引用本文： 趙宏謀, 梁曉軍, 李毅, 牛文鑫, 張東升. 脛骨遠端內外翻畸形對脛距關節接觸的影響. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(7): 826-829. doi: 10.7507/1002-1892.20160169 復制
踝關節骨關節炎（osteoarthritis，OA）臨床常見，在有癥狀的踝關節OA患者中，70%～80%合并內/外翻畸形，以內翻畸形多見[1-2]。對于有癥狀踝關節OA的治療，早期可采用藥物治療、理療、玻璃酸鈉關節腔注射等；終末期踝關節OA目前主要采用關節融合或置換治療。然而，對于中期踝關節OA的治療，臨床爭議較多。如果合并有力線異常，踝上截骨為常用手術治療方法。其理論依據在于通過糾正力線，緩解局部受力增加，進而延緩甚至逆轉OA的進程。臨床上，一些學者認為踝上截骨需要合并腓骨截骨[3-5]，一些認為應全部保留腓骨[6-9]，一些則認為應根據腓骨是否阻礙術中脛骨力線矯正來選擇腓骨截骨[2, 10-13]。這些治療選擇多基于臨床經驗，缺乏相應基礎研究依據。本研究通過生物力學方法，對不同程度脛骨遠端內外翻畸形對脛距關節接觸情況的影響進行比較研究，并比較分析保留與截斷腓骨對脛距關節接觸情況的影響，旨在為臨床上合理選擇踝上截骨的手術指征提供基礎研究依據。
1 材料與方法
1.1 研究對象及設備
新鮮離體下肢標本8具，由同濟大學醫學院提供，標本截取后于—20℃低溫冰柜中保存。所有標本外形正常，無小腿和足部肌肉、韌帶、肌腱損傷及攣縮等；經X線片檢查排除踝關節骨與關節退行性變、骨折、結構性畸形及骨質異常等骨骼疾病。
2T DDL實驗機（長春機械科學研究院有限公司）；TekScan人體關節壓力分析系統、5027號踝關節壓敏片（TekScan公司，美國）；標本固定盒及載物臺、金屬楔形塊、3.5 mm斯氏針及3.0 mm克氏針由西安交通大學醫學院附屬紅會醫院提供；T型鋼板及螺釘（常州奧斯邁醫療器械有限公司）；組合式外固定架（北京骨外固定技術研究所）。
1.2 試驗方法
試驗前24 h取出標本，室溫解凍。用3枚斯氏針于伸直位融合固定膝關節，去除小腿及踝關節周圍軟組織和肌腱等，顯露脛腓骨，保留上、下脛腓聯合及踝關節周圍韌帶和脛腓骨間膜的完整；將標本連接固定于DDL實驗機。切開前側踝關節囊，牽開踝關節并放置壓敏片，盡量放置于踝關節中間，避免折疊。試驗開始前先垂直緩慢預加載3次至載荷為600 N，以消除蠕變。試驗采用垂直加載，載荷至600?N；分9種工況在同一標本上按順序進行模型制作并完成加載（n=8）：①正常中立位（A組）；②通過踝上內側閉合楔形截骨制作脛骨遠端10°內翻模型（B組）；③在截骨間隙填充楔形塊，制作5°內翻模型（C組）；④在截骨間隙填充楔形塊，制作5°外翻模型（D組）；⑤在截骨間隙填充楔形塊，制作10°外翻模型（E組）；⑥截斷腓骨，按順序重復工況②～⑤（分別為F、G、H、I組）。見圖 1。通過TekScan壓敏片法[14]采集二維彩圖錄像，獲取不同工況下脛距關節的接觸面積、接觸壓強和峰值壓強，并觀察不同工況下踝關節受力中心的位置。
圖1
標本生物力學試驗示意圖?正常中立位加載?脛骨10°外翻并截斷腓骨工況下加載??圖 2不同工況下脛距關節的接觸面積和壓力分布?正常中立位?外翻10°并保留腓骨?內翻10°并保留腓骨?外翻10°并截斷腓骨?內翻10°并截斷腓骨
Figure1.
