2. 401120 重庆，重庆医科大学附属第三医院骨与创伤中心
2. Department of Orthopedics, the Third Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, 401120, China
随着世界范围内老龄化和肥胖人口数量不断增多，与其密切相关的膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis, KOA)发病率持续升高，而KOA则是全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)的主要手术原因之一[1]。尽管TKA已被证实可显著改善患者的临床症状，但仍有15%术后患者被膝关节不稳定所困扰[2]。
膝关节的稳定性是由骨、韧带、半月板及周围肌肉共同维持，在KOA病理作用下，膝关节周围组织结构被破坏，继而发生膝关节不稳定(knee instability, KI)[3]。目前KI分为伸膝不稳定、屈膝不稳定、膝反屈不稳定及多方向不稳定。伸膝位做内外翻应力试验时，内侧分离2 mm、外侧3 mm以上时认为伸膝不稳定。屈膝不稳定是指在屈膝位内外翻应力试验时内侧3 mm、外侧4 mm以上的分离，前后方5 mm以上移动甚至脱位。膝反屈不稳指关节过伸超过0°以上，出现膝关节不稳现象。多方向关节不稳定是指两个方向以上或全方位出现不稳定现象。KI会直接影响站立行走活动或上下楼梯的行走，即便是轻微的不稳定也易感觉不适[3]。
AZZAM等[4]报道了67例关节不稳翻修术后效果良好，但他们发现难以对关节不稳进行定量。目前关节不稳的诊断主要依赖患者症状、临床及放射学的主观评估，往往难以对其做出准确的诊断，而生物力学试验和动态影像学检查仅仅停留在试验阶段且过于昂贵。KI是患者对膝关节滑动、锁扣的一种自我感觉，研究证实65% KOA患者存在KI[5]。近年来，随着关节假体设计及制作工艺的飞速发展，TKA手术翻修率逐年下降，目前已不足6%，但KI却占翻修手术直接原因的10%~22%[6]。鉴于此，本研究尝试通过了解TKA对KI及其他相关临床指标的影响情况，进而筛选能够预测TKA术后KI持续不缓解的独立危险因素，为今后进行早期评价和早期干预提供理论依据。
1 资料与方法 1.1 研究对象2015年1月至2018年12月于联勤保障部队第989医院关节脊柱科诊断KOA并行单侧TKA患者共计136例，其中男性81例，女性55例，年龄42~73岁，患者均为同一手术医师操作，采用标准方案接受统一的术后治疗。排除标准：①既往行同侧单髁置换术或胫骨高位截骨术患者；②术前或术后1年行其他下肢关节置换手术患者；③心脏功能Ⅲ级(New York Heart Association, NYHA)以上患者；④类风湿性关节炎患者；⑤伴随严重神经系统疾病的患者；⑥进行双侧TKA的患者；⑦在入组前已接受其他下肢关节置换手术患者或入组施行手术后1年内再次接受其他下肢关节置换手术患者。此研究获本院伦理委员会审批许可(20140912-017)，患者及家属均知情同意。
1.2 方法首先对入组患者TKA术前、术后6周和1年进行一般情况记录，除年龄、性别、身高、体质量等基础信息外，还包括12种常见疾病患病、治疗及引起功能障碍情况(每种疾病根据影响功能障碍程度分别计1~3分，总分36分)。
膝关节不稳定(KI)评分：要求患者对评价前2 d膝关节滑动或锁扣对日常活动影响的严重程度进行计分(从完全不影响到完全无法活动，分别计0~5分)，3分及以上列为KI。
关节疼痛、功能障碍评分：利用骨性关节炎量表(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index, WOMAC)的疼痛、功能障碍子量表进行评分[7]，患者于术前、术后6周及1年对膝关节疼痛(5个选项，每项0~4分，计0~20分)、关节功能障碍(17个选项，每项0~4分，计0~68分)进行自我评价，分值越高代表疼痛及功能障碍越严重。
