劉世忠　劉皓月　宋樂(lè)　萬(wàn)春曉

【摘 要】 膝骨關(guān)節(jié)炎是臨床上常見(jiàn)的骨關(guān)節(jié)退行性疾病，因其病因尚不明確且受影響因素較多，目前尚無(wú)非常完善的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及根治方法。在諸多影響因素中，肌骨力學(xué)變化影響為其主要因素，其中，較高的膝內(nèi)收力矩（KAM）是疾病進(jìn)展的重要危險(xiǎn)因素之一，然而其變化與臨床癥狀及運(yùn)動(dòng)功能變化是否具有一致性還需進(jìn)一步研究。從膝內(nèi)收力矩發(fā)生變化的原因，不同影像學(xué)膝骨關(guān)節(jié)炎分級(jí)的膝內(nèi)收力矩變化特征，及其與疼痛和步態(tài)變化等臨床特征的關(guān)聯(lián)，探討其在膝關(guān)節(jié)炎臨床治療評(píng)估及力學(xué)輔具制作開(kāi)發(fā)中的意義。

【關(guān)鍵詞】 膝骨關(guān)節(jié)炎;膝內(nèi)收力矩;步態(tài)分析;疼痛

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）也稱(chēng)為膝關(guān)節(jié)退行性病變，是一種多因素導(dǎo)致的常見(jiàn)慢性骨關(guān)節(jié)疾病。目前，KOA的病因及發(fā)病機(jī)制尚不十分明確，臨床癥狀主要表現(xiàn)為疼痛、功能障礙、僵硬等[1-6]。這一系列癥狀使患者步行、站立等受到嚴(yán)重影響，大大降低了患者的生活質(zhì)量，由此導(dǎo)致的肥胖、心腦血管疾病進(jìn)一步增加了其危害性[1，7]。因此，如何有效防治KOA是急需解決的問(wèn)題。目前，臨床上診斷KOA主要依靠臨床癥狀及影像學(xué)檢查。其中影像學(xué)主要依據(jù)X線片上膝關(guān)節(jié)間隙是否變窄、關(guān)節(jié)邊緣是否骨質(zhì)增生、軟骨下骨是否硬化和囊性變進(jìn)行診斷，常用標(biāo)準(zhǔn)大多采用Kellgren-Lawrence（K-L）方法進(jìn)行分級(jí)[8]。但由于膝關(guān)節(jié)周?chē)枪墙M織等其他因素對(duì)疼痛、步態(tài)的干擾，放射學(xué)KOA與臨床癥狀常存在不一致的變化，即疼痛程度很高，影像結(jié)構(gòu)分級(jí)較低或出現(xiàn)相反情況[9-10]。在諸多影響因素中，老齡化及體質(zhì)量改變導(dǎo)致的下肢生物力學(xué)變化被認(rèn)為是其主要影響因素[11]。因此，近年來(lái)越來(lái)越多的治療及評(píng)估更加注重KOA患者整個(gè)下肢力學(xué)的研究，其中膝內(nèi)收力矩（KAM）為常用參考指標(biāo)[12]。然而，KAM變化與臨床癥狀及運(yùn)動(dòng)功能變化是否具有一致性目前尚無(wú)定論。鑒于此，本文通過(guò)分析KOA患者KAM發(fā)生變化的原因，不同影像學(xué)KOA分級(jí)KAM的變化情況，及以疼痛與步態(tài)為代表的KOA臨床特征的關(guān)聯(lián)狀況，旨在為將KAM作為KOA臨床治療評(píng)估指標(biāo)提供參考。

1 KAM變化的原因（與骨形態(tài)的關(guān)系）

KAM是指人體在站立或行走的過(guò)程中由向內(nèi)的地面反作用力作用于膝關(guān)節(jié)中心所產(chǎn)生的力矩。KAM與KOA患者的關(guān)節(jié)附近骨形態(tài)變化有關(guān)[2-3]。