Specimen biomechanical test ?Normal neutral position ?10°valgus with fibular osteotomy??Fig. 2 Tibiotalar joint contact area and pressure in different conditions ?Normal neutral position ?10°valgus with fibular preserved ?10°varus with fibular preserved ?10°valgus with fibular osteotomy ?10°varus with fibular osteotomy
1.3 統計學方法
采用STATA11.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，不符合正態分布的數據采用Wilcoxon秩和檢驗；符合正態分布的數據，其余各工況與正常中立位數據比較采用配對t檢驗。檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
接觸面積：脛距關節加載至600 N，保留腓骨時，B～E組接觸面積與A組比較差異均無統計學意義（P > 0.05）；截斷腓骨時，F、I組接觸面積顯著小于A組，差異有統計學意義（P < 0.05），G、H組與A組比較差異無統計學意義（P > 0.05）。接觸壓強及峰值壓強：保留腓骨時，B～E組接觸壓強及峰值壓強與A組比較差異均無統計學意義（P > 0.05）；截斷腓骨時，F、H、I組接觸壓強及F、I組峰值壓強均顯著大于A組，差異均有統計學意義（P < 0.05）。見表 1。
表1
各工況下脛距關節的接觸面積、接觸壓強和峰值壓強比較（n=8，脛距關節在正常中立位載荷時，有前外側和前內側兩個主要受力區域；關節整體的受力中心位于前外側象限，接近關節中心區域。保留腓骨時，隨著內翻角度的增大，受力中心向前外側轉移；隨著外翻角度的增大，受力中心則向后內側轉移。截斷腓骨時，受力中心的移位正好相反，內翻時向后內側轉移，外翻時則向前外側轉移。見圖 2。
3 討論
3.1 踝關節內外翻對正常關節生物力學的影響
踝關節為人體最大的負重關節，由脛距關節和內、外踝關節構成，整體面積約12 cm2，其中脛距關節面積最大，約7 cm2；然而在負重及行走時，脛距關節的實際接觸面積更小[14]。本研究結果顯示，在600?N載荷時，脛距關節的接觸面積僅為5.76 cm2，均小于髖關節（11.0 cm2）和膝關節（11.2 cm2）的接觸面積[15]。因此，任何踝關節的對位或力線異常，都會導致踝關節局部出現應力集中，從而導致關節軟骨磨損和OA形成。Stufkens等[16]通過生物力學研究指出，在踝關節畸形時，脛距關節的受力中心會發生移位；另外，關節畸形的進一步發展還可能導致步態異常和不穩定、足底壓力改變、膝關節負重異常、局部疼痛等一系列問題[17]；嚴重時甚至引起同側髖部疼痛、下腰痛以及對側肢體受力異常。因此，對于伴有力線異常的踝關節OA患者，要保護關節，阻滯和延緩OA的進展，必須首先矯正負重力線，以緩解局部應力集中。
3.2 踝上截骨的臨床研究進展
下肢不均衡的關節載荷會促進OA的發生與發展，關節保留手術治療踝關節OA的目標就在于通過早期干預來延緩甚至逆轉病程[3-12]。踝上截骨術正是基于矯正負重力線，進而均衡關節面的壓力分布來治療踝關節OA的一種術式。
對于不同類型的踝關節OA，選擇合適的截骨矯形術式可以改善預后。常用術式大概分為3類：閉合截骨、開放截骨和關節內（Plafond）截骨術。雖然閉合截骨的手術操作相對容易[18]，但可能導致患肢短縮及術后外側肌力變弱等問題[4]；另外，對于多數畸形，成角旋轉中心正位于關節面，閉合截骨可能導致術后關節受力中心偏移[9]。對于關節內成角畸形，可采用Plafond截骨術[9]。近期，Ahn等[6]報道了一種保留腓骨的脛骨遠端截骨術，截骨線從踝上5?cm斜向外下至踝上5 mm，主要針對伴有距骨內移及踝穴增寬的內翻型踝關節骨關節炎。
