膝骨關節(jié)炎評分指數(shù)與冠狀位生物力學的相關性研究

陳連偉,李嘯,尹世林,孫志鵬,田鑫宇,杜雙慶

(河北中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院骨傷三科,河北 石家莊 050011)

膝骨關節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)是一種退行性膝關節(jié)疾病,常引起膝關節(jié)的慢性疼痛腫脹和活動受限等癥狀,嚴重的KOA患者可導致殘疾[1-2]。KOA患病率具有顯著的性別差異,女性(10.30%)明顯高于男性(5.70%)[3]。由于年齡的增長,KOA的發(fā)病率也在逐步上升,已成為世界范圍內(nèi)的一個主要健康問題[4]。作為一種退行性疾病,KOA癥狀的出現(xiàn)與發(fā)展與多種因素密切相關,如年齡、區(qū)域、超重、性別以及運動損傷因素,如脊柱損傷、肌肉無力、關節(jié)松弛和骨骼創(chuàng)傷[5]。相關報道表明[6-7],腰椎退行性疾病(lumbar degenerative disease,LDD)和KOA之間具有一定相關性,但既往研究多側(cè)重于腰膝矢狀位影像學觀察,冠狀位力學因素對KOA的影響尚未完全明確且缺乏大量臨床研究報道證實,因此筆者團隊為進一步研究冠狀位LDD與KOA的力學聯(lián)系,拍攝腰椎聯(lián)合雙下肢全長正位負重位X線片,從冠狀位角度全面分析及明確KOA的疼痛、僵硬、功能受限與腰椎重心的偏移及下肢力線角度的相關性,以期為基礎和臨床研究提供新思路。

1 資料與方法

1.1 診斷標準

1.1.1 西醫(yī)診斷標準 參照中華醫(yī)學會骨科學分會2018年制定的KOA診斷標準[8]。

1.1.2 影像學診斷標準 參照Kellgren-Lawrence(K-L)影像分級法[9],0級:正常;Ⅰ級:輕微骨贅;Ⅱ級:明顯骨贅,但未累及關節(jié)間隙;Ⅲ級:關節(jié)間隙中度狹窄;Ⅳ級:關節(jié)間隙明顯變窄,軟骨下骨硬化。

1.2 納入排除標準 納入標準:(1)符合上述診斷標準;(2)年齡≥50歲;(3)符合單側(cè)膝關節(jié)發(fā)病;(4)近2周內(nèi)未接受其他藥物或外治療法;(5)可理解并獨立完成本研究所選取的評定量表內(nèi)容;(6)患者具有良好依從性,自愿參與本研究并簽署知情同意書。排除標準:(1)化膿性感染、腫瘤、結(jié)核、創(chuàng)傷等造成膝關節(jié)結(jié)構(gòu)改變者;(2)膝關節(jié)截骨術(shù)、置換術(shù)等術(shù)后患者。本研究通過河北中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審批(HBZY2022-KY-068-01)。所有患者自愿并簽署知情同意書。

1.3 一般資料 共納入2022年10月至2023年5月就診于河北中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院骨傷三科門診267例KOA患者。其中男49例,女218例;年齡50～83歲,平均(61.55±8.72)歲?；疾r間0.25～8年,平均(3.55±3.41)年。身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)18.83～33.69 kg/m2,平均(25.50±3.28)kg/m2。腰椎骨密度-2.30～2.40 g/cm2,平均(-1.27±1.25)g/cm2。腰骶偏移距離(lumbosacral offset distance,LOD)0～34.80 mm,平均(7.18±5.19)mm。腰膝偏移距離(waist and knee offset distance,WKOD)0～97.70 mm,平均(19.50±17.30)mm。機械軸偏移距離(mechanical axis deviation,MAD)-21～57 mm,平均(10.50±13.90)mm。髖膝踝角(hip knee ankle,HKA)161.80 °～179.40 °,平均(176.30±4.42)°。關節(jié)線相交角(joint line convergence angle,JLCA)0 °～12.40 °,平均(2.65±1.77)°。K-L分級Ⅱ級104例,Ⅲ級118例,Ⅳ級45例。腰骶左偏移120例,占44.94%;腰骶右偏移114例,占42.70%;腰骶無偏移33例,占12.36%。HKA分型:內(nèi)翻型126例,外翻型17例,中立型124例。

