基于生物力學(xué)理論探討膝骨關(guān)節(jié)炎的針灸治療機(jī)制*

羅喜喜，姚小強(qiáng)，李健健，呂 璐，胡春娥

（1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000）

膝骨關(guān)節(jié)炎（Knee osteoarthrifis,KOA）類屬中醫(yī)“痹證”，中老年人多見(jiàn)[1]。老年人正氣虧損，易受外邪襲擾，外邪阻于膝部，膝部經(jīng)絡(luò)不通，不通則痛?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，力學(xué)失衡是KOA發(fā)病的機(jī)制之一[2]。生物力學(xué)是研究生命體的現(xiàn)代科學(xué)，既可宏觀，又可微觀，局部生物力學(xué)狀態(tài)對(duì)局部組織具有重要影響，力學(xué)狀態(tài)異常必然會(huì)對(duì)局部組織產(chǎn)生一定影響，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的力學(xué)平衡可有效的延緩關(guān)節(jié)軟骨的破壞[3]。KOA的中醫(yī)治療機(jī)制尚未完全闡明，但達(dá)到力學(xué)平衡在其治療過(guò)程中具有重要意義，西醫(yī)治療以藥物與手術(shù)治療為主，藥物治療副反應(yīng)較多，軟骨保護(hù)劑尚未得到公認(rèn)，手術(shù)治療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)大，且遠(yuǎn)期療效不確定[2]。針灸治療KOA歷史悠久，效果明確。但其治療機(jī)制尚未闡述清楚，故本文基于生物力學(xué)角度解釋KOA的發(fā)病，及針灸療法干預(yù)生物力學(xué)平衡的機(jī)制方面進(jìn)行探討與總結(jié)。

1 KOA的發(fā)病與生物力學(xué)的關(guān)系

1.1 膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)特點(diǎn)

1.1.1 關(guān)節(jié)軟骨、半月板與生物力學(xué) 關(guān)節(jié)軟骨以軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)為主，無(wú)血管供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)，也無(wú)神經(jīng)支配，其只能與關(guān)節(jié)液進(jìn)行物質(zhì)交換，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)使得關(guān)節(jié)軟骨受到力學(xué)載荷，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)交換，關(guān)節(jié)軟骨富有彈性并且光滑，既能聯(lián)結(jié)關(guān)節(jié)，又能夠傳遞載荷、緩沖震蕩[4]。軟骨退變是造成KOA的主要原因。在軟骨退變過(guò)程中，軟骨組織的形態(tài)自我恢復(fù)能力以及承擔(dān)負(fù)荷的能力會(huì)降低，膠原纖維的定向角增大伴隨膠原含量降低，血液中血漿葡萄糖濃度含量也會(huì)降低。膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨的退變會(huì)使膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨和關(guān)節(jié)力學(xué)性能發(fā)生改變，這一改變會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生更嚴(yán)重的破壞，最終以軟骨層的破壞與軟骨下骨的暴露為結(jié)局[5]。許西凡等[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)的力學(xué)回彈性能不僅與載荷大小有關(guān)，而且與載荷持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，載荷越大、時(shí)間越長(zhǎng)，回彈性能越差。關(guān)節(jié)軟骨如果長(zhǎng)時(shí)間在不平衡的應(yīng)力狀態(tài)刺激下，力學(xué)信號(hào)便會(huì)轉(zhuǎn)為細(xì)胞生物學(xué)信號(hào)，改變局部組織代謝狀態(tài)，造成骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[7]。也有研究表明[8]，關(guān)節(jié)軟骨的某一部位承受高于正常水平應(yīng)力時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)軟骨磨損，而且會(huì)出現(xiàn)厚度不一，最終出現(xiàn)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降，應(yīng)力集中更加明顯，軟骨磨損更加嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，關(guān)節(jié)軟骨的破壞主要是應(yīng)力過(guò)大，載荷不均衡所致，長(zhǎng)期如此，便會(huì)發(fā)展為膝骨性關(guān)節(jié)炎。