踝上截骨可以較好地矯正冠狀面的成角畸形。臨床研究指出，脛骨遠端關節面角的平均矯正度為8.5～14.5°[3-12]。關于距骨傾斜角（talar tilt，TT）在踝上截骨術中的意義目前爭論最為激烈，研究報道間的差異性較大。一些作者指出，術后TT可得到顯著矯正[7-8, 11, 19]；然而，一些作者卻強調踝上截骨并無矯正TT的能力[5-6, 20]。Lee等[5]指出，手術前后TT有相關性，他們認為術前TT≥7.3°的患者應放棄踝上截骨術。Mann等[9]報道，術后TT≥10°的患者依然可獲得較好的臨床功能。因為踝上截骨可以重新分布脛距關節受力情況，外移踝關節機械軸[3]，延緩甚至逆轉OA的進程，甚至通過術后負重改變，使TT重新恢復至正常范圍，所以對于TT較大的患者，依然可嘗試踝上截骨術。
3.3 本研究的意義及臨床相關性
根據本研究結果，無論保留腓骨或截斷腓骨，在內、外翻5°以內，脛距關節的接觸情況基本與正常關節相似。提示對于脛骨遠端關節面5°以內的畸形，患者也許可通過周圍關節的協同作用來調整關節應力分布，即對畸形可耐受。但畸形超過10°時，則對關節接觸面積、接觸壓強及峰值壓強產生顯著影響，此時，周圍關節的協同作用已不能耐受，提示需要手術干預。對于5～10°的畸形，因為本研究未進一步細分，無法得出確切結論。但根據目前結果，超過5°的畸形有可能會對關節接觸產生影響，在臨床上應根據患者的癥狀、影像學表現及治療要求綜合分析，并選擇合適的手術指征。
臨床上踝上截骨合并腓骨截骨的手術指征并無定論，主要通過術前和術中評估確定。術前評估包括[4, 20]：①患側脛骨踝穴角較健側減小超過5°或存在內翻改變；②存在腓骨骨折畸形愈合；③患者因脛骨骨骺損傷史而導致腓骨相對較長。術中主要評估在脛骨遠端關節面及距骨復位時，是否存在外側阻擋[18]。本研究結果顯示，脛骨遠端關節面外翻時，脛距關節的接觸壓強并未隨之顯著外移，而是轉向后內側；只有在腓骨截骨后，脛距關節的接觸壓強才隨著外翻角度的增大逐漸轉向前外側；這與Stufkens等[16]報道的趨勢結果一致。因此，在這種情況下，腓骨截骨可以促進關節協調性的恢復，以及接觸壓力的外移。
綜上述，本研究結果顯示，在不同的脛骨遠端內外翻畸形中，腓骨截骨與否對脛距關節的接觸面積、接觸壓強及峰值壓強有顯著影響，同時，可以影響脛骨關節受力中心的位置。但由于本研究未對5～10°區間內的畸形進一步分組研究，無法得出對脛距關節接觸有顯著影響的具體度數，有待進一步研究明確。
踝關節骨關節炎（osteoarthritis，OA）臨床常見，在有癥狀的踝關節OA患者中，70%～80%合并內/外翻畸形，以內翻畸形多見[1-2]。對于有癥狀踝關節OA的治療，早期可采用藥物治療、理療、玻璃酸鈉關節腔注射等；終末期踝關節OA目前主要采用關節融合或置換治療。然而，對于中期踝關節OA的治療，臨床爭議較多。如果合并有力線異常，踝上截骨為常用手術治療方法。其理論依據在于通過糾正力線，緩解局部受力增加，進而延緩甚至逆轉OA的進程。臨床上，一些學者認為踝上截骨需要合并腓骨截骨[3-5]，一些認為應全部保留腓骨[6-9]，一些則認為應根據腓骨是否阻礙術中脛骨力線矯正來選擇腓骨截骨[2, 10-13]。這些治療選擇多基于臨床經驗，缺乏相應基礎研究依據。本研究通過生物力學方法，對不同程度脛骨遠端內外翻畸形對脛距關節接觸情況的影響進行比較研究，并比較分析保留與截斷腓骨對脛距關節接觸情況的影響，旨在為臨床上合理選擇踝上截骨的手術指征提供基礎研究依據。
1 材料與方法
1.1 研究對象及設備
新鮮離體下肢標本8具，由同濟大學醫學院提供，標本截取后于—20℃低溫冰柜中保存。所有標本外形正常，無小腿和足部肌肉、韌帶、肌腱損傷及攣縮等；經X線片檢查排除踝關節骨與關節退行性變、骨折、結構性畸形及骨質異常等骨骼疾病。
2T DDL實驗機（長春機械科學研究院有限公司）；TekScan人體關節壓力分析系統、5027號踝關節壓敏片（TekScan公司，美國）；標本固定盒及載物臺、金屬楔形塊、3.5 mm斯氏針及3.0 mm克氏針由西安交通大學醫學院附屬紅會醫院提供；T型鋼板及螺釘（常州奧斯邁醫療器械有限公司）；組合式外固定架（北京骨外固定技術研究所）。
