Ti6Al4V_PEEK假体全膝关节置换术在骨关节炎大鼠模型上的应用
作者：宋洋 北京积水潭医院

骨关节炎（OA）是一种常见的退行性关节疾病，其特征是软骨自我修复失败。它源于滑膜关节组织上的应力，包括关节软骨、软骨下骨、韧带、半月板、关节周围肌肉、周围神经或滑膜，并导致炎症反应。OA主要涉及手和负重关节，尤其是膝盖，它似乎受影响最大。膝关节骨性关节炎的主要症状是与关节畸形和周围肌肉无力相关的疼痛和运动受限。当这些症状变得不可持续时，患者通常会诉诸全膝关节置换术（TKA），也称为全膝关节替代术，这是终末期膝关节骨关节炎的金标准治疗方法。TKA的主要目标是通过矫正膝关节畸形来恢复膝关节功能和减轻疼痛。这一过程在过去几十年中稳步增加，预计在未来几年将急剧增加，与肥胖、不适应的体力活动和骨关节炎的流行程度保持一致。建立膝关节假体是一个重要的过程，因为它不可避免地会导致关节囊打开，半月板切除和交叉韧带断裂导致重要的神经肌肉紊乱。术后功能缺陷主要表现为本体感觉和动觉受损、力量丧失、自主激活缺陷以及股四头肌和腘绳肌萎缩。为了减少这些功能缺陷，物理疗法，通常建议主要基于神经肌肉电刺激（NMES）和自愿体育活动。不幸的是，尽管采取了这些策略，但患者的康复通常仍然是部分的，正如一些病例报告所证明的那样。例如，有人得出结论，即使在手术后6至13年，尽管进行了物理康复，TKA患者的股四头肌肌无力仍然持续存在，而健康人的情况除外。目前，没有针对TKA患者的通用康复方案。此外，由于手术膝关节的功能限制，即使没有关节疾病，对侧肢体也可能出现功能缺陷。事实上，几项研究表明，股四头肌/腘绳肌无力和相关的共同激活同样发生在双侧，导致膝关节僵硬。因此，由于切换到较慢和更安全的模式，使用适当运动策略的能力降低，相关的步态功能改变。随着时间的推移，这种现象可能导致对侧膝关节退化，无法维持较高的重复负重应变，并最终导致对侧健康膝关节的第二个TKA过程。据推测，这种适应性策略可提高长时间活动期间的关节稳定性，并反映了感觉运动回路在克服任务限制方面的作用，尽管存在严重的神经肌肉缺陷。然而，Swinkels等人报告，在手术后的第一年，患有TKA的患者术后跌倒率为24.2%，手术前确认为跌倒者的患者跌倒率为45.8%，这表明神经补偿策略不足以确保手术患者的安全。TKA患者神经肌肉变化的潜在机制尚不清楚。然而，在OA和TKA情况下，关节和肌肉损伤会导致传入损伤，导致中枢神经改变。的确，感觉运动回路和中央运动驱动受到皮肤、关节和肌肉中化学和机械变化的调节。更准确地说，运动控制部分受I/II组（机械敏感）和III/IV组（机械和跖肌敏感）关节和肌肉传入的调节。如上所述，在OA和/或TKA的情况下，I组和II组的关节、皮肤和主要肌肉机械敏感性（本体感觉）信息可能会改变。然而，第III组和第IV组的传入纤维可能起主导作用，因为它们被不同的化学物质（主要是钾、乳酸、炎症介质）和机械刺激（肌内压力）激活，并且因为它们的激活导致由第I组和第II组传入纤维介导的反射、α-运动神经元活性和下行运动驱动的调节。因此，III和IV传入活动的任何变化都可能延迟恢复，因为恢复的神经策略不当。
此外，如文献所示，探索膝关节骨性关节炎和TKA患者的神经肌肉适应性似乎是相关的，以便更有效地针对功能缺陷的来源并改善长期结果。
为了确定膝关节骨性关节炎和TKA后观察到的功能缺陷的来源，我们建立了一个啮齿动物模型，包括化学诱导的OA和生物力学和解剖学上适应大鼠膝关节的膝关节假体。据我们所知，只有两项研究试图在大鼠上创建和植入膝关节假体。然而，这两种模型都不太合适，因为它们的形状不符合膝关节表面，导致关节不稳定和骨折。在本研究中，第一个挑战是在膝关节建模后，设计一个符合大鼠膝关节正常解剖和生物力学特征的全膝假体。然后，在化学诱导的OA和动态负重后植入假体，在1个月和3个月后评估步态运动、股内侧肌的H反射以及股神经的III和IV传入纤维的活动。该研究通过组织学分析完成