有研究表明，KAM與股內(nèi)側(cè)中央?yún)^(qū)域的軟骨變化聯(lián)系最密切，該區(qū)域是軟骨損失最大的子區(qū)域[13]。而較高的KAM與脛骨內(nèi)側(cè)近端骨尺寸較大相關(guān)[14]。

可以認(rèn)為，KAM的變化是骨形態(tài)變化與其他因素相互作用的結(jié)果，而生物力學(xué)的改變又會(huì)反過(guò)來(lái)影響KOA患者的影像學(xué)特征，這種相互影響關(guān)系促使KOA進(jìn)程發(fā)展。

KAM相關(guān)參數(shù)主要為峰值與沖量。在病程發(fā)展中，較高的基線KAM沖量與2年內(nèi)軟骨內(nèi)側(cè)缺損相關(guān)[13]。BUTLER等[14]也提到，KAM的峰值與膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)腔的負(fù)荷相關(guān)。較大的KAM會(huì)將較高的壓縮載荷集中在脛骨股內(nèi)側(cè)腔上，進(jìn)而增加內(nèi)腔的負(fù)荷[3，15-17]。這就可以解釋?zhuān)瑑?nèi)腔KOA患者由輕度（K-L 2級(jí)）發(fā)展至中度（K-L 3級(jí)）過(guò)程中，KAM越大，脛骨內(nèi)側(cè)軟骨缺損越嚴(yán)重[18]。KAM沖量與關(guān)節(jié)軟骨缺損的嚴(yán)重程度和患病率都有關(guān)，而KAM峰值僅與關(guān)節(jié)軟骨缺損的嚴(yán)重程度有關(guān)[14]。KOA患者的KAM沖量與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨面積呈正相關(guān)，KAM峰值則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種相關(guān)性[19]。因此，KAM的峰值與沖量在評(píng)價(jià)特定骨形態(tài)變化時(shí)具有選擇性。另有研究指出，生物力學(xué)負(fù)荷以及炎癥影響的骨侵蝕被認(rèn)為是KOA的根本因素[20]，關(guān)節(jié)負(fù)荷與軟骨缺損和脛骨形態(tài)變化有很大的關(guān)聯(lián)，而KAM在步態(tài)研究中經(jīng)常是內(nèi)腔負(fù)荷的替代量度[4，16]。由此可知，關(guān)節(jié)負(fù)荷與骨形態(tài)變化形成惡性循環(huán)，在步態(tài)分析中表現(xiàn)為KAM的變化。

此外，KOA患者膝關(guān)節(jié)的加載頻率，即關(guān)節(jié)負(fù)荷的發(fā)生頻率，也會(huì)改變關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨[21]。

在步態(tài)的整個(gè)站立階段，脛股關(guān)節(jié)均處于接合狀態(tài)并承重，而髕股關(guān)節(jié)在行走過(guò)程中不承重，因而對(duì)于脛股關(guān)節(jié)軟骨缺損的患者來(lái)說(shuō)，步行可能是一種更能引起KOA癥狀的活動(dòng)，而對(duì)于髕股關(guān)節(jié)軟骨缺損的患者來(lái)說(shuō)，爬樓梯或蹲下等活動(dòng)更容易引起癥狀[22]。在膝關(guān)節(jié)內(nèi)外腔發(fā)病率上，因內(nèi)腔支撐著大約70%的關(guān)節(jié)負(fù)荷[23]，因此，內(nèi)腔關(guān)節(jié)炎的患病率高于外腔。有研究表明，膝內(nèi)腔關(guān)節(jié)炎患者的KAM峰值高于外腔KOA患者，而健康人通常介于外腔和內(nèi)腔KOA之間[14]。與健康人相比，膝內(nèi)腔KOA患者內(nèi)腔負(fù)荷增加;膝外腔KOA患者可能會(huì)減少內(nèi)腔的負(fù)荷，更多的負(fù)荷分布在外腔中[18]。因此，臨床中也通常利用楔形墊、鞋墊、膝關(guān)節(jié)支具等糾正相應(yīng)腔室的壓力負(fù)荷，進(jìn)而達(dá)到改善KOA患者疼痛和病情發(fā)展的目的[22]。

