靳博 劉愛峰 張熙南 張聰聰 陳繼鑫 崔中賞

天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨傷科，國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心300381

0 引 言

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是一種以軟骨磨損為特點的退行性關(guān)節(jié)病[1]，在60 歲以上的成年人中，KOA 的患病率約為50%，其中男性約為10%，女性約為13%[2]，當(dāng)膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定、關(guān)節(jié)對位不良、軟骨缺陷、半月板和前交叉韌帶撕裂時可增加關(guān)節(jié)的機械壓力和接觸應(yīng)力[3]，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)發(fā)生KOA 的幾率和風(fēng)險性增高[4]。在膝關(guān)節(jié)發(fā)生KOA 時，病變幾乎可影響到關(guān)節(jié)內(nèi)及其周圍的所有組織，包括軟骨下骨血管結(jié)構(gòu)、半月板血供環(huán)境也可發(fā)生改變，可將其視為一種整體的疾病概念[5]，其與中醫(yī)學(xué)“骨正筋柔”理論的整體思想相類似。本文結(jié)合該理論來分析KOA 的病變特征。

1 “骨正筋柔”與KOA 的相關(guān)性

“骨正筋柔”理論起源于中醫(yī)學(xué)名著《黃帝內(nèi)經(jīng)》，隨著中醫(yī)學(xué)對膝骨關(guān)節(jié)炎的研究，該理論逐漸被用于指導(dǎo)治療膝關(guān)節(jié)疾病[6]，可用來描述膝關(guān)節(jié)所處的正常生理狀態(tài)。當(dāng)膝關(guān)節(jié)為“骨正”狀態(tài)時，其周圍氣血自然通暢流以滋養(yǎng)膝關(guān)節(jié)，表現(xiàn)為中醫(yī)所指的筋柔軟而不剛，諸“筋”等結(jié)構(gòu)功能正常使膝關(guān)節(jié)不易退變，即為筋柔則骨正[7]。

我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為“筋”是人體皮肉、筋膜、筋絡(luò)、筋腱及脈等組織,在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中類屬于肌肉、筋膜、韌帶、周圍神經(jīng)、血管、軟骨等結(jié)構(gòu)[8]?！敖睢钡淖饔脼椤笆抢麢C關(guān)”，連綴和約束關(guān)節(jié)，維持關(guān)節(jié)正常運動，經(jīng)筋匯聚于膝關(guān)節(jié)的周圍[9]，使膝關(guān)節(jié)股骨、脛骨和髕骨之間保持正常關(guān)系。膝關(guān)節(jié)中的“筋”如關(guān)節(jié)軟骨、半月板發(fā)揮其緩沖壓力的作用，交叉韌帶等結(jié)構(gòu)發(fā)揮限制和制導(dǎo)作用[10]；股四頭肌等結(jié)構(gòu)為膝關(guān)節(jié)提供動態(tài)穩(wěn)定性，可使膝關(guān)節(jié)運動靈活、屈伸流利、關(guān)節(jié)運動協(xié)調(diào)，整個膝關(guān)節(jié)處于“骨正筋柔”的狀態(tài)。若肝腎不足外邪侵襲至骨失其正，則筋失其柔，筋不能束骨[11]，膝關(guān)節(jié)則活動屈伸不利從而出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)疼痛、活動受限等KOA 的癥狀。

現(xiàn)代研究認(rèn)為，KOA 發(fā)生發(fā)展與患者年齡、膝關(guān)節(jié)力學(xué)改變等相關(guān)，隨著年齡的增長，股四頭肌肌力減弱，軟骨的彈性逐漸減少使得軟骨更脆弱和更易受損傷[12]。日?；顒又胁徽_的運動方式、先天性膝關(guān)節(jié)畸形、骨折及各種外力刺激等原因可使膝關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境改變[13]，當(dāng)下肢力軸向內(nèi)側(cè)偏移時，膝關(guān)節(jié)表現(xiàn)“骨不正”狀態(tài)，可使膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室負(fù)荷增大，軟骨所受應(yīng)力增高而加重軟骨的磨損，半月板、軟骨下骨血液流動環(huán)境改變至膝關(guān)節(jié)周圍氣血運行不暢，筋失于濡養(yǎng)使“筋不柔”，影響其正常生理功能從而加速了KOA 的發(fā)展。因此在治療KOA時應(yīng)將“骨不正”的狀態(tài)向骨正時調(diào)整，改善膝關(guān)節(jié)血液循環(huán)異常狀態(tài)使筋復(fù)其柔，從而達到膝關(guān)節(jié)“骨正筋柔”的狀態(tài)。