半月板由膠原纖維（主要為圓周取向纖維與部分徑向纖維）、蛋白多糖與糖蛋白組成，各個(gè)方向的膠原纖維相互交連成網(wǎng)，使內(nèi)外側(cè)半月板得以作為一個(gè)獨(dú)立單元發(fā)揮作用[9]。主要功能為滿足膝關(guān)節(jié)承重及運(yùn)動(dòng)，其生物力學(xué)的各向異性和不均一性是滿足功能的基礎(chǔ)[10]。研究表明[11]半月板如果出現(xiàn)損傷，異常的生物應(yīng)力會(huì)使軟骨發(fā)生更加嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致炎性遞質(zhì)的釋放，進(jìn)一步加重骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展，形成惡性循環(huán)。關(guān)節(jié)軟骨及半月板的損傷，會(huì)使膝關(guān)節(jié)應(yīng)力狀態(tài)及內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)承載負(fù)荷失衡，加重或誘發(fā)KOA的發(fā)生發(fā)展。

1.1.2 韌帶、肌肉與生物力學(xué) 膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定對(duì)于膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病具有重要意義，其穩(wěn)定要依靠骨性構(gòu)造，還要依靠前后交叉韌帶、內(nèi)外側(cè)副韌帶的制約，以及肌肉組織的協(xié)調(diào)。在膝關(guān)節(jié)的力學(xué)平衡中，除了骨組織的作用，韌帶也很重要，韌帶既要承受力又要傳遞力[12]。膝關(guān)節(jié)周圍肌肉肌力及肌張力狀態(tài)也與KOA的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。劉靜等[13]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，成功復(fù)制KOA模型，主要是切斷關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶，模擬關(guān)節(jié)失穩(wěn)導(dǎo)致應(yīng)力失衡，并且通過(guò)各種具體指標(biāo)的檢測(cè)，得出機(jī)械應(yīng)力失衡是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的重要因素。也有研究表明[14]影響肌力的生物力學(xué)因素包括肌纖維的排列、肌肉長(zhǎng)度、肌肉收縮速度等。如果肌力減弱，必然會(huì)造成關(guān)節(jié)不穩(wěn)，肌力線失衡，加重關(guān)節(jié)磨損、破壞。我國(guó)人口老齡化嚴(yán)重，隨著年齡增加，肌肉萎縮，肌力下降，膝關(guān)節(jié)失穩(wěn)，關(guān)節(jié)軟骨遭到不同程度破壞，引發(fā)KOA[15]。綜上所述，韌帶及肌力的正常，可延緩KOA的發(fā)生發(fā)展。

1.2 不同載荷對(duì)膝關(guān)節(jié)及相關(guān)結(jié)構(gòu)的影響 不同體重的人，自身重力和地面的反作用力作用于膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷是不同的，體重適中的人，膝關(guān)節(jié)可以很好的適應(yīng)，而體重過(guò)重者與肥胖人群使膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面應(yīng)力增加，承受慢性過(guò)度負(fù)荷，造成KOA的發(fā)生與發(fā)展。有研究表明[16-17]，肥胖超重個(gè)體患KOA的風(fēng)險(xiǎn)是正常體重的兩倍，肥胖人群可進(jìn)一步增加這一風(fēng)險(xiǎn)。肥胖使機(jī)械負(fù)荷超過(guò)負(fù)重膝關(guān)節(jié)的生理能力，改變了局部代謝和體液的分布，導(dǎo)致脂肪細(xì)胞因子水平升高和相關(guān)促炎反應(yīng)，影響了正常的生物力學(xué)。Devyani Misra[18]等通過(guò)納入患有KOA風(fēng)險(xiǎn)的患者，使用二項(xiàng)回歸和方差分析，研究了身體成分與KOA發(fā)生的關(guān)系，得出KOA的發(fā)生與肥胖有關(guān)，并提出KOA的減肥策略應(yīng)側(cè)重于肥胖和肌肉減少性肥胖。徐榮等[19]認(rèn)為肥胖是誘發(fā)KOA的重要危險(xiǎn)因素，體重較重者較體重較輕者而言更容易患KOA。

1.3 下肢力線改變對(duì)生物力學(xué)的影響 下肢力線是由股骨頭、脛骨平臺(tái)、踝關(guān)節(jié)中心構(gòu)成的一條線，此線發(fā)生改變，會(huì)使膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)外側(cè)間室的負(fù)荷發(fā)生變化，從而加速KOA的發(fā)生發(fā)展。膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻會(huì)使膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力失衡，發(fā)展成KOA[20]。韓學(xué)全等[21]通過(guò)研究得出，被覆軟骨的退變和骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，多由于脛骨平臺(tái)軟骨下骨小梁的顯微結(jié)構(gòu)改變和骨重建活性降低進(jìn)而加重。由此可見(jiàn)，力線改變使下肢生物力學(xué)發(fā)生改變，加快關(guān)節(jié)軟骨的磨損與退變，形成膝骨性關(guān)節(jié)炎。

