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      膝骨關(guān)節(jié)炎患者膝內(nèi)收力矩特征變化臨床應用分析

      2021-06-15 02:57:06劉世忠劉皓月宋樂萬春曉
      風濕病與關(guān)節(jié)炎 2021年5期
      關(guān)鍵詞:膝骨關(guān)節(jié)炎疼痛

      劉世忠 劉皓月 宋樂 萬春曉

      【摘 要】 膝骨關(guān)節(jié)炎是臨床上常見的骨關(guān)節(jié)退行性疾病,因其病因尚不明確且受影響因素較多,目前尚無非常完善的分級標準及根治方法。在諸多影響因素中,肌骨力學變化影響為其主要因素,其中,較高的膝內(nèi)收力矩(KAM)是疾病進展的重要危險因素之一,然而其變化與臨床癥狀及運動功能變化是否具有一致性還需進一步研究。從膝內(nèi)收力矩發(fā)生變化的原因,不同影像學膝骨關(guān)節(jié)炎分級的膝內(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)炎臨床治療評估及力學輔具制作開發(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)也稱為膝關(guān)節(jié)退行性病變,是一種多因素導致的常見慢性骨關(guān)節(jié)疾病。目前,KOA的病因及發(fā)病機制尚不十分明確,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、站立等受到嚴重影響,大大降低了患者的生活質(zhì)量,由此導致的肥胖、心腦血管疾病進一步增加了其危害性[1,7]。因此,如何有效防治KOA是急需解決的問題。目前,臨床上診斷KOA主要依靠臨床癥狀及影像學檢查。其中影像學主要依據(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行診斷,常用標準大多采用Kellgren-Lawrence(K-L)方法進行分級[8]。但由于膝關(guān)節(jié)周圍非骨組織等其他因素對疼痛、步態(tài)的干擾,放射學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)量改變導致的下肢生物力學變化被認為是其主要影響因素[11]。因此,近年來越來越多的治療及評估更加注重KOA患者整個下肢力學的研究,其中膝內(nèi)收力矩(KAM)為常用參考指標[12]。然而,KAM變化與臨床癥狀及運動功能變化是否具有一致性目前尚無定論。鑒于此,本文通過分析KOA患者KAM發(fā)生變化的原因,不同影像學KOA分級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臨床治療評估指標提供參考。

      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,而生物力學的改變又會反過來影響KOA患者的影像學特征,這種相互影響關(guān)系促使KOA進程發(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)腔的負荷相關(guān)。較大的KAM會將較高的壓縮載荷集中在脛骨股內(nèi)側(cè)腔上,進而增加內(nèi)腔的負荷[3,15-17]。這就可以解釋,內(nèi)腔KOA患者由輕度(K-L 2級)發(fā)展至中度(K-L 3級)過程中,KAM越大,脛骨內(nèi)側(cè)軟骨缺損越嚴重[18]。KAM沖量與關(guān)節(jié)軟骨缺損的嚴重程度和患病率都有關(guān),而KAM峰值僅與關(guān)節(jié)軟骨缺損的嚴重程度有關(guān)[14]。KOA患者的KAM沖量與脛骨內(nèi)側(cè)平臺骨面積呈正相關(guān),KAM峰值則沒有發(fā)現(xiàn)這種相關(guān)性[19]。因此,KAM的峰值與沖量在評價特定骨形態(tài)變化時具有選擇性。另有研究指出,生物力學負荷以及炎癥影響的骨侵蝕被認為是KOA的根本因素[20],關(guān)節(jié)負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)腔負荷的替代量度[4,16]。由此可知,關(guān)節(jié)負荷與骨形態(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)負荷的發(fā)生頻率,也會改變關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨[21]。

