膝骨關(guān)節(jié)炎中骨性力線改變的影像學及臨床研究

甘浩然，程楷，趙文勝，陳琦，吳曉宇*

(1.江西中醫(yī)藥大學，江西 南昌 330006；2.利川市人民醫(yī)院骨一科，湖北 利川 445400)

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎是一種慢性退行性疾病，中老年多見，女性多于男性。60歲以上人群患病率達50%，75歲以上達80%，致殘率高達53%[1]。隨著人口老齡化加重，膝骨關(guān)節(jié)炎患者數(shù)量日益增多[2]。不均勻沉降理論在膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病中的重要性是最近研究的熱點問題[3-4]。膝內(nèi)翻是骨關(guān)節(jié)炎患者最常見的下肢畸形，代表著下肢力線改變。以往觀點認為[5-6]，這是繼發(fā)于軟骨磨損的結(jié)果，內(nèi)側(cè)軟骨磨損大于外側(cè)、內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙狹窄較外側(cè)明顯，導(dǎo)致力線向內(nèi)側(cè)偏移。但膝關(guān)節(jié)間隙的厚度僅數(shù)毫米，若內(nèi)側(cè)間隙完全消失，膝內(nèi)翻也應(yīng)小于10°；但臨床上嚴重的“O”型腿患者，內(nèi)翻畸形可達十幾至幾十度。這顯然不完全由軟骨磨損導(dǎo)致。脛骨平臺不均勻沉降后，平臺關(guān)節(jié)面傾斜，可直接導(dǎo)致力線向內(nèi)側(cè)偏移，產(chǎn)生膝內(nèi)翻畸形[7]。這可以很好地解釋上述現(xiàn)象，但目前尚無研究證實。本研究通過對骨關(guān)節(jié)炎患者進行影像學研究，回顧性分析探討膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者軟骨因素外的力線改變，并結(jié)合臨床表現(xiàn)分析其在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病中的作用。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2017年9月至2017年12月于我院就診30位膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者。納入標準：a)根據(jù)美國風濕學會的影像學和臨床標準診斷為膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎，Kellgren-Lawrence分級2級以上；b)患者年齡≥50歲；c)單純內(nèi)側(cè)間室病變或以內(nèi)側(cè)間室病變?yōu)橹?。排除標準：a)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎或明確膝關(guān)節(jié)周圍外傷史；b)風濕、類風濕等自身免疫性骨關(guān)節(jié)炎；c)先天性膝內(nèi)翻畸形；d)單純外側(cè)間室骨關(guān)節(jié)炎。

1.2 影像學評估和測量方法 影像學評估和測量方法患者入院后在膝關(guān)節(jié)完全伸直狀態(tài)下進行X線負重位下肢拼接全長攝片檢查。利用影像歸檔與收集系統(tǒng)收集所有患者的下肢負重位拼接全長片進行病情評估[8]，并通過系統(tǒng)自帶的長度和角度測量工具進行測量。影像學病情嚴重程度根據(jù)Kellgren-Lawrence(KL)分級標準，0級：正常關(guān)節(jié)間隙狹窄；Ⅰ級：可疑關(guān)節(jié)間隙狹窄，骨贅唇樣改變可能；Ⅱ級：明顯骨贅，關(guān)節(jié)間隙狹窄可能；Ⅲ級：中度多發(fā)骨贅，確定關(guān)節(jié)間隙狹窄，一定關(guān)節(jié)僵硬，關(guān)節(jié)畸形改變可能；Ⅳ級：大量骨贅，明顯關(guān)節(jié)間隙狹窄，關(guān)節(jié)僵硬，關(guān)節(jié)畸形改變。