2 針灸療法治療機(jī)制

2.1 普通針刺 普通針刺具有舒筋通絡(luò)、調(diào)節(jié)陰陽(yáng)的作用，針刺局部穴位可有效緩解膝部疼痛及局部肌緊張，提高局部肌肉肌力水平，對(duì)局部生物力學(xué)起到一定的調(diào)整作用，有效延緩KOA的發(fā)生。曹永成等[22]認(rèn)為針刺能夠緩解肌痙攣以及深層小肌肉緊張，使患者膝關(guān)節(jié)處于一種微妙的力學(xué)平衡狀態(tài)，從而緩解KOA患者的疼痛不適。王玉滿等[23]納入78例老年KOA患者，隨機(jī)分為對(duì)照組（七步推拿法治療）與觀察組（對(duì)照組基礎(chǔ)上配合針刺），經(jīng)過(guò)為期4周的治療，觀察組生物力學(xué)參數(shù)改善明顯好于對(duì)照組，具有廣闊的應(yīng)用前景。寧凱等[24]將運(yùn)動(dòng)性膝關(guān)節(jié)損傷患者隨機(jī)分為對(duì)照組（康復(fù)訓(xùn)練）與觀察組（針刺配合康復(fù)訓(xùn)練），各組40例，經(jīng)4周治療后發(fā)現(xiàn)觀察組療效明顯優(yōu)于對(duì)照組，認(rèn)為針刺主要通過(guò)提高膝關(guān)節(jié)周圍肌肉肌力水平，改善其參與膝關(guān)節(jié)活動(dòng)的生物力學(xué)參數(shù)而發(fā)揮效應(yīng)。

綜上，普通針刺可以有效調(diào)節(jié)局部力學(xué)狀態(tài)，使之恢復(fù)新的平衡，對(duì)KOA起到治療作用，但是針刺以后對(duì)局部肌肉肌張力、肌力大小的影響沒(méi)有定量的研究，并且不同手法對(duì)局部肌力的影響是否一致，也需要進(jìn)一步研究。

2.2 推拿 推拿具有理筋整復(fù)的作用，通過(guò)按摩局部，可以調(diào)整膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)肌肉緊張度，影響膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)性能。李遠(yuǎn)棟等[25]通過(guò)探討并結(jié)合臨床觀察，得出手法治療早期KOA的的主要機(jī)理是通過(guò)手法放松，可以加快局部組織的血液循環(huán)，改善局部軟組織的張力，有利于局部組織力學(xué)的再平衡，進(jìn)而緩解KOA的臨床癥狀。丁旭童等[26]基于“脊－盆－膝”整體診療模式的推拿手法觀察對(duì)KOA患者關(guān)節(jié)僵硬程度的緩解，得出推拿手法可糾正下肢力線，減輕膝關(guān)節(jié)僵硬及疼痛程度，增加關(guān)節(jié)屈伸度。湯程等[27]認(rèn)為膝部動(dòng)力性、靜力性和腰膝穩(wěn)態(tài)能夠通過(guò)以推拿手法調(diào)節(jié)肌肉激活模式、恢復(fù)韌帶軟骨功能、治腰調(diào)膝從而達(dá)到治療KOA目的。推拿對(duì)KOA患者關(guān)節(jié)穩(wěn)定性作用的生物力學(xué)作用機(jī)制可能是增強(qiáng)其肌肉力量，糾正重力線及運(yùn)動(dòng)軌跡，改善其力學(xué)及形態(tài)學(xué)特性，從而改善膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)環(huán)境，提升了膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，但是對(duì)其生物力學(xué)的研究只是止步于理論層面，或者基于有限元分析，缺少高質(zhì)量的臨床研究支撐。