2 在步態(tài)分析中不同K-L分級(jí)的KAM變化情況

KAM在人體步態(tài)過(guò)程中具有相對(duì)固定的變化模式，KAM峰值和KAM沖量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分KOA患者具有較高可靠性。相關(guān)研究表明，KAM沖量的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評(píng)分更高于KAM峰值[18，23]。因此，在步態(tài)分析中將KAM相關(guān)參數(shù)與放射學(xué)KOA等級(jí)結(jié)合起來(lái)，具有輔助分類(lèi)更為合理判斷分級(jí)的作用。

在早站立期，任何K-L分級(jí)的KOA組之間均未觀察到KAM峰值或KAM沖量的差異[24]。有癥狀的K-L 2級(jí)組比無(wú)癥狀的K-L 2級(jí)組具有更多的內(nèi)翻畸形[25]。

在中站立期，K-L 2級(jí)有癥狀組與K-L 2級(jí)、K-L 0～1級(jí)無(wú)癥狀組比較，KAM峰值和KAM沖量均更高。K-L 2級(jí)無(wú)癥狀組與K-L 0～1級(jí)無(wú)癥狀組比較，沒(méi)有KAM峰值或KAM沖量的差異[24-25]。

在末站立期，中度（K-L 3級(jí)）KOA患者的KAM沖量大于輕度（K-L 2級(jí)）和無(wú)明確影像學(xué)疾病（K-L 0～1級(jí)）的受試者，但KAM峰值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）;中度（K-L 3級(jí)）KOA患者的KAM峰值大于無(wú)明確影像學(xué)疾?。↘-L 0～1級(jí)）的受試者[10，24]。在中站立期和末站立期，第1個(gè)KAM峰值都高于正常水平，而第2個(gè)峰值僅在更嚴(yán)重的KOA患者中高于正常水平[17，26]。見(jiàn)表1。

由表1可知，在任何步行階段，重度（K-L 4級(jí)）KOA患者的KAM峰值與沖量均大于其他K-L分級(jí)的患者，且在中站立期和末站立期，OA等級(jí)與KAM沖量最相關(guān)。這與HALL等[10]指出的在任何步行階段重度（K-L 4級(jí)）和中度（K-L 3級(jí)）患者的KAM沖量與峰值均大于輕度（K-L 2級(jí)）的患者類(lèi)似。

對(duì)患者步態(tài)進(jìn)行分析在康復(fù)醫(yī)學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，但在步態(tài)分析中KAM或所有KAM參數(shù)不是所有情況的最優(yōu)分析手段，比如患者在要求更高的單腿抬高任務(wù)中，膝關(guān)節(jié)的KAM峰值比步態(tài)周期中的峰值對(duì)變化更為敏感[27]。而表1可知，KAM沖量可能是基于K-L進(jìn)行KOA研究比較敏感的步態(tài)參數(shù)，當(dāng)檢查KOA個(gè)體的步態(tài)模式時(shí)，比傳統(tǒng)使用的KAM峰值提供更多信息。此外，與健康人和輕度患者相比，中度（K-L 3級(jí)）KOA患者在坐姿到站立伸展階段（第3階段）中在矢狀面內(nèi)髖關(guān)節(jié)力矩的貢獻(xiàn)較高，而膝關(guān)節(jié)力矩的貢獻(xiàn)較低[28]。雖然KAM的峰值與沖量并未能完全代表以K-L分級(jí)為代表的放射學(xué)KOA嚴(yán)重程度，但如表1所示，KAM與K-L分級(jí)變化的高度一致性仍在較大層面上體現(xiàn)了放射學(xué)KOA的相關(guān)特征，這為分析KOA放射學(xué)變化與其他功能變化及臨床癥狀評(píng)估提供了一個(gè)有效的中間紐帶，且在一定程度上比單純的放射學(xué)KOA分級(jí)更加具有研究?jī)r(jià)值和評(píng)估意義。