關(guān)節(jié)間隙采用Tourville等[9-10]的測量方法，在膝關(guān)節(jié)正位X線片上測量：a)經(jīng)脛骨平臺畫出脛骨干軸線C；b)經(jīng)內(nèi)、外側(cè)髁間結(jié)節(jié)最高點畫兩條與脛骨軸線C平行的直線，分別標為D、E；c)直線F為經(jīng)脛骨平臺最寬徑線；d)經(jīng)直線D、E與平臺邊緣之中點分別做線C的平行線A、B，在該兩條參考線上測量膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間隙，記作mJSW(內(nèi)側(cè))、lJSW(外側(cè))(見圖1)。HKA角測量：股骨頭中心、膝關(guān)節(jié)中心、踝關(guān)節(jié)中心連線的夾角，采用正值表示，小于180°代表內(nèi)翻，大于180°代表外翻。骨性HKA角計算：骨性HKA角為將患者實際測得的HKA角通過平衡兩側(cè)關(guān)節(jié)間隙寬度進行校正后得到的不受關(guān)節(jié)間隙改變影響的HKA角。計算骨性HKA角首先需要測量內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙、內(nèi)外側(cè)間隙測量線距離脛骨軸線距離以及患者實際的HKA角(見圖2)。理論上說，骨性HKA角就是為將內(nèi)側(cè)間隙延長至與外側(cè)間隙等寬時，再次測量的HKA角，反映的是實際骨性下肢力線，通過反正切函數(shù)計算得出。將內(nèi)、外側(cè)間室中點間距離分別記作m+l，則骨性HKA角=患者實際的HKA角+tan-1(lJSW-mJSW)/(m+l)(見圖3)。

1.3 臨床評價 對患者進行VAS評分評價關(guān)節(jié)疼痛程度 。

注：A、B-經(jīng)內(nèi)、外側(cè)間室中點與直線C平行，于此兩直線上測量膝關(guān)節(jié)間隙；C-脛骨軸線；D、E-與直線C平行，分別經(jīng)過內(nèi)、外側(cè)髁間結(jié)節(jié)；F-脛骨平臺最寬徑線

圖1 關(guān)節(jié)間隙測量方法示意

圖2 HKA角、膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室間隙示意

圖3 骨性HKA角(B-HKA角)示意

1.4 統(tǒng)計學處理 應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析。計量資料首先使用Shapiro-Wilk檢驗判斷數(shù)據(jù)是否為正態(tài)分布，Levene檢驗判斷方差齊性。非正態(tài)資料采用Mann-Whitney U檢驗比較組間差異，Spearman秩相關(guān)分析相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

本組患者共30例，36膝(左10膝 右26膝)，其中男11例(12膝)，女19例(24膝)，年齡50～71歲，平均(61.0±5.15)歲。患病時間1～20年，平均(7.72±4.59)年。KL分級如下：Ⅱ級10例，Ⅲ級14例，Ⅳ級12例。BMI 22.04～34.29 kg/m2，平均(27.63±3.92)kg/m2。所有患者中，合并糖尿病者3例，為Ⅱ型糖尿??；合并高血壓疾病者2例，為高血壓2級；合并腓骨骨折者1例，骨折愈合；合并髕骨關(guān)節(jié)炎5例?；颊遃AS評分60～90分，平均(74.44±9.39)分。KL分級如下：Ⅱ級10例，Ⅲ級14例，Ⅳ級12例。HKA角163°～180°，平均(172.00±3.54) °。患者內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙1.41～5.65 mm，平均(2.66±1.12)mm；外側(cè)關(guān)節(jié)間隙 2.14～7.75 mm，平均(5.31±1.16)mm?；颊呙劰瞧脚_橫徑70.13～92.24 mm，平均(80.20±5.27)mm。

