保留后交叉韧带全膝关节置换术与本体感觉的研究进展

冯 超，吕 波

(1.成都体育学院，四川 成都610072；2.四川省医学科学院.四川省人民医院骨科，四川 成都 610072)

本体感觉是指肌、腱、关节等运动器官本身在不同状态(运动或静止)时产生的感觉(例如，人在闭眼时能感知身体各部的位置)，即人体感受空间位置的一种能力，是日常活动最基础和最关键的一种能力。研究表明，本体感觉随着膝关节骨性关节炎(OA)的严重程度增加而降低，从而导致跌倒风险的增加[1～4]。随着人口的老龄化，OA患病率逐渐增加，对全膝关节置换术(TKA)的需求也在增长，而本体感觉作为一个重要的生理功能，也应该作为评价TKA后效果的一项重要指标。本文回顾相关文献探讨后叉韧带保留与否行TKA后对本体感觉影响的相关因素。

1 后交叉韧带与本体感觉基础研究

膝关节本体感觉包括膝关节的运动觉、位置觉以及神经反射和肌张力的调节能力，是维持膝关节动态稳定的重要因素。它由位于膝关节周围肌肉、肌腱、关囊、韧带、半月板和皮肤的感受器发生的传入信号与视觉，前庭感受器的传入信号整合而成，并通过不同中枢控制反射回应和肌张力凋节回路传出活动。它通过神经环路反馈到神经中枢，并成为肌肉控制的重要参数。关节及其周围器官感受器是关节本体感觉的主要来源，膝关节本体感觉传入和神经肌肉控制传出能力减退将导致关节稳定性下降、关节运动失去控制以及步态异常。

后交叉韧带是人体重要的本体感受器官。Kennedy等[5]在1982年发现前、后交叉韧带中存在神经纤维和机械感受器，机械感受器数量与膝关节本体感觉有一定相关性，说明这些结构可能与本体感觉有关。在随后的研究中，Franchi等[6]和Del Valle等[7]发现在接受膝关节假体置换术的骨关节炎患者的PCL中识别出了Ruffini小体和Pacini小体、高尔基体末端和神经纤维末端。Ruffini小体能够发出静止关节位置的信号，而Pacini小体则在运动感应[8]中发挥作用。Haluk等[9]发现，膝关节OA患者PCLs中Ruffini小体的数量较低，但是Pacini小体在数量上没有区别。这个发现可能解释运动觉与位置觉之间缺乏相关性。在缺乏后交叉韧带的膝关节中，丢失的是位置感而不是运动觉[10]。PCL的传入脉冲在步行周期的跟部撞击阶段发出，抑制股四头肌激活的。PCL在静息位置不触发传入脉冲。激活Pacini小体对启动OA患者和健康膝关节患者的行走都很重要；然而，Ruffin小体激活的损失可能会导致幅度和速度信息的损失，这与日常步行和增加OA患者跌倒风险都相关。高尔基体末端主要在运动范围的极端充当安全开关。Golgi-Mazzoni小体数量减少可能导致膝关节稳定的静态结构，如韧带、软骨和骨的压力增加，这是由于运动稳定性的动态结构，如肌肉的机械感受器产生的脉冲不能再正常发挥功能。

2 膝关节炎与本体感觉

研究认为，KOA患者存在着本体感觉功能的降低：①KOA可导致关节本体感觉功能的减退，膝关节的慢适应力学感受器主要传递关节位置觉和运动觉，老年性骨关节病一方面破坏力学感受器及神经分布，另一方面破坏力学感受器感受特殊刺激的适宜条件，进而影响膝关节的适应性反应。②膝关节本体感觉功能减退也可导致膝骨性关节炎[11]，随着年龄的增长，神经系统对膝关节周围的肌肉和感觉的控制能力下降，出现膝关节不稳定，不稳定的关节很容易发展为KOA。膝关节神经性的关节病就是一典型病例，主要是因神经传导功能失调而导致的关节炎，由于关节失去感觉神经的支配，尤其是痛觉和位置觉的丧失，使正常关节的保护性反射丧失，加上局部软骨和骨的代谢紊乱，关节囊韧带松弛，关节软骨受到损伤。因为痛觉和本体感觉丧失，所以软骨受损伤后，患者不能觉察而继续活动；已破坏的软骨在未修复的基础上继续损伤，最后发生软骨退行性改变，甚至软骨剥离、脱落。前后交叉韧带是膝关节本体感受器附着的重要部位，其在膝关节的本体感觉中起重要作用[12]，其损伤后本体感觉功能减退，继发软骨损伤发生率明显升高[11]。因此，关节本体感觉功能的减退又是促使KOA发生、发展的一个重要因素。