3 KAM變化和疼痛的關(guān)系

疼痛與KAM變化具有較大的聯(lián)系。KOA患者下肢肌群肌力變化會(huì)影響以KAM為代表的下肢生物力學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而造成關(guān)節(jié)負(fù)荷分布以及骨形態(tài)的變化，導(dǎo)致局部損傷刺激，從而出現(xiàn)疼痛炎癥。疼痛又可能會(huì)降低大腿肌肉的力量，疼痛較嚴(yán)重的參與者表現(xiàn)出較低的伸肌和屈肌力量，對(duì)腿部力矩也有很大的影響[29]。在疼痛過(guò)程中，KAM的2個(gè)峰值都明顯降低，最大伸肌力矩明顯降低，屈肌力矩峰值也明顯減少[5，30]。BOYER等[30]研究發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)調(diào)整步態(tài)以減輕膝關(guān)節(jié)負(fù)荷的患者，不太容易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)引起的疼痛。同樣的，有研究表明，接受6個(gè)月步態(tài)再訓(xùn)練的患者與對(duì)照組相比，KAM降低，關(guān)節(jié)疼痛和功能均有明顯改善[31]。也有研究表明，中度KOA患者中，疼痛程度更高的患者在整個(gè)姿勢(shì)中可以更穩(wěn)定地激活外側(cè)腓腸肌，這可能是人體在步態(tài)周期中抵消高內(nèi)腔關(guān)節(jié)負(fù)荷的機(jī)制[32]。

不同K-L等級(jí)患者的KAM相關(guān)參數(shù)與疼痛的關(guān)系不同。輕度KOA（K-L 2級(jí)）患者的任何KAM相關(guān)參數(shù)與疼痛或身體機(jī)能之間均未觀察到顯著相關(guān)性，但在中度（K-L 3級(jí)）患者中發(fā)現(xiàn)較高的KAM沖量會(huì)導(dǎo)致疼痛加劇，而KAM峰值與疼痛或功能之間未有顯著相關(guān)性。對(duì)于嚴(yán)重疾?。↘-L 4級(jí)），較高的膝關(guān)節(jié)KAM沖量與減輕疼痛有關(guān)[10]。據(jù)此可知，KOA等級(jí)越高，KAM相關(guān)參數(shù)的解釋力越小，而KAM相關(guān)參數(shù)與疼痛的關(guān)系取決于放射學(xué)KOA嚴(yán)重程度。注射緩解疼痛的藥物后，雖然膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度沒(méi)有明顯變化，但KAM顯著增加，步態(tài)趨于正常，由此可以看出，疼痛可通過(guò)對(duì)KAM的影響進(jìn)而改變對(duì)患者步態(tài)的影響。但是，注射緩解疼痛的藥物對(duì)患者進(jìn)行上下樓梯活動(dòng)的疼痛程度沒(méi)有較明顯的作用[33]。

針對(duì)KOA患者步態(tài)訓(xùn)練及單純疼痛緩解相關(guān)研究表明，連續(xù)步行導(dǎo)致疼痛顯著增加，而間歇性步行條件下的疼痛變化很小。超過(guò)30 min的步行運(yùn)動(dòng)鍛煉可能會(huì)導(dǎo)致不良的關(guān)節(jié)負(fù)荷并增加疼痛，而多次練習(xí)代替連續(xù)一次練習(xí)相同的運(yùn)動(dòng)量可能對(duì)限制膝關(guān)節(jié)疼痛有益[34]。此外，膝關(guān)節(jié)疼痛緩解（如注射緩解藥物）引起的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷增加可能會(huì)導(dǎo)致軟骨退變[23，33]。由此可知，通過(guò)單純止痛（止痛藥物注射）的方式對(duì)KOA進(jìn)行防治，雖疼痛有所緩解，但并不會(huì)改善KAM甚至?xí)?dǎo)致其進(jìn)一步增大。因此，在緩解KOA疼痛的同時(shí)，需進(jìn)一步改善以KAM為代表的下肢生物力學(xué)改變狀況，才能在既緩解疼痛癥狀的同時(shí)又能減緩KOA軟骨退變，進(jìn)而從根本上防止KOA的發(fā)生與發(fā)展。