2.3 艾灸 艾灸具有活血通絡(luò)的作用，通過(guò)艾灸的溫?zé)峥梢允瓜ゲ康难h(huán)改善，間接影響局部的生物力學(xué)。華芳慧等[28]通過(guò)研究得出，艾灸可以改變關(guān)節(jié)軟骨的代謝，促進(jìn)局部炎癥物質(zhì)的吸收，改變軟骨細(xì)胞活性，從而改變局部的微環(huán)境，由此為膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)狀態(tài)的正常維持創(chuàng)造有利條件。李哲等[29]納入120例KOA患者，觀察組在對(duì)照組（超激光治療）基礎(chǔ)上配合膝三針、艾灸治療，治療后發(fā)現(xiàn)觀察組治療方法能夠改善患者膝關(guān)節(jié)屈伸角度、肌肉屈伸力矩參數(shù)，促進(jìn)下肢生物力學(xué)平衡功能的恢復(fù)。這也從一定角度說(shuō)明了艾灸對(duì)下肢生物力學(xué)的調(diào)整作用。

2.4 針刀 針刀既可以發(fā)揮針的作用，疏通經(jīng)絡(luò)，又可發(fā)揮刀的作用，松解局部粘連，繼而調(diào)整了膝部的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)KOA起到一定的治療效果。王彤等[30]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，針刀可以改變屈伸肌群肌力，使膝關(guān)節(jié)力學(xué)失衡狀態(tài)恢復(fù)，這可能是針刀治療KOA的機(jī)制之一。王麗娟[31]觀察針刀對(duì)KOA兔股四頭肌肌腱生物力學(xué)的影響，造模后KOA兔行為學(xué)、股四頭肌肌腱形態(tài)學(xué)及生物力學(xué)均出現(xiàn)了改變，而針刀干預(yù)后，行為學(xué)及形態(tài)學(xué)狀況得到改善，生物力學(xué)性能也整體呈恢復(fù)的趨勢(shì)，說(shuō)明針刀干預(yù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)股四頭肌肌腱生物力學(xué)性能達(dá)到治療KOA的目的。付昕怡等[32]認(rèn)為KOA可通過(guò)針刀松解骨骼肌粘連、瘢痕、攣縮，使得局部肌肉張力發(fā)生改變，改善局部血液循環(huán)和力學(xué)微環(huán)境而發(fā)揮治療作用。

綜上，針刀可改變局部的應(yīng)力狀態(tài)，一定程度上治療KOA，但是對(duì)于局部力學(xué)狀態(tài)改變的參數(shù)的檢測(cè)缺乏，臨床研究也較少，從力學(xué)改變的大小研究針刀的治療機(jī)制可能會(huì)是新的研究方向。

3 小結(jié)

中醫(yī)認(rèn)為KOA的治療，關(guān)鍵在于筋骨并重、陰陽(yáng)平衡，但缺乏現(xiàn)代科學(xué)依據(jù)。從生物力學(xué)理論出發(fā)，可以更清楚的認(rèn)識(shí)針灸等中醫(yī)特色療法的作用機(jī)制，首先，針灸療法可改變局部力學(xué)微環(huán)境，即針刺可改善局部微循環(huán)，提高肌力，改變力學(xué)狀態(tài)；推拿可改變膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)肌肉緊張度，使膝關(guān)節(jié)的力學(xué)狀態(tài)達(dá)到再平衡；艾灸可以使局部的代謝狀態(tài)改變，從而改善力學(xué)狀態(tài)；針刀通過(guò)松解粘連，改善局部應(yīng)力狀態(tài)，從而改變力學(xué)參數(shù)，其次，可改變關(guān)節(jié)負(fù)荷，肥胖會(huì)使機(jī)械負(fù)荷超過(guò)負(fù)重膝關(guān)節(jié)的生理能力，改變局部代謝和體液的分布，針刺通過(guò)減肥，會(huì)改變下肢關(guān)節(jié)負(fù)重，影響膝關(guān)節(jié)負(fù)荷，這些方法都可使力學(xué)狀態(tài)發(fā)生改變，下肢力學(xué)再平衡，從而延緩KOA的發(fā)生與發(fā)展。

但是目前這方面的研究還較少，并且不能全面給出合理的解釋，運(yùn)動(dòng)分析儀及表面肌電技術(shù)可以提供一定的信息，有限元分析及下肢生物力學(xué)參數(shù)測(cè)定也可以提供一定參考，但人體是一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不同肌肉產(chǎn)生力量的大小、以及產(chǎn)生的合力大小很難得到測(cè)量，并且在針刺、艾灸、推拿等中醫(yī)治療手段的治療過(guò)程中，對(duì)力的影響的檢測(cè)也存在一定困難，所以KOA的針灸治療機(jī)制，還需要進(jìn)一步的研究與探討。