1.2 試驗方法
試驗前24 h取出標本，室溫解凍。用3枚斯氏針于伸直位融合固定膝關節，去除小腿及踝關節周圍軟組織和肌腱等，顯露脛腓骨，保留上、下脛腓聯合及踝關節周圍韌帶和脛腓骨間膜的完整；將標本連接固定于DDL實驗機。切開前側踝關節囊，牽開踝關節并放置壓敏片，盡量放置于踝關節中間，避免折疊。試驗開始前先垂直緩慢預加載3次至載荷為600 N，以消除蠕變。試驗采用垂直加載，載荷至600?N；分9種工況在同一標本上按順序進行模型制作并完成加載（n=8）：①正常中立位（A組）；②通過踝上內側閉合楔形截骨制作脛骨遠端10°內翻模型（B組）；③在截骨間隙填充楔形塊，制作5°內翻模型（C組）；④在截骨間隙填充楔形塊，制作5°外翻模型（D組）；⑤在截骨間隙填充楔形塊，制作10°外翻模型（E組）；⑥截斷腓骨，按順序重復工況②～⑤（分別為F、G、H、I組）。見圖 1。通過TekScan壓敏片法[14]采集二維彩圖錄像，獲取不同工況下脛距關節的接觸面積、接觸壓強和峰值壓強，并觀察不同工況下踝關節受力中心的位置。
圖1
標本生物力學試驗示意圖?正常中立位加載?脛骨10°外翻并截斷腓骨工況下加載??圖 2不同工況下脛距關節的接觸面積和壓力分布?正常中立位?外翻10°并保留腓骨?內翻10°并保留腓骨?外翻10°并截斷腓骨?內翻10°并截斷腓骨
Figure1.
Specimen biomechanical test ?Normal neutral position ?10°valgus with fibular osteotomy??Fig. 2 Tibiotalar joint contact area and pressure in different conditions ?Normal neutral position ?10°valgus with fibular preserved ?10°varus with fibular preserved ?10°valgus with fibular osteotomy ?10°varus with fibular osteotomy
1.3 統計學方法
采用STATA11.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，不符合正態分布的數據采用Wilcoxon秩和檢驗；符合正態分布的數據，其余各工況與正常中立位數據比較采用配對t檢驗。檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
接觸面積：脛距關節加載至600 N，保留腓骨時，B～E組接觸面積與A組比較差異均無統計學意義（P > 0.05）；截斷腓骨時，F、I組接觸面積顯著小于A組，差異有統計學意義（P < 0.05），G、H組與A組比較差異無統計學意義（P > 0.05）。接觸壓強及峰值壓強：保留腓骨時，B～E組接觸壓強及峰值壓強與A組比較差異均無統計學意義（P > 0.05）；截斷腓骨時，F、H、I組接觸壓強及F、I組峰值壓強均顯著大于A組，差異均有統計學意義（P < 0.05）。見表 1。
表1
各工況下脛距關節的接觸面積、接觸壓強和峰值壓強比較（n=8，脛距關節在正常中立位載荷時，有前外側和前內側兩個主要受力區域；關節整體的受力中心位于前外側象限，接近關節中心區域。保留腓骨時，隨著內翻角度的增大，受力中心向前外側轉移；隨著外翻角度的增大，受力中心則向后內側轉移。截斷腓骨時，受力中心的移位正好相反，內翻時向后內側轉移，外翻時則向前外側轉移。見圖 2。
3 討論
3.1 踝關節內外翻對正常關節生物力學的影響
