肥胖患者全膝关节置换术中胫骨延长柄长度的生物力学效应量化研究

针对肥胖患者全膝关节置换术(TKA)后高失败率问题，研究人员通过有限元模型(FEM)量化分析不同BMI下短/长延长柄对胫骨植入物应力分布、抗下沉性及界面稳定性的影响，证实短柄在均衡载荷与减少应力遮挡方面的优势，为临床优化假体设计提供生物力学依据。

　　

膝关节作为人体最复杂的负重关节之一，长期承受巨大应力，极易发生骨关节炎（gonarthrosis）。随着全球人口老龄化和肥胖率攀升，全膝关节置换术（Total Knee Arthroplasty, TKA）需求呈现爆发式增长——韩国十年间手术量激增407%，美国预计2030年将达到348万例。然而，肥胖患者（BMI>35）术后面临更高风险：其植入物无菌性松动发生率高达12%，功能评分显著低于非肥胖人群。

传统观点认为，延长柄能增强胫骨假体稳定性，但临床证据存在争议。尤其对于肥胖患者，延长柄的最佳长度选择缺乏生物力学依据。为此，研究人员开展了一项创新性有限元分析，系统评估无柄、30mm短柄和100mm长柄在不同BMI（正常18.5-24.9kg/m²、中度肥胖30-35kg/m²、重度肥胖>35kg/m²）条件下的力学表现。研究通过Abaqus?软件建立27组三维模型，模拟步态周期中胫骨平台的应力分布、位移形变及抗下沉特性。

关键技术方法
研究团队采集人体CT数据重建胫骨三维模型，划分网格后赋予皮质骨、松质骨差异化材料属性。通过设置三种BMI对应的载荷条件（正常BMI 700N、中度肥胖1400N、重度肥胖2100N），模拟站立相中期、足跟离地、脚尖离地三个步态阶段。采用von Mises应力准则分析骨-植入物界面力学行为。

研究结果
应力分布：长柄显著降低胫骨内侧应力集中（较无柄减少38%），但引发远端应力遮挡；短柄使应力分布更接近生理状态。
位移控制：短柄组植入物位移量仅为无柄组的1/3，有效抑制假体倾斜（p<0.01）。
BMI影响：重度肥胖组无柄模型出现明显应力屏蔽效应，而短柄使各BMI组应力峰值降低19-27%。

结论与意义
这项发表于《Orthopaedics》的研究首次量化证明：对于肥胖患者，30mm短柄在维持力学稳定（减少位移量42%）与避免应力遮挡间取得最佳平衡。该发现挑战了"越长越稳定"的传统认知，为临床选择提供关键依据——当BMI>35时，短柄可降低17%的松动风险，同时避免长柄导致的骨吸收并发症。研究团队强调，未来需结合临床随访验证该生物力学模型，并探索个性化柄长算法。

（注：作者单位信息未在文本中明确体现，故未作机构标注；专业术语如von Mises应力、应力遮挡等均按原文保留标准表述）