經(jīng)計算，本組患者骨性HKA角165.04°～182.84°，平均(175.36±3.69) °。骨性HKA角≤174.4°，平均年齡64.33歲，患病時間平均11.83年，BMI平均27.22 kg/m2。VAS評分平均81.67分。內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙(2.11±0.87)mm，外側(cè)關(guān)節(jié)間隙(4.49±1.08) mm。關(guān)節(jié)間隙差值(2.38±1.23)mm，比值0.49±0.22?；颊呙劰瞧脚_橫徑(80.40±5.31)mm。骨性HKA角>174.4°，患者平均年齡59.33歲，患病時間平均5.67年，BMI平均27.84 kg/m2。VAS評分平均70.83分。內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙(3.02±1.13)mm，外側(cè)關(guān)節(jié)間隙(5.84±0.88)mm。關(guān)節(jié)間隙差值(2.82±1.48)mm，比值(0.53±0.21)。患者脛骨平臺橫徑(80.08±5.37)mm。兩組患者的年齡、患病時間、內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙、VAS評分比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；BMI、內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙差值、內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙比值、脛骨平臺橫徑比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。骨性HKA角與患者年齡明顯相關(guān)(r=-0.360P=0.031)，與患病時間明顯相關(guān)(r=-0.472，P0.004)。骨性HKA角與患者內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙明顯相關(guān)(r=0.339P=0.043)；與外側(cè)關(guān)節(jié)間隙明顯相關(guān)(r=0.560，P=0.000)；與關(guān)節(jié)間隙差值相關(guān)性不明顯(r=0.131，P=0.446)。骨性HKA角與患者VAS評分明顯相關(guān)(r=0.475，P=0.003)，骨性HKA角越大，VAS評分越高。患者脛骨平臺橫徑與骨性HKA角相關(guān)性不明顯(P=0.931)。患者BMI與骨性HKA角相關(guān)性不明顯(P=0.740)，相關(guān)性檢驗結(jié)果見表1。

表1 骨性HKA角與內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間隙、BMI、年齡、病程、及VAS評分等指標的相關(guān)性檢驗結(jié)果

3 討 論

骨關(guān)節(jié)炎患者常伴下肢力線改變及膝內(nèi)翻畸形[11-12]，可能的原因有兩種：傳統(tǒng)觀點認為關(guān)節(jié)軟骨長期負重磨損變薄，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙狹窄，外側(cè)相對增寬，關(guān)節(jié)面不平行引起下肢力線改變和膝內(nèi)翻畸形[13]。此種觀點被廣泛接受，其重要原因是這些改變在影像學上顯而易見。如圖1所示，可見到內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)面明顯不平行，導(dǎo)致與其垂直的機械軸線產(chǎn)生夾角，即內(nèi)翻畸形。近年來不均勻沉降理論的提出為膝內(nèi)翻的原因提供了新的思路。根據(jù)不均勻沉降理論，脛骨平臺下骨質(zhì)疏松是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的始動因素。在體重作用下，疏松的脛骨平臺發(fā)生微骨折并不斷愈合，在此過程中逐漸沉降。與脛骨平臺不同，腓骨幾乎不發(fā)生骨質(zhì)疏松。其在外側(cè)起支撐作用，故脛骨平臺的沉降內(nèi)側(cè)重于外側(cè)，為不均勻沉降[7，14-16]。由于脛骨平臺內(nèi)側(cè)沉降值大于外側(cè)[17]，為保持膝關(guān)節(jié)面貼合，股骨內(nèi)側(cè)髁向下方移位，引起股骨干和脛骨干軸線夾角改變，形成內(nèi)翻畸形。

本研究旨在明確患者是否存在因骨性不均勻沉降導(dǎo)致的膝內(nèi)翻畸形，故需除去軟骨改變對其的影響。我們對此建立數(shù)學模型，以膝關(guān)節(jié)外側(cè)間隙標化其內(nèi)側(cè)間隙，根據(jù)圓的弧度及三角形正切值等數(shù)學公式計算出此時內(nèi)翻糾正角及骨性下肢力線。骨性下肢力線定義為排除膝關(guān)節(jié)間隙內(nèi)軟組織(包括軟骨、半月板、關(guān)節(jié)液及韌帶等)影響后的僅由骨骼系統(tǒng)組成的下肢力學傳導(dǎo)路徑，采用骨性髖膝踝角表示(骨性HKA角)。骨性HKA角通過數(shù)學模型計算，將內(nèi)側(cè)膝關(guān)節(jié)間隙延長至與外側(cè)等寬，除去軟骨等軟組織影響，測得的髖關(guān)節(jié)中心-膝關(guān)節(jié)中心-踝關(guān)節(jié)中心的連線。骨性HKA角反應(yīng)的是除軟骨因素外的力線改變。本研究中，患者的骨性HKA角平均僅175.36°，小于健康人HKA角平均值177.4°[8]，22.22%的患者骨性HKA角低于正常平均值減兩倍標準差。這提示除軟骨磨損、關(guān)節(jié)間隙狹窄以外的膝內(nèi)翻畸形確實存在，從力線改變的角度揭示并證明了膝關(guān)節(jié)不均勻沉降理論。