2 “筋失其柔”與KOA 的相關(guān)性

半月板、交叉韌帶、股四頭肌等結(jié)構(gòu)均屬于膝關(guān)節(jié)中的“筋”，當(dāng)半月板發(fā)生撕裂時其完整性遭到破壞導(dǎo)致“筋失其柔”，半月板不能發(fā)揮抵抗箍應(yīng)力的作用，使關(guān)節(jié)軟骨表面接觸壓力增加，可累及脛股關(guān)節(jié)發(fā)生骨關(guān)節(jié)炎[14]。當(dāng)膝關(guān)節(jié)所受外力超過肌肉與韌帶承受能力時肌肉、韌帶結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷，表現(xiàn)為“筋不柔”，損傷后的膝關(guān)節(jié)內(nèi)各間室載荷重新分配，關(guān)節(jié)表面所受應(yīng)力重新分布出現(xiàn)股脛、髕股關(guān)節(jié)面受力不均勻，且應(yīng)力增高造成關(guān)節(jié)失穩(wěn)，進一步加重膝關(guān)節(jié)其他結(jié)構(gòu)和功能的損傷[15]，使膝關(guān)節(jié)向“骨不正”方向發(fā)展，最終引起KOA 病變。有研究結(jié)果表明[16]，約50%前交叉韌帶（ACL）損傷患者會出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，繼發(fā)膝關(guān)節(jié)慢性疼痛及活動功能受限，導(dǎo)致生活質(zhì)量下降。后交叉韌帶（PCL）的斷裂將會引起膝關(guān)節(jié)的后向及旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)。其損傷后膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室及髕股關(guān)節(jié)出現(xiàn)軟骨退變最為明顯，膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率增高。有研究結(jié)果表明，具有膝關(guān)節(jié)疼痛的KOA 患者可因發(fā)生肌肉減少而使其跌倒風(fēng)險增加[17]。另有學(xué)者指出，在KOA發(fā)生前股四頭肌可因起源于關(guān)節(jié)的肌肉抑制而出現(xiàn)萎縮、肌力下降，從而減少肌肉對關(guān)節(jié)的保護作用，其緩沖及吸收震蕩的功能也隨之降低，在長期超負(fù)荷狀態(tài)下將發(fā)生膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)，最終導(dǎo)致KOA的形成[18]。由此可見，當(dāng)膝關(guān)節(jié)“筋不柔”時也可因力學(xué)載荷重新分配而發(fā)展為“骨不正”的膝關(guān)節(jié)病變。

3 膝關(guān)節(jié)“骨正”時“筋”的生物力學(xué)特征

正常情況下，膝關(guān)節(jié)力軸通過膝關(guān)節(jié)中心，股骨、脛骨形成股脛關(guān)節(jié),髕骨、股骨形成髕股關(guān)節(jié)解剖對位，可將其分為三個腔室[19]，膝關(guān)節(jié)處于“骨正”狀態(tài)，半月板、關(guān)節(jié)軟骨、肌肉及韌帶等結(jié)構(gòu)功能正常，處于“筋柔”狀態(tài)，各間室軟骨、半月板及韌帶組織所受應(yīng)力集中于某一區(qū)域，活動時各結(jié)構(gòu)承擔(dān)一定負(fù)荷維持膝關(guān)節(jié)正常運動，保護膝關(guān)節(jié)不易受損[20]。

在人體站立時膝關(guān)節(jié)承受負(fù)荷，股骨兩髁與脛骨平臺之間存在壓應(yīng)力，靜態(tài)下感受的應(yīng)力約為自身的0.43 倍[21]。當(dāng)受到壓力時，分布于股骨下端以及脛骨平臺的關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生稍許形變緩沖壓力，其光滑的表面及似半環(huán)形的形狀能夠使作用力分布均勻，擴大承受載荷的面積，保護關(guān)節(jié)軟骨不易發(fā)生創(chuàng)傷[22]。

