运动学与动力学分析在髌股关节紊乱评估中的应用-优快云博客

运动学与动力学分析在临床实践中评估髌股关节紊乱是否有用？

摘要

目前用于评估膝前疼痛或外侧髌骨不稳治疗后效果的方法存在多种局限性，例如其主观性。因此，需要新的技术来客观地评价髌股关节紊乱治疗的效果。在诱发或加重症状的真实负荷条件下的动态活动中进行运动学与动力学分析可以：（1）在手术前以客观的方式评估髌股关节患者；（2）分析患者为减轻疼痛和/或不稳而发展的防御机制；（3）增进我们对髌股关节紊乱的病因病理学以及相应治疗方法的理解；（4）客观地评估治疗结果。然而，动力学与运动学分析并非诊断工具。

关键词

髌股关节；动力学；运动学

引言

目前用于评估膝前疼痛（AKP）或外侧髌骨不稳治疗后效果的方法存在多种局限性，例如主观性强。因此，需要新的技术来客观地评价髌股关节紊乱治疗的效果，并比较不同的治疗方法。理想的情况是在真实负荷条件下，对患者在诱发或加重症状（即疼痛和/或不稳）的动态活动中进行评估。我们认为，通过运动学与动力学分析可以实现这一目标。本文旨在从运动学与动力学的角度，分析我们在临床实践中遇到的髌股关节紊乱患者就诊的两个主要原因（即疼痛和不稳），并强调我们所获得的生物力学发现的临床意义。

膝前疼痛

膝前疼痛是膝关节疾病中就诊的最常见原因[1]。膝前疼痛的病因众多，尽管并不常见，但其中一种病因是内侧髌骨不稳（MPI）。MPI是一种具有自身特点的客观病理实体，可导致严重的膝前疼痛和显著的功能障碍[2]。大多数情况下，该病症是既往外侧支持带松解术的后遗症，可能是手术指征错误或操作不当所致[2]。这种病理状态会引起膝关节生物力学的诸多改变以及多种防御策略。此外，这些患者通常在确诊前已接受过多位医生的评估，且常常涉及法律问题和赔偿。因此，在进行新的手术之前建立一个客观基线将十分有意义。此外，术后随访期间进行客观评估也同样重要。上述所有原因促使我们选择这一临床实体作为膝前疼痛患者生物力学评估的范例。

我们评估膝前疼痛患者时首选的测试是下楼梯测试；因为对于髌股关节病变患者来说，该活动是所有日常生活活动中要求最高的，因为它需要在股四头肌离心收缩阶段[3]进行相当程度的控制。该测试可能诱发疼痛、加重疼痛，并引发防御机制。在此测试中，结合了动力学与运动学分析。

对于MPI患者，运动学分析通常显示下楼梯时存在膝关节伸展的模式，这可被理解为一种避免不稳及由此引起疼痛的策略。

从临床角度如何解释这一运动学发现？在MPI患者中，突然发生的打软腿比真正的外侧半脱位更具致残性，后者是由于髌骨在膝屈曲时由内侧移向外侧所致。因此，患者会避免膝屈曲。在成功治疗后，膝关节屈‐伸模式得到纠正[4,5]。在某些MPI患者中，这种膝关节伸展模式甚至在要求较低的活动中（如步态）也被观察到[4]。但这一运动学发现并非MPI所特有，在其他膝前疼痛患者中也可观察到。这种膝关节伸展模式还会导致下肢后链肌肉长期处于离心模式工作，从而引起膝关节后方的疼痛。这一发现在膝前疼痛患者中相当常见。另一方面，下楼梯时的膝关节伸展会降低膝关节的伸肌力矩，动力学分析已证实这一点，并随之减少股四头肌的收缩（即股四头肌回避步态），从而降低髌股关节反作用力[6]。其目的是减轻疼痛。在成功治疗后，伸肌力矩也会得到纠正[5]。但这一运动学发现并非MPI特有，在其他髌股关节紊乱患者中同样可见。最后但同样重要的是，导致膝关节伸肌力矩降低的另一个因素是站立相比例缩短或垂直地面反作用力较健侧减小。