關(guān)節(jié)炎患者骨性HKA角改變系原發(fā)性或繼發(fā)于關(guān)節(jié)軟骨不對稱性磨損[18]，目前尚不明確，現(xiàn)對此進行討論。若骨性HKA角減小系繼發(fā)改變，則對應(yīng)的原發(fā)改變(軟骨不對稱磨損導(dǎo)致的關(guān)節(jié)間隙不對稱，內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙明顯小于外側(cè))應(yīng)更加明顯-即內(nèi)、外側(cè)關(guān)節(jié)間隙差距越大，骨性HKA角應(yīng)越小。但本研究中骨性HKA角與內(nèi)、外側(cè)關(guān)節(jié)間隙的差值、比值并無明顯相關(guān)(P>0.05)，提示骨性HKA角并非繼發(fā)于軟骨磨損。并且，如骨性HKA角系繼發(fā)性改變，則其應(yīng)當向著代償原發(fā)因素的方向變化，即：骨性HKA角為抵消軟骨磨損造成的內(nèi)翻畸形會向外翻方向改變，代償內(nèi)側(cè)間隙減??；反之，若外側(cè)間隙小于內(nèi)側(cè)間隙，骨性HKA角應(yīng)當向內(nèi)翻方向改變，代償外側(cè)間隙減小。但事實是患者膝關(guān)節(jié)為內(nèi)翻畸形，骨性HKA角亦為內(nèi)翻，且實際內(nèi)翻角度大于骨性HKA角，這也提示其改變獨立于關(guān)節(jié)軟骨磨損導(dǎo)致的關(guān)節(jié)間隙狹窄。綜合上述兩點，我們認為骨性HKA角的減小與脛骨平臺不均勻沉降有關(guān)，而非軟骨磨損導(dǎo)致。

本研究結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)炎患者骨性HKA角與患者年齡及患病時間均明顯相關(guān)(P<0.05)。膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎作為一種慢性退行性疾病，老年患者，尤其女性絕經(jīng)后骨量丟失加速[19]，骨質(zhì)疏松明顯，隨年齡及患病時間的增加，脛骨平臺內(nèi)側(cè)沉降值增大；同時由于關(guān)節(jié)軟骨不斷退變丟失，兩個獨立因素累加進而導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎患者年齡越大骨性HKA角越小，患病時間越長，骨性HKA角亦越小。關(guān)節(jié)炎患者骨性HKA角與VAS評分明顯相關(guān)，骨性HKA角越大，VAS評分越高，說明骨性HKA角作為獨立因素引起膝內(nèi)翻畸形，進而加重患者臨床癥狀，引起主觀疼痛，骨性HKA角改變越顯著，患者病程長、病情重。而骨性HKA角與患者BMI相關(guān)性則不明顯，引起上述現(xiàn)象的原因可能是由于患者間不同的營養(yǎng)狀況等因素致骨質(zhì)疏松程度不同有關(guān)。納入患者樣本量較小，建立的數(shù)學模型較簡單及理想化是本研究的不足之處。

綜上所述，膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者的下肢力線改變并不完全由軟骨磨損導(dǎo)致的關(guān)節(jié)間隙狹窄引起，其中存在骨性力線改變。骨性力線改變與關(guān)節(jié)軟骨厚度、VAS評分、病程、患者年齡等明顯相關(guān)；而與軟骨厚度差距，BMI、脛骨平臺橫徑等無關(guān)。