膝關(guān)節(jié)“骨正”狀態(tài)下的半月板附著于脛骨平臺之上，位于股骨髁與脛骨平臺之間，分為內(nèi)側(cè)半月板跟外側(cè)半月板，能夠承擔(dān)膝關(guān)節(jié)全部載荷的40%～60%，其中膝內(nèi)側(cè)載荷的50%由內(nèi)側(cè)半月板承擔(dān)。膝關(guān)節(jié)負(fù)重時內(nèi)外側(cè)半月板承受力的區(qū)域約為70%[23]，可以很大程度地降低脛骨平臺感受的應(yīng)力,保護脛骨平臺表面軟骨不易受損。半月板可協(xié)調(diào)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生的屈伸動作，在膝關(guān)節(jié)運動時，半月板附著于脛骨隨之運動；當(dāng)發(fā)生屈伸時，由于其彈性模量的特殊性可以適應(yīng)屈伸過程中各種力的改變而產(chǎn)生變形以順應(yīng)膝關(guān)節(jié)的運動變化使膝關(guān)節(jié)保持正常的幾何形態(tài)，維持運動時的動作協(xié)調(diào)[24]。在此過程中，膝關(guān)節(jié)中的關(guān)節(jié)液由于半月板的作用均勻的分布于關(guān)節(jié)軟骨表面, 大大減小了膝關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)。在膝關(guān)節(jié)過度的屈彎曲或伸直時，半月板發(fā)揮緩沖力的作用，吸收向下傳遞的震蕩，巧妙地保護了股骨髁和脛骨平臺處的關(guān)節(jié)面[25]。由此可見，膝關(guān)節(jié)“骨正”時半月板的結(jié)構(gòu)完整，處于“筋柔”狀態(tài)，其對保護關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)功能以及協(xié)調(diào)膝關(guān)節(jié)運動起到了至關(guān)重要的作用[26]。膝關(guān)節(jié)“骨正”時，各韌帶結(jié)構(gòu)功能正常，發(fā)揮限制和制導(dǎo)作用，具有較強的抗拉能力和彈性，能夠很大程度地維持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，肌肉結(jié)構(gòu)可維持膝關(guān)節(jié)動態(tài)穩(wěn)定，限制膝關(guān)節(jié)做出一些過屈或過伸等過于危險的動作[27]。

4 KOA 中“筋”的應(yīng)力變化特征

發(fā)生KOA 時膝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布異常，當(dāng)力軸向內(nèi)側(cè)偏移時，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室應(yīng)力增高，關(guān)節(jié)軟骨、半月板表面應(yīng)力隨之改變導(dǎo)致其損傷風(fēng)險加重，最終出現(xiàn)軟骨與半月板的損傷，此結(jié)果為“骨失其正，筋失其柔”的表現(xiàn)。

Hume 等[28]通過收集膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者的膝關(guān)節(jié)影像學(xué)數(shù)據(jù)建立三維有限元模型模擬膝關(guān)節(jié)下蹲動作，通過收集得到膝關(guān)節(jié)軟骨表面的應(yīng)力數(shù)據(jù)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者下蹲過程中膝軟骨表面中間外側(cè)應(yīng)力高于正常人。有研究者通過收集CT 和MRI 影像數(shù)據(jù)融合構(gòu)建膝關(guān)節(jié)有限元解剖模型，施加載荷約2 倍體重的垂直軸向擠壓力作用于股骨上表面模擬膝關(guān)節(jié)伸直位狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)受力情況，得出半月板可傳導(dǎo)約75%的軸向載荷，內(nèi)側(cè)半月板傳導(dǎo)總載荷的44%，傳導(dǎo)部位主要集中于半月板后部和前中部的外側(cè)緣；外側(cè)半月板傳導(dǎo)總載荷的31%，主要集中于半月板的前后角。內(nèi)側(cè)間室應(yīng)力數(shù)值大于外側(cè)間室。內(nèi)側(cè)半月板應(yīng)力峰值出現(xiàn)在中后部及后部，外側(cè)半月板應(yīng)力峰值位于半月板前角及其前部，股骨軟骨應(yīng)力峰值出現(xiàn)于內(nèi)側(cè)髁軟骨及內(nèi)側(cè)髁[29]。陳彥飛等[30]通過收集1例志愿者膝關(guān)節(jié)CT 數(shù)據(jù)建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型模擬膝關(guān)節(jié)力軸向內(nèi)側(cè)偏移，分析結(jié)果得出：半月板的最大應(yīng)力集中于內(nèi)側(cè)半月板的中間位置。與正常情況下半月板的力學(xué)特性相比，在膝關(guān)節(jié)的力軸向內(nèi)側(cè)偏移時，內(nèi)外側(cè)半月板的應(yīng)力均有所增加，且內(nèi)側(cè)與外側(cè)的比值也變大，說明在力軸向內(nèi)側(cè)移位時半月板承受的壓力增加，尤其以內(nèi)側(cè)較為明顯。在膝關(guān)節(jié)力軸內(nèi)移時，股骨軟骨上最大應(yīng)力位于股骨軟骨的內(nèi)側(cè)。與正常情況相比，股骨軟骨的應(yīng)力增加，內(nèi)側(cè)增加的幅度更大。

這些有限元分析實驗說明，當(dāng)膝關(guān)節(jié)力軸偏移，“骨失其正”時，活動后膝關(guān)節(jié)應(yīng)力增加，各間室應(yīng)力改變，半月板、關(guān)節(jié)軟骨等結(jié)構(gòu)在應(yīng)力峰值集中的地方發(fā)生磨損出現(xiàn)損傷處于“筋不柔”的狀態(tài)，進一步影響和加重膝骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。