3 TKA与本体感觉

TKA是治疗中老年人膝关节骨关节炎、类风湿性关节炎等病变晚期的有效方法。对于OA患者，随着年龄的增长，下肢肌力、本体感觉和姿势稳定性逐渐变差，这也使得老年人容易跌倒，影响日常生活。因此研究TKA后的本体感觉，确定在关节活动范围中本体感觉误差的位置，并且了解本体感觉与全膝关节置换的关系非常重要。TKA手术的主要目的是减轻疼痛、恢复膝关节复杂的运动功能，因而对人工膝关节假体有很高的要求。现在使用的膝假体中多数模仿了股骨髁的多半径(类圆)形状，差别主要是胫骨平台不同的限制程度和是否保留后交叉韧带。保留后交叉韧带的假体要求保留后交叉韧带作为屈膝时向后运动即“凸轮机制(roll-back)”的条件。通过改变假体的形状而提高前后方向限制性是则是替代 PCL 型假体的设计理念。替代PCL设计的假体具有曲度更高的关节面，故亦名后稳定型假体。TKA术选择不同假体的优缺点，已经广泛讨论，而且评价指标也是很多。本体感觉作为一个重要的临床指标研究也很多，但目前较为普遍的认识是：TKA术中无论PCL保留与否，患者术后膝关节本体感觉均较术前提高，保留或不保留 PCL 膝关节本体感觉无明显差异[13]。

4 本体感觉评定方法

目前本体感觉的有效评价方法主要有被动角度再生试验、被动主动及主动主动关节位置觉测试[13]、被动活动察觉阈值、体感诱发电位测量法等。Barrett等[14]提出的被动角度再生试验因简便易行、实用性强而在临床上广泛应用。

4.1 角度再生试验角度再生试验又叫角度重建试验，分为主动角度重建和被动角度重建。测试时要分别进行健侧和患侧的测试。此试验目前没有统一的检测设备，目前的研究大多是自制的本体感觉仪器，也可以采用等速测试仪或持续关节被动活动仪器(CPM)进行测试。在告知患者的方法目的后，屏蔽患者的听视觉，消除视、听觉刺激因素。然后测试侧膝关节由等速测试仪待定做屈膝运动。先将膝关节被动置于某一测试角度，然后暂停5 s(有文献显示暂停10 s)，使受试者感觉该角度位置。然后从伸直位开始以1.5°/s(有文献显示以2°/s)的速度作被动屈曲运动，当被测者感知到达但之前测试角度时记录角度数，计算两次角度的差值。为有利于测试角度的选择、了解整体膝关节活动范围中本体感觉情况[15]，可分别选取膝关节30°、60°、90° 3个位置进行测试，每个角度测试3次，两次测试之间间隔5 s，计算测试角度与实际重现角度间的差值，取平均值(有文献显示的是在伸膝段0～20°，40°～60°，80°～100°三段中随机取两个角度，也就是说取6次差值的平均值[16～18])。此平均值即绝对误差角度，绝对误差角度值越小，表示本体感觉功能越好。一侧下肢测试完成，患者体息5 min后再进行另一侧下肢测试，避免持续测试的学习误差。

吴彦生等[13]采用了被动角度再生试验对受试者在非负重情形下进行本体感觉评估。非负重时，受试者所获得的本体感觉刺激更单纯化，主要来自关节囊和韧带；而负重情形下，机体所获得的本体感觉刺激更容易受膝关节周围肌肉及肌键组织本体感觉等混杂因素的影响。