下肢运动功能指标：①楼梯攀爬功率，患者于术后6周、1年被要求尽可能快速攀爬楼层，根据楼梯台阶数、台阶层高、花费时间及体质量计算攀爬功率[8]；② 25 m直线行走时间，患者被要求尽可能快速完成25 m直线行走，记录完成时间；③膝盖活动范围，采用长臂测角仪测量膝关节的最大主动屈曲和伸展角度。
1.3 分组根据KI自评情况，患者被分入以下4组：①稳定组(stability group, SG)，术前及术后1年皆无膝关节滑动、锁扣表现者；②进展性不稳定组(developing instability group, DIG)，术前无关节滑动、锁扣，术后6周、1年出现者；③不稳定解除组(instability resolved group, IRG)：术前存在关节滑动、锁扣，术后6周、1年症状逐步消失者；④持续不稳定组(instability group, IG)：术前和术后1年都存在关节滑动、锁扣者。
1.4 统计学分析通过方差分析、χ2检验检测各组患者基础资料差异是否具有统计学意义；独立t检验比较术后6周、1年持续不稳定组与其他组的组间差异，P < 0.05为差异具有统计学意义；重复测量方差分析检验时间、组别效应及时间-组别交互效应；受试者工作特征曲线(ROC)确定显著临床相关切点，利用交叉表检验确保每组包含足够的患者数以进行统计学分析(n>8)；将与持续膝关节不稳定关联的单独自变量(P < 0.2)代入到多变量Logistic回归模型，根据χ2检验值由高向低依次输入变量值，如对模型贡献显著性P < 0.1，则保留在模型中，被认为是TKA术后1年持续KI存在的独立危险因素。全部数据采用SPSS 22.0统计软件进行分析。
2 结果 2.1 一般情况共计155例接受单侧TKA手术患者纳入本研究序列，在术后6周、1年随访过程中19例患者失访，最终确认136例患者完成相关调查问卷和临床测验。其中106例患者(77.9%)术前评估存在KI，其中25例患者(23.6%)术后1年仍存在KI(表 1)；术后出现KI的患者共计3例(2.2%)，因样本量少无充分统计学效力，因此未纳入到后续研究。
| 指标 | SG组(n=27) | DIG组(n=3) | IRG组(n=81) | IG组(n=25) | P |
| 性别(男性) | 15(62.5) | 3(60.0) | 55(67.9) | 13(52.0) | 0.19 |
| 年龄/岁 | 58.7±5.3 | 59.1±4.4 | 57.4±6.1 | 56.2±6.1 | 0.83 |
| 体质量指数(BMI)/kg·m-2 | 28.1±3.2 | 29.2±3.4 | 28.5±2.8 | 29.0±3.0 | 0.33 |
| 非术侧KI | 4(14.8) | 0(0.0) | 27(33.3) | 9(36.0) | < 0.01 |
| 伴随疾病评分 | |||||
| 0 | 6(22.2) | 0(0.0) | 11(13.6) | 3(12.0) | < 0.01 |
| 1~3 | 12(44.4) | 1(33.3) | 34(42.0) | 4(16.0) | < 0.01 |
| 4~6 | 6(22.2) | 1(33.3) | 29(35.8) | 10(40.0) | < 0.01 |
| >6 | 3(11.1) | 1(33.3) | 7(8.6) | 8(32.0) | < 0.01 |
| 心脏疾病 | 6(22.2) | 0(0.0) | 10(12.3) | 4(20.0) | 0.66 |
| 肺部疾病 | 5(18.5) | 0(0.0) | 9(11.1) | 3(12.0) | 0.29 |
| 糖尿病 | 6(22.2) | 0(0.0) | 25(30.8) | 9(36.0) | < 0.01 |