踝關節為人體最大的負重關節，由脛距關節和內、外踝關節構成，整體面積約12 cm2，其中脛距關節面積最大，約7 cm2；然而在負重及行走時，脛距關節的實際接觸面積更小[14]。本研究結果顯示，在600?N載荷時，脛距關節的接觸面積僅為5.76 cm2，均小于髖關節（11.0 cm2）和膝關節（11.2 cm2）的接觸面積[15]。因此，任何踝關節的對位或力線異常，都會導致踝關節局部出現應力集中，從而導致關節軟骨磨損和OA形成。Stufkens等[16]通過生物力學研究指出，在踝關節畸形時，脛距關節的受力中心會發生移位；另外，關節畸形的進一步發展還可能導致步態異常和不穩定、足底壓力改變、膝關節負重異常、局部疼痛等一系列問題[17]；嚴重時甚至引起同側髖部疼痛、下腰痛以及對側肢體受力異常。因此，對于伴有力線異常的踝關節OA患者，要保護關節，阻滯和延緩OA的進展，必須首先矯正負重力線，以緩解局部應力集中。
3.2 踝上截骨的臨床研究進展
下肢不均衡的關節載荷會促進OA的發生與發展，關節保留手術治療踝關節OA的目標就在于通過早期干預來延緩甚至逆轉病程[3-12]。踝上截骨術正是基于矯正負重力線，進而均衡關節面的壓力分布來治療踝關節OA的一種術式。
對于不同類型的踝關節OA，選擇合適的截骨矯形術式可以改善預后。常用術式大概分為3類：閉合截骨、開放截骨和關節內（Plafond）截骨術。雖然閉合截骨的手術操作相對容易[18]，但可能導致患肢短縮及術后外側肌力變弱等問題[4]；另外，對于多數畸形，成角旋轉中心正位于關節面，閉合截骨可能導致術后關節受力中心偏移[9]。對于關節內成角畸形，可采用Plafond截骨術[9]。近期，Ahn等[6]報道了一種保留腓骨的脛骨遠端截骨術，截骨線從踝上5?cm斜向外下至踝上5 mm，主要針對伴有距骨內移及踝穴增寬的內翻型踝關節骨關節炎。
踝上截骨可以較好地矯正冠狀面的成角畸形。臨床研究指出，脛骨遠端關節面角的平均矯正度為8.5～14.5°[3-12]。關于距骨傾斜角（talar tilt，TT）在踝上截骨術中的意義目前爭論最為激烈，研究報道間的差異性較大。一些作者指出，術后TT可得到顯著矯正[7-8, 11, 19]；然而，一些作者卻強調踝上截骨并無矯正TT的能力[5-6, 20]。Lee等[5]指出，手術前后TT有相關性，他們認為術前TT≥7.3°的患者應放棄踝上截骨術。Mann等[9]報道，術后TT≥10°的患者依然可獲得較好的臨床功能。因為踝上截骨可以重新分布脛距關節受力情況，外移踝關節機械軸[3]，延緩甚至逆轉OA的進程，甚至通過術后負重改變，使TT重新恢復至正常范圍，所以對于TT較大的患者，依然可嘗試踝上截骨術。
3.3 本研究的意義及臨床相關性
根據本研究結果，無論保留腓骨或截斷腓骨，在內、外翻5°以內，脛距關節的接觸情況基本與正常關節相似。提示對于脛骨遠端關節面5°以內的畸形，患者也許可通過周圍關節的協同作用來調整關節應力分布，即對畸形可耐受。但畸形超過10°時，則對關節接觸面積、接觸壓強及峰值壓強產生顯著影響，此時，周圍關節的協同作用已不能耐受，提示需要手術干預。對于5～10°的畸形，因為本研究未進一步細分，無法得出確切結論。但根據目前結果，超過5°的畸形有可能會對關節接觸產生影響，在臨床上應根據患者的癥狀、影像學表現及治療要求綜合分析，并選擇合適的手術指征。
臨床上踝上截骨合并腓骨截骨的手術指征并無定論，主要通過術前和術中評估確定。術前評估包括[4, 20]：①患側脛骨踝穴角較健側減小超過5°或存在內翻改變；②存在腓骨骨折畸形愈合；③患者因脛骨骨骺損傷史而導致腓骨相對較長。術中主要評估在脛骨遠端關節面及距骨復位時，是否存在外側阻擋[18]。本研究結果顯示，脛骨遠端關節面外翻時，脛距關節的接觸壓強并未隨之顯著外移，而是轉向后內側；只有在腓骨截骨后，脛距關節的接觸壓強才隨著外翻角度的增大逐漸轉向前外側；這與Stufkens等[16]報道的趨勢結果一致。因此，在這種情況下，腓骨截骨可以促進關節協調性的恢復，以及接觸壓力的外移。
綜上述，本研究結果顯示，在不同的脛骨遠端內外翻畸形中，腓骨截骨與否對脛距關節的接觸面積、接觸壓強及峰值壓強有顯著影響，同時，可以影響脛骨關節受力中心的位置。但由于本研究未對5～10°區間內的畸形進一步分組研究，無法得出對脛距關節接觸有顯著影響的具體度數，有待進一步研究明確。