      在步態(tài)的整個站立階段,脛股關(guān)節(jié)均處于接合狀態(tài)并承重,而髕股關(guān)節(jié)在行走過程中不承重,因而對于脛股關(guān)節(jié)軟骨缺損的患者來說,步行可能是一種更能引起KOA癥狀的活動,而對于髕股關(guān)節(jié)軟骨缺損的患者來說,爬樓梯或蹲下等活動更容易引起癥狀[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)腔負荷增加;膝外腔KOA患者可能會減少內(nèi)腔的負荷,更多的負荷分布在外腔中[18]。因此,臨床中也通常利用楔形墊、鞋墊、膝關(guān)節(jié)支具等糾正相應腔室的壓力負荷,進而達到改善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分級的KAM變化情況

      KAM在人體步態(tài)過程中具有相對固定的變化模式,KAM峰值和KAM沖量作為評價標準區(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KOA等級結(jié)合起來,具有輔助分類更為合理判斷分級的作用。

      在早站立期,任何K-L分級的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級組比無癥狀的K-L 2級組具有更多的內(nèi)翻畸形[25]。

      在中站立期,K-L 2級有癥狀組與K-L 2級、K-L 0~1級無癥狀組比較,KAM峰值和KAM沖量均更高。K-L 2級無癥狀組與K-L 0~1級無癥狀組比較,沒有KAM峰值或KAM沖量的差異[24-25]。

      在末站立期,中度(K-L 3級)KOA患者的KAM沖量大于輕度(K-L 2級)和無明確影像學疾?。↘-L 0~1級)的受試者,但KAM峰值比較,差異無統(tǒng)計學意義(P > 0.05);中度(K-L 3級)KOA患者的KAM峰值大于無明確影像學疾?。↘-L 0~1級)的受試者[10,24]。在中站立期和末站立期,第1個KAM峰值都高于正常水平,而第2個峰值僅在更嚴重的KOA患者中高于正常水平[17,26]。見表1。

      由表1可知,在任何步行階段,重度(K-L 4級)KOA患者的KAM峰值與沖量均大于其他K-L分級的患者,且在中站立期和末站立期,OA等級與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)和中度(K-L 3級)患者的KAM沖量與峰值均大于輕度(K-L 2級)的患者類似。

      對患者步態(tài)進行分析在康復醫(yī)學中有廣泛的應用,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中,膝關(guān)節(jié)的KAM峰值比步態(tài)周期中的峰值對變化更為敏感[27]。而表1可知,KAM沖量可能是基于K-L進行KOA研究比較敏感的步態(tài)參數(shù),當檢查KOA個體的步態(tài)模式時,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)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)力矩的貢獻較高,而膝關(guān)節(jié)力矩的貢獻較低[28]。雖然KAM的峰值與沖量并未能完全代表以K-L分級為代表的放射學KOA嚴重程度,但如表1所示,KAM與K-L分級變化的高度一致性仍在較大層面上體現(xiàn)了放射學KOA的相關(guān)特征,這為分析KOA放射學變化與其他功能變化及臨床癥狀評估提供了一個有效的中間紐帶,且在一定程度上比單純的放射學KOA分級更加具有研究價值和評估意義。

      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影響以KAM為代表的下肢生物力學結(jié)構(gòu),進而造成關(guān)節(jié)負荷分布以及骨形態(tài)的變化,導致局部損傷刺激,從而出現(xiàn)疼痛炎癥。疼痛又可能會降低大腿肌肉的力量,疼痛較嚴重的參與者表現(xiàn)出較低的伸肌和屈肌力量,對腿部力矩也有很大的影響[29]。在疼痛過程中,KAM的2個峰值都明顯降低,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)負荷的患者,不太容易出現(xiàn)運動引起的疼痛。同樣的,有研究表明,接受6個月步態(tài)再訓練的患者與對照組相比,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姿勢中可以更穩(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)負荷的機制[32]。

      不同K-L等級患者的KAM相關(guān)參數(shù)與疼痛的關(guān)系不同。輕度KOA(K-L 2級)患者的任何KAM相關(guān)參數(shù)與疼痛或身體機能之間均未觀察到顯著相關(guān)性,但在中度(K-L 3級)患者中發(fā)現(xiàn)較高的KAM沖量會導致疼痛加劇,而KAM峰值與疼痛或功能之間未有顯著相關(guān)性。對于嚴重疾?。↘-L 4級),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KOA嚴重程度。注射緩解疼痛的藥物后,雖然膝關(guān)節(jié)活動度沒有明顯變化,但KAM顯著增加,步態(tài)趨于正常,由此可以看出,疼痛可通過對KAM的影響進而改變對患者步態(tài)的影響。但是,注射緩解疼痛的藥物對患者進行上下樓梯活動的疼痛程度沒有較明顯的作用[33]。