| 高血压 | 10(37.0) | 1(33.3) | 31(38.3) | 11(44.0) | < 0.01 |
| 高血脂 | 7(25.9) | 0(0.0) | 19(23.5) | 7(28.0) | 0.25 |
| WOMAC疼痛评分(0~20分) | 9.4±3.1 | 11.1±4.2 | 12.8±2.7 | 11.9±3.5 | < 0.01 |
| WOMAC功能评分(0~68分) | 30.2±10.1 | 32.7±13.2 | 35.2±11.4 | 39.9±9.6 | < 0.01 |
在术前评估阶段，存在KI患者其WOMAC关节疼痛、功能障碍评分显著高于无KI患者(表 1、图 1)，术后1年前者无论是在WOMAC关节疼痛(P < 0.01)、功能障碍评分(P < 0.01)，还是楼梯攀爬功率(P < 0.01)以及25 m直线行走时间上的改善程度(P < 0.01)都不及无KI患者(表 2)。
|
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a：P < 0.01, 与其他时间点比较；b：P < 0.01，与SG组、IRG组比较；c：P < 0.05，与术前比较 A: SG、IRG、IG组TKA术前、术后6周、术后1年WOMAC疼痛评分；B：SG、IRG与IG组TKA术前、术后6周、术后1年WOMAC功能评分 图 1 患者TKA术前、术后6周及1年WOMAC疼痛、功能评分情况 |
| 指标 | SG组(n=27) | IRG组(n=81) | IG组(n=25) | 95%CI | Pa |
| WOMAC疼痛评分 | |||||
| 术后6周 | 5.9±2.8 | 6.7±3.2 | 10.5±4.2 | 2.7(1.9~3.5) | < 0.01 |
| 术后1年 | 3.0±2.5 | 2.9±2.8 | 7.1±3.4 | 2.0(1.2~2.8) | < 0.01 |
| WOMAC功能评分 | |||||
| 术后6周 | 18.6±8.8 | 19.7±11.2 | 27.4± 9.9 | 8.3(4.9~11.7) | < 0.01 |
| 术后1年 | 8.4±8.6 | 11.3± 9.2 | 18.9±11.2 | 8.9(4.5~13.3) | < 0.01 |
| 楼梯攀爬功率/W | |||||
| 术后6周 | 181.6±77.9 | 175.3±80.4 | 156.2±88.6 | 29.3(7.8~50.8) | < 0.05 |
| 术后1年 | 259.3±89.2 | 262.2±97.7 | 228.9±104.3 | 36.7(8.1~65.3) | < 0.05 |
| 25 m直线行走时间/s | |||||
| 术后6周 | 18.1±4.1 | 18.7±4.9 | 24.4±6.1 | 2.0(0.8~3.2) | < 0.01 |
| 术后1年 | 15.4±3.2 | 15.1±3.9 | 16.2±3.1 | 0.7(0.1~1.3) | 0.12 |
| 膝关节屈曲角/° | |||||
| 术后6周 | 93.3±11.0 | 94.2±13.7 | 96.9±10.9 | 1.2(-3.1~5.5) | 0.39 |
| 术后1年 | 104.2±12.7 | 105.1±12.5 | 106.7±11.9 | 0.9(-3.3~5.1) | 0.73 |
| 膝关节伸展角/° | |||||
| 术后6周 | -7.2±5.2 | -7.4±4.9 | -8.6±6.3 | 1.1(-1.2~3.4) | 0.58 |
| 术后1年 | -3.3±4.7 | -3.5±5.0 | -3.0±4.9 | 0.4(-2.9~3.7) | 0.84 |
| a: 稳定组(SG和IRG)与不稳定组(IG)进行比较 | |||||
