針刀治療膝骨關(guān)節(jié)炎力學(xué)信號傳導(dǎo)機(jī)制探討*

金曉飛，郭長青，劉福水

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，北京 100029;2.山西中醫(yī)學(xué)院針灸推拿系，太原 030024;3.江西中醫(yī)學(xué)院，南昌 330004)

針刀治療膝骨關(guān)節(jié)炎力學(xué)信號傳導(dǎo)機(jī)制探討*

金曉飛1、2，郭長青1△，劉福水1、3

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，北京 100029;2.山西中醫(yī)學(xué)院針灸推拿系，太原 030024;3.江西中醫(yī)學(xué)院，南昌 330004)

膝骨關(guān)節(jié)炎是臨床危害較大的疾病，針刀治療有一定優(yōu)勢。本文從針刀療法力學(xué)平衡理論和經(jīng)筋“束骨利關(guān)節(jié)”的作用入手，分析韌帶力學(xué)變化在膝骨關(guān)節(jié)炎中的重要作用;并從韌帶力學(xué)變化引起關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞力學(xué)信號傳導(dǎo)，最終調(diào)控細(xì)胞內(nèi)部基因表達(dá)，一步步分析針刀治療膝骨關(guān)節(jié)炎的力學(xué)信號傳導(dǎo)機(jī)制，為針刀基礎(chǔ)研究、膝部經(jīng)筋理論和膝骨關(guān)節(jié)炎提供理論依據(jù)。

針刀;膝骨關(guān)節(jié)炎;經(jīng)筋;力學(xué)平衡;信號傳導(dǎo)

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)患者人數(shù)眾多，且不斷增加。有資料表明［1］，60歲以上的人群中患病率可達(dá)50%，75歲的人群則高達(dá)80%，該病的致殘率可高達(dá)53%。OA好發(fā)于負(fù)重大、活動多的關(guān)節(jié)，其中膝關(guān)節(jié)是最常被累及的，因此對膝骨關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)的研究就成為國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的關(guān)注重點。臨床資料表明，應(yīng)用針刀治療KOA有一定的優(yōu)勢，但對其治療機(jī)理缺乏系統(tǒng)闡述。本文主要從中醫(yī)經(jīng)筋理論出發(fā)，結(jié)合針刀醫(yī)學(xué)對KOA的認(rèn)識，以韌帶力學(xué)為著眼點，探討經(jīng)筋和韌帶力學(xué)的關(guān)系及力學(xué)信號傳導(dǎo)機(jī)制，為針刀治療KOA提供理論基礎(chǔ)。

1 針刀治療KOA優(yōu)勢在于對力學(xué)平衡調(diào)整

針刀療法是在中醫(yī)理論指導(dǎo)下，借鑒外科手術(shù)原理，以針刀治療為主要治療手段的醫(yī)學(xué)新學(xué)科。針刀理論認(rèn)為，關(guān)節(jié)周圍軟組織痙攣、攣縮長期得不到糾正，造成的膝關(guān)節(jié)力學(xué)平衡失調(diào)是KOA的根本病因。應(yīng)用針刀在膝關(guān)節(jié)周圍軟組織局部病變處進(jìn)行有針對性的剝離黏連，可以有效地恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的力學(xué)平衡，同時還可使局部受壓的血管、神經(jīng)末梢得以恢復(fù)，促進(jìn)組織的修復(fù)。在前期臨床研究中發(fā)現(xiàn)，針刀和電針均可減輕KOA患者膝關(guān)節(jié)周圍的壓痛，但針刀的遠(yuǎn)期療效優(yōu)于電針［2］。實驗研究中也發(fā)現(xiàn)，在軟骨、外周血生化和中樞鎮(zhèn)痛物質(zhì)等方面，針刀與電針相比并無優(yōu)勢，但從不同治療時期的痛閾變化來看，針刀的痛閾提高幅度優(yōu)于電針。因此可以認(rèn)為，針刀除了針灸的鎮(zhèn)痛作用以外，還可以通過松解膝關(guān)節(jié)周圍韌帶、肌肉的痙攣，調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)的力學(xué)平衡，從而解除疼痛的局部誘因，對疼痛起到進(jìn)一步的抑制作用。

2 力學(xué)平衡理論是經(jīng)筋理論的繼承和發(fā)揚(yáng)

