(jié)病變(包括同側(cè)或?qū)?cè)髖關(guān)節(jié)OA 的發(fā)展)的風(fēng)險是否也較高還需進(jìn)一步研究。如果ACL 損傷確實增加了慢性髖關(guān)節(jié)病變的風(fēng)險,則需要整合髖關(guān)節(jié)病變二級預(yù)防策略制定ACL 的康復(fù)方案［14,15］。本研究的局限性為本研究未就髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)的改變和非創(chuàng)傷性髖關(guān)節(jié)OA 的發(fā)展之間的聯(lián)系得出結(jié)論。此外,在ACL 損傷后5 年內(nèi)受試者均未經(jīng)醫(yī)師或物理治療師診斷過其他髖關(guān)節(jié)病變,可能存在因患者體訴脫失而漏診的情況。本研究未對髕股關(guān)節(jié)進(jìn)行影像學(xué)檢查,也未對膝關(guān)節(jié)外側(cè)間室OA 進(jìn)行分析。

總之,與未發(fā)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 的患者相比,ACL 重建5 年后發(fā)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室OA 的患者其髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)可能會改變。