重复测量方差分析表明：3组患者(因样本量不足，DIG组未列入统计)术后6周、1年WOMAC关节疼痛(P < 0.01)、活动障碍评分(P < 0.01)都有明显改善，但IG组改善程度显著低于SG、IRG组(图 1)。
2.2 TKA术后KI的危险因素的Logistic回归分析Logistic回归分析则提示：数项单危险因素[年龄(P < 0.05)、伴随疾病评分(>6分)(P < 0.01)、糖尿病(P < 0.05)、高血压(P < 0.05)、WOMAC疼痛评分(P < 0.01)、WOMAC功能评分(P < 0.01)、楼梯攀爬功率(P < 0.01)、25 m直线行走时间(P < 0.05)]与术后KI持续存在高度相关(表 3)。由于WOMAC疼痛评分与功能障碍评分之间存在高度共线性，且关节疼痛是骨性关节炎患者膝关节损伤的直接表现和临床功能障碍的主要原因，因此仅将WOMAC疼痛评分纳入到多变量模型之中。最后被纳入到多变量模型分析中的变量包括楼梯攀爬功率(< 150 W)、关节疼痛评分(>7分)和年龄因素(< 60岁)，上述危险因素占TKA术后1年KI持续存在变异系数的23.9%。
| 指标 | 单变量分析 | 多变量分析 | |||||
| OR | 95%CI | P | OR | 95%CI | P | ||
| 年龄 < 60岁 | 2.37 | (1.10~3.64) | < 0.05 | 2.55 | (1.31~3.79) | < 0.05 | |
| 男性 | 0.96 | (0.49~1.43) | 0.81 | ||||
| BMI | |||||||
| < 25 | 1 | ||||||
| 25~30 | 0.81 | (0.72~0.90) | 0.29 | ||||
| >30 | 1.55 | (0.56~2.54) | 0.38 | ||||
| 伴随疾病评分 | |||||||
| 0~3 | 1 | ||||||
| 4~6 | 1.62 | (0.66~2.58) | < 0.05 | 1.79 | (0.91~2.67) | 0.13 | |
| >6 | 6.02 | (3.13~8.91) | < 0.01 | 5.33 | (1.77~8.89) | < 0.01 | |
| 心脏疾病 | 1.31 | (0.72~1.90) | 0.44 | ||||
| 肺脏疾病 | 1.47 | (0.86~2.08) | 0.52 | ||||
| 糖尿病 | 2.67 | (1.07~4.27) | < 0.05 | ||||
| 高血压 | 1.89 | (0.77~3.01) | < 0.05 | ||||
| 高血脂 | 1.04 | (0.62~1.46) | 0.37 | ||||
| WOMAC疼痛评分>7分 | 3.52 | (1.66~5.38) | < 0.01 | 1.84 | (0.88~2.80) | 0.08 | |
| WOMAC功能评分>22分 | 3.19 | (1.88~4.50) | < 0.01 | ||||
| 楼梯攀爬功率 < 150 W | 2.92 | (1.77~4.07) | < 0.01 | 2.37 | (1.06~3.68) | < 0.01 | |
| 25 m直线行走时间>15s | 2.33 | (1.02~3.64) | < 0.05 | ||||
| 膝关节屈曲角>95° | 1.72 | (0.89~2.55) | 0.18 | ||||
| 膝关节伸展角 < -5° | 1.11 | (0.63~1.59) | 0.69 | ||||
3 讨论
膝关节不稳定(KI)常见于接受TKA手术的患者，本研究显示术前存在KI的患者比例高达77.9%(106/136)。尽管当前观点普遍认为TKA手术可以有效改善KI，但本研究数据显示有20.6%(28/136)的患者术后1年KI未得到改善，而此前的一项研究也证实，32%的中-重度KOA患者在接受TKA术后6个月KI仍持续存在[9]。