“膝為筋之府”，根據(jù)中醫(yī)骨傷科文獻(xiàn)提出的“骨正筋柔”、“筋骨并重”等概念，KOA的治療以筋骨兼治為基本原則，正所謂“病在筋，調(diào)之筋;病在骨，調(diào)之骨”(《素問·調(diào)經(jīng)論》)。有學(xué)者認(rèn)為，經(jīng)筋是人體軟組織形態(tài)的高度概括，主要包含肌肉、肌腱、筋膜、韌帶、關(guān)節(jié)囊、滑膜等系統(tǒng)內(nèi)容。肌肉收縮產(chǎn)生的力沿著經(jīng)筋分布路線傳導(dǎo)，力通過筋作用于骨，經(jīng)筋影響著力在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)輸?shù)捻槙撑c否［3、4］。急、慢性損傷性應(yīng)力造成膝關(guān)節(jié)周圍軟組織即經(jīng)筋損傷，引起勞損點黏連進(jìn)而引發(fā)軟骨退變、關(guān)節(jié)囊肥厚、骨贅增生等病變，因“傷筋而損骨”，并形成二者之間的惡性循環(huán)，破壞了膝關(guān)節(jié)的力學(xué)平衡。也就是改變了經(jīng)筋“束骨而利關(guān)節(jié)”的作用，使膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)力學(xué)平衡失調(diào)，關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)功能發(fā)生退變，最終導(dǎo)致OA的發(fā)生。因此，膝部經(jīng)筋的力學(xué)因素在KOA的發(fā)病中起著非常重要的作用。針刀就是在膝關(guān)節(jié)周圍病變軟組織局部進(jìn)行治療，通過矯正“傷筋”而“正骨”。

3 韌帶力學(xué)變化在關(guān)節(jié)軟骨退變中起重要作用

在膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動過程中韌帶和肌肉主要承受張力，而韌帶作為力的承受和傳遞組織，其應(yīng)力和應(yīng)變的改變對膝關(guān)節(jié)的作用正日益受到廣大學(xué)者的關(guān)注。從針刀治療KOA的臨床研究來看，多選用韌帶周邊的壓痛點和條索狀物做為進(jìn)針點，通過局部松解恢復(fù)關(guān)節(jié)力學(xué)平衡，所以韌帶在KOA的治療和發(fā)病中起著非常重要的作用。在韌帶損傷與KOA的關(guān)系中，Weiss JA、陳游、王健等［5～7］發(fā)現(xiàn)，韌帶斷裂后軟骨損傷發(fā)生率明顯增高，損傷程度隨病程延長而加重，而韌帶的修復(fù)可減緩軟骨的退變，并減少軟骨細(xì)胞的凋亡。Jung HJ［8］認(rèn)為，韌帶是骨與骨之間傳遞力的軟組織，屬典型的黏彈性材料，具有拉伸和黏彈性的生物力學(xué)特性，該特性會受到關(guān)節(jié)制動的影響，而解除制動和運(yùn)動鍛煉會逆轉(zhuǎn)這種不良影響。連志強(qiáng)等［9］用數(shù)學(xué)建模的方式對膝關(guān)節(jié)韌帶力學(xué)的相互關(guān)系作了研究，發(fā)現(xiàn)韌帶之間力學(xué)改變相互影響，提示應(yīng)注重不同韌帶彼此的力學(xué)影響。KOA的發(fā)病與關(guān)節(jié)面的應(yīng)力分布不均勻而過分集中有關(guān)。以髕骨關(guān)節(jié)生物力學(xué)關(guān)系紊亂為例，其主要表現(xiàn)為髕外側(cè)支持帶緊張攣縮或內(nèi)側(cè)支持帶松弛所致的髕骨外傾、外移或半脫位，結(jié)構(gòu)異常使得髕骨關(guān)節(jié)外側(cè)應(yīng)力過度集中而發(fā)生軟骨磨損，內(nèi)側(cè)由于缺乏應(yīng)力刺激而出現(xiàn)軟骨退變，最終形成髕骨關(guān)節(jié)OA［10］。由此可知，膝部韌帶的力學(xué)變化在關(guān)節(jié)軟骨的退變中也起著十分重要的作用。通過對關(guān)節(jié)力學(xué)平衡的調(diào)整，力學(xué)信號在多種因素的共同作用下調(diào)控細(xì)胞內(nèi)部基因表達(dá)，起到改善軟骨退化的作用。