      針對KOA患者步態(tài)訓練及單純疼痛緩解相關(guān)研究表明,連續(xù)步行導致疼痛顯著增加,而間歇性步行條件下的疼痛變化很小。超過30 min的步行運動鍛煉可能會導致不良的關(guān)節(jié)負荷并增加疼痛,而多次練習代替連續(xù)一次練習相同的運動量可能對限制膝關(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)負荷增加可能會導致軟骨退變[23,33]。由此可知,通過單純止痛(止痛藥物注射)的方式對KOA進行防治,雖疼痛有所緩解,但并不會改善KAM甚至會導致其進一步增大。因此,在緩解KOA疼痛的同時,需進一步改善以KAM為代表的下肢生物力學改變狀況,才能在既緩解疼痛癥狀的同時又能減緩KOA軟骨退變,進而從根本上防止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,一類是疼痛通過刺激相關(guān)肌肉,抵消高內(nèi)腔負荷,促使KAM降低,可認為是人體對高內(nèi)腔負荷影響相關(guān)骨結(jié)構(gòu)的保護機制;另一類是通過外部措施或步態(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)負荷的積累也會致使關(guān)節(jié)軟骨損傷,從而加劇疼痛,推測這個通路在較低K-L等級的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等級的KOA患者中起主要作用,K-L等級越高,KAM相關(guān)參數(shù)的解釋力越小。

      4 臨床應用意義

      相關(guān)研究表明,放射學分類具有局限性,無法找到放射學變化與自我報告功能之間的關(guān)系,無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)與放射學變化之間可能存在更強的關(guān)系[35]。沒有顯著相關(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,當前普遍認為,KOA的嚴重程度及臨床治療效果評估,不能單純依賴影像學標準判斷,更多需要結(jié)合肌肉變化模式及疼痛改善情況加以評估和判斷[36]。KAM作為反映膝關(guān)節(jié)負荷變化的參數(shù),既能有效結(jié)合下肢影像學變化情況,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將單純影像學評估、下肢運動功能及疼痛變化有機結(jié)合,能較好地評估KOA患者下肢變化情況,且指出了其中的相關(guān)關(guān)系,可供臨床更好地評估應用。但由于KAM對肌肉活動產(chǎn)生的關(guān)節(jié)負荷影響反應較弱,因此,可能低估了KOA患者的實際負荷[15]。在后期臨床應用過程中,可進一步借助表面肌電、步態(tài)分析、超聲、磁共振等相關(guān)技術(shù),準確評估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的評估及治療提供更科學全面的依據(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)科大學總醫(yī)院,天津 300052;2.天津大學精密測試技術(shù)及儀器國家重點實驗室,天津 300072

      通信作者:萬春曉 天津市和平區(qū)鞍山道154號,wcx2226@163.com,(022)60817328

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      被慢性疼痛折磨的你,還要“忍”多久
      疼在疼痛之外
      特別健康(2018年2期)2018-06-29 06:13:40
      疼痛也是病 有痛不能忍
      海峽姐妹(2017年11期)2018-01-30 08:57:43
      活血通絡法治療膝骨關(guān)節(jié)炎的研究概況
      膝骨關(guān)節(jié)炎局部辨證體系的初步研究
      康復護理干預在膝骨關(guān)節(jié)炎患者行膝關(guān)節(jié)功能鍛煉期間的應用
      臭氧水灌洗聯(lián)合玻璃酸鈉治療膝骨關(guān)節(jié)炎療效觀察
      探討骨通貼膏配合運動療法治療膝骨關(guān)節(jié)炎的臨床療效及安全性
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