根据不稳定出现的不同时期，造成不稳定的原因除了术前患者因素，还包括手术因素及术后外伤等因素。本研究的136名患者均为同一手术医师操作，均采用限制性假体，术者根据患者屈曲及伸直间隙情况选择合适的关节假体类型及大小，术中充分松解侧副韧带以维持内外侧软组织平衡，并矫正下肢力线。向所有患者宣教有关术后活动的注意事项，告知术后外伤可能会造成术后不稳，对减少患者术后不稳定发生有非常重要的意义。
膝关节的稳定性主要与以下4个方面的因素有关：肌肉力量、关节本体感觉、膝关节松弛度及关节内翻、外翻程度[3]。出于客观评价的考虑，我们重点对肌肉力量进行了量化统计，而未对膝关节本体感觉、松弛度和内外翻程度进行统计分析，根据近期一项针对159例KOA患者KI的随机临床研究结果，即便在术后进行的肌肉强化训练计划中加入膝关节本体感觉和神经-肌肉控制训练，并不比单独进行肌肉训练产生更多的临床收益[10]。
既往研究发现TKA术前疼痛越严重，术后疼痛越难以缓解[2]，而本研究数据显示：术前存在KI的患者膝关节疼痛评分明显高于无KI的患者，而TKA术后1年IG组患者其疼痛改善程度远低于IRG患者，提示关节疼痛是预测TKA术后KI持续存在的独立危险因素。然而，关节疼痛和术后KI之间的内在关联尚未得到根本阐明，目前仅推测关节疼痛可能损害股四头肌功能导致KI不缓解，而KI引起关节滑动、锁扣又将进一步加剧关节疼痛，由此形成恶性循环[11]。
WOMAC功能障碍评分结果与疼痛评分相似，术前存在KI的患者较之无KI患者的障碍程度更高，尽管术后两组患者的评分都有不同程度的降低，但前者的下降程度远不及SG组和IRG组患者，这说明KI与膝关节功能障碍的恢复存在明显的负性相关。考虑到关节疼痛和功能障碍将直接影响患者术后生存质量及TKA远期疗效，因此，二者手术前后的变化情况与KI是否缓解高度相关。
本研究结果还显示：TKA术后6周时，楼梯攀爬功率和25 m直线行走时间同为TKA术后1年KI持续存在的独立危险因素。由于二者存在高度线性相关，依次将二者列入多变量模型进行预测，发现25 m直线行走时间并非显著危险因素。我们推测上述结果的出现可能是由于楼梯攀爬功率相较于平地行走对膝关节功能和体能储备的要求更为苛刻，因此对膝关节功能状态的反映也更为客观，更容易预测TKA术后KI的转归。
本研究数据分析同时显示年龄因素(< 60岁)与术后KI持续存在相关，但值得注意的是，高龄患者通常会尽可能减少或避免高强度运动，从客观上减少了KI主观感受。既往研究表明：伴随疾病也是影响TKA手术效果的重要因素，可能同样与影响患者日常功能活动有关[12]。本研究结果显示：术后KI持续存在的患者罹患糖尿病、高血压的比例更高，单变量分析提示二者是KI的独立相关因素，但其对多变量模型没有显著影响。
本研究设计上存在一定的缺陷，即对KI的定义单纯依靠患者的主观感受，而无客观量化标准，使得分组纳入必然存在偏差，后续研究迫切需要更为严格、客观的临床影像学或功能动力学指标对KI进行量化和定义。
综上所述，大多数KOA患者存在KI，而TKA作为治疗KOA的有效手段其临床应用越来越广泛，但TKA对KI的改善率并不尽如人意，且KI是导致TKA手术失败翻修的主要原因之一。同时，TKA术后1年约有20%的患者存在关节疼痛及功能障碍，本研究结果发现：TKA术后6周膝关节疼痛、功能障碍、楼梯攀爬功率与术后1年KI存在高度相关，是后者的独立危险因素，进而提示：TKA术后通过缓解关节疼痛、改善关节功能障碍、加强下肢肌肉力量训练将可能进一步降低术后KI发生率[13]，最终提高手术远期疗效和患者生存质量。而在术后康复训练方面，本研究通过冰敷缓解肢体充血肿胀并结合镇痛泵抑制疼痛、鼓励患者向专业护理人员寻求心理疏导以减少负面情绪，借助气压泵预防下肢静脉血栓形成等，取得了明显的临床效果。上述临床尝试为TKA术后KI的综合治疗提供了可供借鉴的思路。
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