4 外周力學(xué)改變通過力學(xué)信號傳導(dǎo)發(fā)揮治療作用

軟骨細(xì)胞對力學(xué)變化非常敏感，即使3Pa的力學(xué)刺激也能在30s～2min之內(nèi)改變軟骨細(xì)胞的形狀和基因表達(dá)［11］。正常軟骨中基質(zhì)含量高(約70%)、無血管和神經(jīng)，這些生理特征決定了軟骨細(xì)胞與基質(zhì)之間的作用在力學(xué)信號傳導(dǎo)過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。目前國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為，力學(xué)信號傳導(dǎo)通路主要有 Ca2+通道、細(xì)胞因子、一氧化氮(NO)、整合素、絲裂霉素激活的蛋白激酶(MAPK)途徑等，其中整合素可能起著比較關(guān)鍵的作用。整合素是位于細(xì)胞膜的一族糖蛋白分子，包括α和β 2個亞單位，整合素不僅將細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞與細(xì)胞連接起來，更重要的是在細(xì)胞內(nèi)外的信號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用［12、13］。在眾多介導(dǎo)軟骨細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)黏附的分子中，整合素β1超家族成員的作用尤為突出，已發(fā)現(xiàn)多條力學(xué)信號傳導(dǎo)通路都與整合素 β1 相關(guān)［14、15］。Hu 等［16］利用一個三維磁力的扭曲裝置，將物理牽張力直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞的整合素β1，結(jié)果出現(xiàn)了有效的跨膜力傳遞，為外力跨膜傳遞的研究提供了一個簡單而有效的方法。細(xì)胞通過其表面的整合素受體即時響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，以張力整合的形式將響應(yīng)的力信號有選擇地轉(zhuǎn)換到細(xì)胞和核內(nèi)的不同部件上，實現(xiàn)力化學(xué)轉(zhuǎn)換［17、18］。整合素不僅可直接作用于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，還能與細(xì)胞表面其他膜分子或細(xì)胞因子如 IL-1、IL-6、IL-4、TNF-α、TGF-β等受體協(xié)調(diào)調(diào)控力學(xué)信號傳導(dǎo)，將信號整合入細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)答。其中IL-4又被稱為軟骨保護(hù)因子。在正常軟骨中軟骨細(xì)胞感受力學(xué)信號后是通過IL-4環(huán)路來抑制力學(xué)刺激下軟骨細(xì)胞膜的超極化作用，而促進(jìn)聚集蛋白聚糖mRNA水平的上調(diào)，基質(zhì)金屬蛋白酶3 mRNA(MMP-3mRNA)水平的下調(diào)［19、20］。同時 IL-4具有分泌作用，誘導(dǎo)細(xì)胞膜超極化，使軟骨蛋白聚糖含量增加，MMP-3含量降低。NO是一種多功能的生物信息分子，剪切力能夠誘使軟骨細(xì)胞釋放 NO，隨著剪切力的增加以及作用時間的延長，NO的量增加;當(dāng)NO合成抑制劑存在的時候，不但軟骨細(xì)胞的NO釋放減少，應(yīng)力刺激的反應(yīng)性蛋白多糖的合成也同樣減少。MAPK是白介素受體后化學(xué)信號傳遞途徑中的重要組分。有研究表明，整合素及MAPK在力學(xué)信號及軟骨細(xì)胞傳遞的過程中也起到重要的作用［21］?？梢?，在力學(xué)信號的傳導(dǎo)中，整合素和各種細(xì)胞因子共同起著非常關(guān)鍵的作用。

綜上所述，關(guān)節(jié)力學(xué)平衡失調(diào)是KOA發(fā)病機(jī)制中的重要環(huán)節(jié)，而韌帶力學(xué)的異常改變有可能是關(guān)節(jié)力學(xué)平衡失調(diào)的原因或結(jié)果之一，因此對韌帶力學(xué)進(jìn)行調(diào)節(jié)以改變關(guān)節(jié)力學(xué)平衡失調(diào)可能是干預(yù)KOA的有效途徑。針刀治療KOA恰恰在于對張力異常增高的膝關(guān)節(jié)韌帶進(jìn)行松解。韌帶一旦得到松解，KOA發(fā)病機(jī)制的惡性循環(huán)就可以被打破，即通過疏筋利節(jié)，恢復(fù)了經(jīng)筋“束骨利關(guān)節(jié)”的功能。同時，關(guān)節(jié)力學(xué)平衡的改善，通過軟骨細(xì)胞的力學(xué)信號傳導(dǎo)，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨自身的修復(fù)。

［1］中華醫(yī)學(xué)會骨科學(xué)分會．骨關(guān)節(jié)炎診治指南［S］．7版．中國臨床醫(yī)生雜志，2008，36(1):28-30．

［2］郭長青，張秀芬，司 同，等．針刀松解法對膝骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)周圍壓痛影響的效果評價［J］．成都中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2010，33(3):3-5．

［3］張 蓉，李 峰，王常海，等．經(jīng)筋理論在膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制及治療中的作用［J］．中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2007，22(7):644-646．

［4］王常海，李 峰．針刀“動態(tài)平衡”理論在膝骨性關(guān)節(jié)炎中的探討［J］．中華中醫(yī)藥學(xué)刊，2007，25(1):73-75．

［5］WeissJA， Maakestad BJ． Permeability ofhuman medial collateral ligament in compression transverse to the collagen fiber direction［J］．Journal of Biomechanics，2006，39(2):276-283．

［6］陳 游，馮顏杰，張春雷，等．兔膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶重度損傷后重建手術(shù)對關(guān)節(jié)軟骨保護(hù)作用的研究［J］．中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2010，20(21):3226-3225．