另一个动力学发现是外展力矩的减小，这可能被解释为一种防御机制，通过减小外翻矢量从而减少髌骨外侧移位[8]。这种外侧外展力矩的减小意味着由内侧副韧带在近端施加的力量减小[9]。这导致胫股关节内外侧的压缩力均减小[9]。我们在几乎所有膝前疼痛患者的病例中都发现了这一现象。我们发现，当患者采用最舒适的方式下楼梯时，其外展力矩低于按照标准方案进行下楼梯时的外展力矩[8]。这证实外展力矩的减小是一种防御策略。这些防御机制的最终目标是减轻疼痛。经过成功的治疗后，外展力矩得到纠正[8]。然而，在一些膝前疼痛患者中，我们发现外展力矩反而增加。

膝关节外展力矩的增加将导致胫股关节外侧过载。

但更关键的问题是：动力学和运动学参数的正常化与临床改善之间是否存在良好的相关性？在MPI患者中外侧支持带重建术后，我们观察到伸肌力矩[5]呈渐进性增加。然而这种纠正并不完全，这可能被解释为一种防止髌股关节骨关节炎的防御机制。但从长远来看，这种防御机制可能是有害的，因为股四头肌萎缩导致其负荷吸收能力丧失，将引起胫股关节[8]的过度负荷。这可能导致膝关节三室关节炎的发生。我们可以得出结论：生物力学分析有助于我们理解髌股关节紊乱中膝关节骨关节炎发展背后的一些机制。

慢性外侧髌骨不稳定

长期以来，从临床角度来看，Fairbanks 髌骨恐惧试验一直被用于重现慢性外侧髌骨不稳定患者的髌骨脱位过程及其后续症状。然而，Sallay 等人 [10] 发现，在患有慢性外侧髌骨不稳的患者中，仅有39%的患者髌骨恐惧试验呈阳性。为了提高诊断准确性，Ahmad 等人 [11] 描述了“动态髌骨恐惧试验”，这是一种概念上类似于前交叉韧带（ACL）缺损膝关节轴移试验的动态激发试验。该试验的敏感性为100%，特异性为88.4%，阳性预测值为89.2%，阴性预测值为100%，准确率为94.1% [11]。

但评估这一问题的另一种方法是分析患者为防止脱位而在要求其执行可能引起外侧髌骨脱位动作时所采用的“回避行为”这一保护策略[12]。正如我们在先前的研究中所证实的，利用测力平台进行动力学分析，可以在真实负荷条件下评估前交叉韧带缺失膝关节继发旋转不稳患者的膝关节“回避行为”[13]。此外，我们还表明，膝关节处的旋转力矩几乎与测力平台上计算出的力矩一致，这验证了测力平台在该类研究中的应用价值[14]。我们所提出的用于评估外侧髌骨不稳的方法，与以下方法类似一种先前用于评估慢性前交叉韧带撕裂患者旋转不稳的方法[13]。

我们用来诱发“回避行为”的测试是跳跃伴随胫骨外旋旋转任务，因为该测试的旋转阶段可重现外侧髌骨脱位的病理力学过程。因此，在测试的这一阶段，理论上患有慢性外侧髌骨不稳的患者将表现出“回避行为”。在图1中，我们可以看到在进行跳跃伴随胫骨外旋旋转测试期间记录的标准化力矩曲线。理论上，如同前交叉韧带缺失膝关节的情况一样，患有慢性外侧髌骨不稳的患者会避免产生高的旋转力矩（旋转阶段产生的扭矩）、高的旋转斜率（旋转阶段扭矩发展的速度）以及高的旋转冲量。此外，患者还会避免达到较大的躯体扭转角度。患者的目标是避免不稳的发生。

示意图0

在一项针对患有慢性外侧髌骨不稳、至少发生过两次髌骨脱位的患者的初步研究中，我们发现我们的假设是正确的；与健康的对侧膝关节相比，内侧髌股韧带（MPFL）缺损的膝关节其旋转力矩、旋转斜率和旋转冲量显著降低[15]。此外，躯体扭转角度也显著减小。进一步发现，在诸如伴有胫骨外旋的单足跳跃旋转等极端旋转条件下，MPFL重建可使这些动力学参数恢复至正常水平。最后，在我们的初步研究中，我们发现临床结果与动力学参数的正常化之间存在极好的相关性[15]。