4.2 被动活动察觉阈值被动活动察觉阈值测试又叫被动活动运动阈值测定，它和被动角度再生试验的操作过程和方式是比较相似的。测试前告知患者检查目的、方法，嘱患者感觉下肢出现活动时告知检查者。测试前患者保持安静，将患者双下肢同时置于测试仪上，屏蔽患者的视觉及听觉，指定一个开始角度，以0.5°/s的速度使膝关节伸直或屈曲并开始计时，当患者一旦感到膝关节角度变化时，停止计时。重复测试3次，计算平均时间，以平均时间乘以0.5°/s所得数值为测试结果。

有研究指出通过因子分析、变异系数及相关系数分析BIODEX等速系统上用复位测试法(采用双膝关节被动角度重现法) 主动关节位置觉30°、被动关节位置觉60°、运动觉60°是具有特异性的本体感觉测评指标[15]。所以如果选择主动、被动位置觉及运动觉测试本体感觉时，选择好角度也是测量的关键。

4.3 体感诱发电位测量法体感诱发电位法是通过对膝关节局部施加机械或者电刺激，测定大脑皮质和肌电图的电位变化。其测量结果是测试膝关节本体感觉反射回路，反映其传出活力、肌张力的调节能力以及肌肉反射性收缩能力，常在不随意干扰条件下肌肉收缩的潜伏期来测定。这对于TKA术后研究的意义相关性很小，故不在此赘诉。

4.4 其他临床上还有一些其他测量方法，如步态分析法，视觉模型法，单腿站立重心偏移程度测量和闭眼单腿站立时间测量。由于运动能力与本体感觉也存在一定相关性，因此还包括一些运动能力测试，比如：单腿跳远测试等。

这些临床上所采用的测试均有一定局限，它们需要依赖于人高级中枢系统对信息的处理。对本体感觉的评价受人体众多因素影响，对交叉韧带本体感觉评价作用有限，需要排除其他因素的干扰，对于临床上客观评价交叉韧带损伤或者重建后本体感觉，以上实验还欠缺说服力。因此还需要寻找一种更好的评价方式和标准。

5 后叉韧带保留与否术后对本体感觉的影响对比研究现状

吴彦生等[13]用19例CR患者与19例PS患者进行了TKA术后本体感觉的研究，TKA 术中无论 PCL 保留与否，患者术后膝关节本体感觉均较术前提高，保留或不保留 PCL 膝关节本体感觉无明显差异。而谢海清等[19]通过30例CR膝与30例PS膝进行对比，认为后交叉韧带保留型假体围手术期出血量较少，能更好地保留膝关节本体感觉，患者满意度更高。两个研究均使用CPM仪器对本体感觉进行了测试，但是得到了不同的结论。

国外Warren等[20]通过25例CR与30例PS比较了术后本体感觉的被动角度再生试验，认为保留后交叉韧带对于提高TKA术后有一定作用。Swanik等[21]对10例CR膝与10例PS膝的角度重建差值和运动阈值都进行了比较，认为保留后交叉韧带对于本体感觉没有优势。

目前国内外研究对保留后交叉韧带影响本体感觉的研究结论认存在争议，且近期关于这方面的临床研究较少，研究报告纳入的病例数也不多，不足以支撑目前的结论。

综上所述，TKA术是膝关节炎患者中晚期的有效治疗手段，目前已证实膝关节炎晚期患者的本体感觉明显降低，是OA患者跌倒的高风险因素，而后交叉韧带在膝关节本体感觉中有重要的作用，目前TKA术假体的选择很多，但对于选择保留与不保留后交叉韧带行TKA术后本体感觉的影响国内外一直没有定论。这和目前没有比较统一的本体感觉设备、没有较公认的评定指标以及对比病例数的稀少等有很大的关系。因此还需要更多系统的、高质量的、大数据的研究来证实。