［7］王 健，敖英芳．后交叉韌帶斷裂和重建對兔膝關(guān)節(jié)軟骨退變的影響［J］．中華外科雜志，2005，43(24):1598-1601．

［8］Jung HJ，F(xiàn)isher MB，Woo SL．Role of biomechanics in the understanding of normal，injured，and healing ligaments and tendons［J］．Sports Med Arthrosc Rehabil Ther Technol，2009，1(1):9．

［9］連志強(qiáng)，周定國，張洪武．人體膝關(guān)節(jié)平地行走時的動力學(xué)模擬［J］．中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報，2008，27(1):56-60．

［10］史晨輝，王永明，董金波，等．髕股關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的病因探討及關(guān)節(jié)鏡診治［J］．中國矯形外科雜志，2003，11(22):1577-1579．

［11］Spiteri CG，Young EW，Simmons CA，et al．Substrate architecture and fluid-induced shear stress during chondrocyte seeding:role of alpha5beta1 integrin［J］．Biomaterials，2008，29:2477-2489．

［12］Berman AE，Kozlova NI，Motozevich GE．Integrins:structure and signaling［J］．Biochemistry(Mosc)，2003，68(12):1284-1299．

［13］Millward-Sadler SJ， Salter DM． Integrin-dependent signal cascades in chondrocyte mechanotransduction［J］．Annals of Biomedical Engineering，2004，32(3):435-446．

［14］Loeser RF，Sadiev S，Tan L，et al．Integrin expression by primary and immortalized human chondrocytes:evidence of a differential role for alpha1beta1 and alpha2beta1 integrins in mediating chondrocyte adhesion to typeⅡ and Ⅵ collagen［J］．Osteoarthritis Cartilage，2000，8(2):96-105．

［15］Schwarz US， Erdmann T， Bischofs IB． Focal adhesions as mechanosensors:the two-spring model［J］．biosystems，2006，83(2-3):225-232．

［16］Hu S，Eberhard L，Chen J，et al．Mechanical anisotropy of adherent cells probed by a three-dimensional magnetic twisting device［J］．Am J Physiol Cell Physiol，2004，287(5):1184-1191．

［17］Donald E，Ingber．TensegrityⅠ．Cell structure and hierarchical systems biology［J］．Journal Cell Science，2003，116:1157-1173．

［18］Donald E， Ingber． Tensegrity Ⅱ．How structuralnetworks influence cellular information processing networks［J］．Journal Cell Science，2003，116:1397-1408．

［19］Milward Sadler SJ，Khan NS，Bracher MG，et al．Roles for the interleukin-4 receptor and associated JAK/STAT proteins in human articular chondrocyte mechanotranduction ［ J］．Osteoarthritis Cartilage，2006，14(10):991-1001．

［20］Jiang H，Harris MB．Rothman P．IL-4/IL-13 signaling beyond JAK/STAT［J］．J Allergy Clin Immunol，2000，105(6 Pt 1):1063-1070．

［21］徐 勇，蔣 青．關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞生物力學(xué)研究進(jìn)展［J］．江蘇醫(yī)藥，2009，35(8):954-955．

Brief Talking about Mechanism of Mechanics'Signal Transduction of Knee Osteoarthritis Treated by Acupotome

JIN Xiao-fei1，2，GUO Chang-qing1，LIU Fu-shui1，3(1.Beijing University of Chinese Medicine，Acupuncture and Moxibustion School，Beijing100029，China;
2.Shanxi University of Traditional Chinese Medicine，Taiyuan，Shanxi，030024，China;3.Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanchang，Jiangxi，330004，China)

Acupotome can treat knee osteoarthritis(KOA)which have major hazard in clinical and superiors to other methods．This article analyzes the change of ligament's machanics in KOA according to equilibrium of mechanics and“shu bone and benefit to joint”of the twelve meridian sinews．This article also analyzes mechanism that the change of ligament's machanics cause mechanics'signal transduction and further control gene expression in chondrocyte．These analysis will offer one neoteric way for the basic researcher of acupotome，the twelve meridian sinews and the treatment of KOA．

acupotome;knee osteoarthritis;twelve meridian sinews;equilibrium of mechanics;signal transduction

R245．9+9

B

1006-3250(2011)12-1363-02

國家自然科學(xué)基金資助項目(81173333);北京中醫(yī)藥大學(xué)自主選題資助項目(2009JYBZZ-XS054)

2011-08-26

金曉飛(1974-)，男，山西夏縣人，講師，醫(yī)學(xué)碩士，在讀博士，從事針刀基礎(chǔ)與臨床研究。

△通訊作者:郭長青(1959-)，男，北京人，教授，醫(yī)學(xué)碩士，從事針刀基礎(chǔ)與臨床研究。