綜上可知，KAM變化與疼痛的關(guān)系分為兩類(lèi)，一類(lèi)是疼痛通過(guò)刺激相關(guān)肌肉，抵消高內(nèi)腔負(fù)荷，促使KAM降低，可認(rèn)為是人體對(duì)高內(nèi)腔負(fù)荷影響相關(guān)骨結(jié)構(gòu)的保護(hù)機(jī)制;另一類(lèi)是通過(guò)外部措施或步態(tài)鍛煉使KAM降低，可觀察到疼痛的明顯改善。但是，高KAM沖量代表的高關(guān)節(jié)負(fù)荷的積累也會(huì)致使關(guān)節(jié)軟骨損傷，從而加劇疼痛，推測(cè)這個(gè)通路在較低K-L等級(jí)的KOA患者中起主要作用，而疼痛刺激肌肉使得KAM參數(shù)降低的通路只在高K-L等級(jí)的KOA患者中起主要作用，K-L等級(jí)越高，KAM相關(guān)參數(shù)的解釋力越小。

4 臨床應(yīng)用意義

相關(guān)研究表明，放射學(xué)分類(lèi)具有局限性，無(wú)法找到放射學(xué)變化與自我報(bào)告功能之間的關(guān)系，無(wú)法顯示骨贅或狹窄與殘疾之間的顯著相關(guān)性。早期KOA患者的功能（如殘疾程度）與放射學(xué)變化之間可能存在更強(qiáng)的關(guān)系[35]。沒(méi)有顯著相關(guān)性的原因可能是，射線影像僅顯示骨骼，而其他結(jié)構(gòu)（尤其是肌肉和韌帶）可能是更重要的功能決定因素。因此，當(dāng)前普遍認(rèn)為，KOA的嚴(yán)重程度及臨床治療效果評(píng)估，不能單純依賴(lài)影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)判斷，更多需要結(jié)合肌肉變化模式及疼痛改善情況加以評(píng)估和判斷[36]。KAM作為反映膝關(guān)節(jié)負(fù)荷變化的參數(shù)，既能有效結(jié)合下肢影像學(xué)變化情況，又受肌肉收縮模式及疼痛的影響。因此，本文探討了KAM參數(shù)變化與關(guān)節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，并總結(jié)了在步態(tài)分析中不同K-L分級(jí)的KAM變化情況及與疼痛的相關(guān)變化情況，指出了KAM將單純影像學(xué)評(píng)估、下肢運(yùn)動(dòng)功能及疼痛變化有機(jī)結(jié)合，能較好地評(píng)估KOA患者下肢變化情況，且指出了其中的相關(guān)關(guān)系，可供臨床更好地評(píng)估應(yīng)用。但由于KAM對(duì)肌肉活動(dòng)產(chǎn)生的關(guān)節(jié)負(fù)荷影響反應(yīng)較弱，因此，可能低估了KOA患者的實(shí)際負(fù)荷[15]。在后期臨床應(yīng)用過(guò)程中，可進(jìn)一步借助表面肌電、步態(tài)分析、超聲、磁共振等相關(guān)技術(shù)，準(zhǔn)確評(píng)估KOA患者的結(jié)構(gòu)變化與臨床特征的相關(guān)影響及聯(lián)系，為KOA的評(píng)估及治療提供更科學(xué)全面的依據(jù)。

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收稿日期：2021-01-15;修回日期：2021-02-10

作者單位：1.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院，天津 300052;2.天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072

通信作者：萬(wàn)春曉 天津市和平區(qū)鞍山道154號(hào)，wcx2226@163.com，（022）60817328