1.4 研究方法

1.4.1 攝影方法 腰椎聯(lián)合雙下肢全長正位負重位X線攝影方法:使用Optima XR646 HD數(shù)字化醫(yī)用X線攝影系統(tǒng)。檢查床調(diào)節(jié)至站立垂直位,站立支架板調(diào)節(jié)至可移動位置最高檔(距地面約35 cm),球管焦點與探測器距離100 cm,曝光范圍:上緣包括L1椎體,下緣包括踝關節(jié);患者背靠攝影床站立,面朝球管正身直立,將雙手置于支架兩側(cè),雙足并攏,髕骨及足尖朝正前方,雙下肢伸直、后緣緊貼攝影床。使用全景攝影方式,球管自動從上至下曝光,同時探測器隨球管從上至下移動,連續(xù)曝光計算機自動拼接生成腰椎聯(lián)合雙下肢全長負重位X線片圖像。相比較自然體位下拍攝,此固定體位能夠為后期研究減少測量誤差,有利于比較治療前后下肢力線角度的變化(見圖1)。

圖1 下肢力線角度及腰椎生物力學參數(shù)圖解

1.4.2 測量方法 所有圖像利用MI platform軟件自帶標尺和角度測量工具及聯(lián)影智能DR下肢力線智能分析系統(tǒng),由一名臨床醫(yī)師和影像科技師按照固定解剖定位標準進行測量,為減少測量誤差,所有數(shù)據(jù)均由同一名醫(yī)師和技師連續(xù)測量3次,取其平均值作為最后結(jié)果。

1.5 觀察指標 (1)LOD:L1椎體中點到骶骨中點鉛垂線的距離,理想狀態(tài)下為0。(2)WKOD:L1椎體中點向下做1條鉛垂線,雙膝關節(jié)股骨內(nèi)側(cè)髁到鉛垂線的距離之差的絕對值,理想狀態(tài)下為0。(3)HKA:股骨頭中心點和股骨髁頂點中點的連線與股骨髁間窩頂點中點和距骨中心點的連線所形成的夾角。(4)MAD:HKA與脛骨髁間嵴的中點之間的距離。(5)JLCA:股骨遠端關節(jié)線與脛骨平臺關節(jié)線的夾角。(6)西安大略和麥克馬斯特大學(the Western Ontario and McMaster universities,WOMAC)骨關節(jié)炎指數(shù)評分:共24個項目,單項計分0～4分,從疼痛、僵硬及關節(jié)功能狀況等幾個方面評估膝關節(jié)的結(jié)構(gòu)和功能。總評分與KOA癥狀呈正相關[11]。

2 結(jié) 果

2.1 Pearson相關性分析結(jié)果 腰骶偏移方向與KOA疼痛側(cè)具有相關性,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05,r=0.569,見表1)。

表1 腰骶偏移方向與KOA疼痛側(cè)之間的相關性

2.2. WOMAC評分與LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程的相關性檢驗結(jié)果 WOMAC總評分、疼痛評分、功能評分與LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程均存在相關性,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。WOMAC僵硬評分與病程存在相關性,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05,見表2)。