5 KOA 中“筋”的濡養(yǎng)變化特征

當(dāng)膝關(guān)節(jié)處于“骨正筋柔”的狀態(tài)時，膝關(guān)節(jié)氣血通暢，半月板周圍與軟骨下骨板中的微循環(huán)結(jié)構(gòu)功能正常，可為半月板及軟骨結(jié)構(gòu)提供濡養(yǎng)作用使其處于筋柔狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生KOA 時，膝關(guān)節(jié)應(yīng)力改變，對半月板及軟骨下骨的血液運行狀態(tài)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)氣血運行不暢，筋失所養(yǎng)。

在膝關(guān)節(jié)中，軟骨下骨是位于鈣化軟骨層和松質(zhì)骨之間的板層骨[31]。其中有通透的管道結(jié)構(gòu)，一些細(xì)小的動脈靜脈血管和竇狀小管在這些管道結(jié)構(gòu)中穿行，有終末血管可以直接接觸到深層軟骨連接髓腔和軟骨層，為軟骨提供約50%的糖和營養(yǎng)并將代謝產(chǎn)物運走形成良好的新陳代謝，為軟骨下骨和軟骨之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運起著重要作用[32]。

在KOA 發(fā)生發(fā)展中“骨失其正”，關(guān)節(jié)應(yīng)力增加導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的損傷和修復(fù)平衡被打破，軟骨及軟骨下骨的結(jié)構(gòu)損傷加重[33]，軟骨下骨中的細(xì)小血管受損，脈道改變，氣血運行不暢，出現(xiàn)血管出血、纖維蛋白滲出和纖維組織增生等變化，骨軟骨中促血管生成因子如血管內(nèi)皮細(xì)胞、生長因子（VEGF）等增加，使軟骨下骨中血管生成增多并侵入關(guān)節(jié)軟骨深層[34]。郭達等通過對20例膝內(nèi)翻患者行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，對術(shù)中切下的股骨、脛骨骨塊進行病理下觀察，觀測到軟骨下骨血管結(jié)構(gòu)異常，內(nèi)側(cè)軟骨下骨呈高灌注狀態(tài)，并通過相關(guān)性比較表明，高灌注狀態(tài)與軟骨下骨血管侵入數(shù)目相關(guān)[35]。說明膝內(nèi)翻患者膝關(guān)節(jié)“骨失其正”時軟骨下骨血液流動環(huán)境異常，膝關(guān)節(jié)氣血不暢，筋失所養(yǎng)，加重了膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。

膝內(nèi)外側(cè)動脈形成半月板周圍動脈叢，供應(yīng)半月板體部外側(cè)約10%～30%范圍，內(nèi)側(cè)其余部分無血液供應(yīng)，半月板的血液供應(yīng)部位主要為角部，前角與后角血液供應(yīng)可達40%～50%[36]，存在著豐富的血管，幾乎存在于角部的每一個區(qū)域，游離緣的區(qū)域也有終末毛細(xì)血管存在[37]。當(dāng)膝關(guān)節(jié)應(yīng)力增加時，半月板應(yīng)力主要集中在半月板的前后角及外側(cè)緣，這時半月板的血供周圍應(yīng)力增高影響血液的運行，氣血運行不暢，筋失所養(yǎng)，加速半月板的損傷。

6 結(jié) 語

KOA 的發(fā)生發(fā)展與膝關(guān)節(jié)所受應(yīng)力相關(guān)，結(jié)構(gòu)功能正常的膝關(guān)節(jié)處于“骨正筋柔”狀態(tài)，周圍氣血運行通暢，“筋”受濡養(yǎng)，發(fā)揮其各自作用，當(dāng)膝關(guān)節(jié)由于各種因素導(dǎo)致力軸向內(nèi)側(cè)偏移時，骨失其正，膝關(guān)節(jié)所受負(fù)荷異常分布，內(nèi)側(cè)負(fù)荷加重，半月板、關(guān)節(jié)軟骨、韌帶等結(jié)構(gòu)受力不均，所受應(yīng)力增加，應(yīng)力集中分布的地方容易出現(xiàn)磨損從而加速半月板、關(guān)節(jié)軟骨等結(jié)構(gòu)的損傷。另外，高應(yīng)力部位的血液運行紊亂，軟骨下骨血管結(jié)構(gòu)異常，處于高灌注狀態(tài)，半月板由于應(yīng)力的影響，其血供環(huán)境也發(fā)生改變，膝關(guān)節(jié)氣血運行不暢，“筋失所養(yǎng)”加重了KOA 的發(fā)展。本文由中醫(yī)學(xué)角度結(jié)合現(xiàn)代膝骨性關(guān)節(jié)炎生物力學(xué)特點對該過程的重要變化加以陳述，對發(fā)生KOA 后膝關(guān)節(jié)中的半月板、關(guān)節(jié)軟骨等結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化及膝關(guān)節(jié)中的血液運行變化加以概括，為膝關(guān)節(jié)保守治療思路提供一定的理論依據(jù)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突