表2 WOMAC評分與LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程的相關性

3 討 論

人體平衡由脊柱-骨盆-下肢共同協(xié)調(diào)完成,其中任何一節(jié)段平衡失調(diào),勢必會影響其他節(jié)段的代償性變化[12]。KOA作為一種慢性關節(jié)疾病,往往存在下肢力線的改變,從而影響下肢穩(wěn)定,平衡性失調(diào)[13]。Obeid等[14]證明當下肢功能障礙時,膝關節(jié)屈曲會導致腰椎前凸角代償性減小,從而影響脊柱-骨盆矢狀面平衡。膝關節(jié)-脊柱綜合征的概念[15],進一步表明膝關節(jié)退行性改變與腰椎矢狀面平衡的密切關系。國內(nèi)外相關學者[16-18]認為KOA與LDD存在密切相關性,且具有較高的共存患病率(57.40%),且當這兩種疾病合并出現(xiàn)時膝關節(jié)疼痛強度較單純KOA患者疼痛感更為劇烈,但其具體發(fā)生機制尚未明確。本研究結(jié)果顯示,腰椎側(cè)彎方向與膝關節(jié)疼痛嚴重側(cè)具有相關性,LOD、WKOD與WOMAC總評分、疼痛、功能評分均具有相關性。LOD代表腰椎側(cè)彎的嚴重程度,同時也說明腰椎冠狀位重心的偏移,WKOD代表腰椎側(cè)彎后對膝關節(jié)畸形所造成的嚴重程度。從綜合角度分析,腰椎-骨盆是連接人體軀干和下肢的中心樞紐,腰椎的穩(wěn)定性使機體功能保持正常的同時也與下肢之間力量傳遞相關[19]。當腰椎發(fā)生側(cè)彎時,腰椎椎體會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、移位,軟組織會緊張和損傷,由于作用力點發(fā)生變化,人體冠狀位重心也勢必會偏離前正中線,導致力的不正常傳導,向下則會影響髖關節(jié)、膝關節(jié)甚至踝關節(jié)等[20]。人體為了維持平衡狀態(tài),會產(chǎn)生避痛及代償機制,通過腰椎-骨盆中樞的傳導使下肢產(chǎn)生相應的力學改變,當下肢力學傳導失衡后,致使雙膝關節(jié)受力應點發(fā)生改變,多以膝關節(jié)屈曲表現(xiàn)最為明顯。當人體承受能力達到極限,代償機制潰散形成失代償狀態(tài),則會加重膝關節(jié)形態(tài)學改變,出現(xiàn)內(nèi)外翻畸形,從而引發(fā)膝關節(jié)疼痛的加重。Omori等[21]研究發(fā)現(xiàn)當腰椎間盤突出使L2～4神經(jīng)受壓,而受其支配股四頭肌肌力下降,使膝關節(jié)不穩(wěn),會加速膝關節(jié)退變。Malahias等[22]研究證明LDD患者行腰椎融合術(shù)后會引發(fā)或加重膝關節(jié)癥狀,同時LDD是初次全膝關節(jié)置換術(shù)后2年內(nèi)翻修的重要危險因素。上述研究及LOD、WKOD與WOMAC總評分、疼痛、功能評分存在中度相關,這也客觀說明腰椎重心的偏移以致力的不正常傳導對KOA的發(fā)生、發(fā)展具有一定的影響,所以在臨床診治KOA時要著重關注腰椎節(jié)段的變化。

下肢力線角度中,HKA、MAD主要用于判斷下肢力線對齊情況,作為衡量下肢的重要標志,與KOA的嚴重程度及分類分型相關[23-24]。本研究中,HKA、MAD與WOMAC總評分、疼痛、功能評分存在相關性,表明KOA患者內(nèi)翻畸形程度與膝關節(jié)疼痛、功能受限呈正相關。JLCA主要用于判斷膝關節(jié)間隙狹窄情況,KOA患者因長期膝關節(jié)受力不均,導致下肢負重線逐漸移向膝關節(jié)內(nèi)側(cè)間室,引發(fā)JLCA異常[25-26],JLCA與WOMAC總評分、疼痛、功能評分存在相關性,表明膝關節(jié)間隙狹窄與膝關節(jié)疼痛、功能受限呈正相關。KOA患者關節(jié)僵硬程度與腰椎重心的偏移及下肢力線各角度無明顯相關性,與KOA患者病程有相關性。上述下肢力線角度與膝關節(jié)疼痛、功能活動均存在弱相關,而大多數(shù)學者所認為的關節(jié)間隙狹窄是導致膝關節(jié)疼痛及功能受限的主要因素,在此次研究中并非占據(jù)主導因素,這是臨床診治KOA時值得深思的一個問題。

綜上所述,KOA與LDD的相互關系是具有較大臨床意義的研究方向,腰椎冠狀位重心的偏移是臨床診治KOA時不容忽視的一個關鍵因素。因此,此次研究也指導臨床醫(yī)生在診治KOA時切勿僅著眼于局部,應從機體整體平衡考慮,為KOA的防治提供了一種新思路、新方法。