針刀治療膝骨關節炎力學信號傳導機制探討*

金曉飛，郭長青，劉福水

(1.北京中醫藥大學針灸推拿學院，北京 100029;2.山西中醫學院針灸推拿系，太原 030024;3.江西中醫學院，南昌 330004)

針刀治療膝骨關節炎力學信號傳導機制探討*

金曉飛1、2，郭長青1△，劉福水1、3

(1.北京中醫藥大學針灸推拿學院，北京 100029;2.山西中醫學院針灸推拿系，太原 030024;3.江西中醫學院，南昌 330004)

膝骨關節炎是臨床危害較大的疾病，針刀治療有一定優勢。本文從針刀療法力學平衡理論和經筋“束骨利關節”的作用入手，分析韌帶力學變化在膝骨關節炎中的重要作用;并從韌帶力學變化引起關節軟骨細胞力學信號傳導，最終調控細胞內部基因表達，一步步分析針刀治療膝骨關節炎的力學信號傳導機制，為針刀基礎研究、膝部經筋理論和膝骨關節炎提供理論依據。

針刀;膝骨關節炎;經筋;力學平衡;信號傳導

骨關節炎(osteoarthritis，OA)患者人數眾多，且不斷增加。有資料表明［1］，60歲以上的人群中患病率可達50%，75歲的人群則高達80%，該病的致殘率可高達53%。OA好發于負重大、活動多的關節，其中膝關節是最常被累及的，因此對膝骨關節炎(knee osteoarthritis，KOA)的研究就成為國內外相關學者的關注重點。臨床資料表明，應用針刀治療KOA有一定的優勢，但對其治療機理缺乏系統闡述。本文主要從中醫經筋理論出發，結合針刀醫學對KOA的認識，以韌帶力學為著眼點，探討經筋和韌帶力學的關系及力學信號傳導機制，為針刀治療KOA提供理論基礎。

1 針刀治療KOA優勢在于對力學平衡調整

針刀療法是在中醫理論指導下，借鑒外科手術原理，以針刀治療為主要治療手段的醫學新學科。針刀理論認為，關節周圍軟組織痙攣、攣縮長期得不到糾正，造成的膝關節力學平衡失調是KOA的根本病因。應用針刀在膝關節周圍軟組織局部病變處進行有針對性的剝離黏連，可以有效地恢復膝關節的力學平衡，同時還可使局部受壓的血管、神經末梢得以恢復，促進組織的修復。在前期臨床研究中發現，針刀和電針均可減輕KOA患者膝關節周圍的壓痛，但針刀的遠期療效優于電針［2］。實驗研究中也發現，在軟骨、外周血生化和中樞鎮痛物質等方面，針刀與電針相比并無優勢，但從不同治療時期的痛閾變化來看，針刀的痛閾提高幅度優于電針。因此可以認為，針刀除了針灸的鎮痛作用以外，還可以通過松解膝關節周圍韌帶、肌肉的痙攣，調節膝關節的力學平衡，從而解除疼痛的局部誘因，對疼痛起到進一步的抑制作用。

2 力學平衡理論是經筋理論的繼承和發揚

“膝為筋之府”，根據中醫骨傷科文獻提出的“骨正筋柔”、“筋骨并重”等概念，KOA的治療以筋骨兼治為基本原則，正所謂“病在筋，調之筋;病在骨，調之骨”(《素問·調經論》)。有學者認為，經筋是人體軟組織形態的高度概括，主要包含肌肉、肌腱、筋膜、韌帶、關節囊、滑膜等系統內容。肌肉收縮產生的力沿著經筋分布路線傳導，力通過筋作用于骨，經筋影響著力在關節轉輸的順暢與否［3、4］。急、慢性損傷性應力造成膝關節周圍軟組織即經筋損傷，引起勞損點黏連進而引發軟骨退變、關節囊肥厚、骨贅增生等病變，因“傷筋而損骨”，并形成二者之間的惡性循環，破壞了膝關節的力學平衡。也就是改變了經筋“束骨而利關節”的作用，使膝關節出現力學平衡失調，關節軟骨的形態功能發生退變，最終導致OA的發生。因此，膝部經筋的力學因素在KOA的發病中起著非常重要的作用。針刀就是在膝關節周圍病變軟組織局部進行治療，通過矯正“傷筋”而“正骨”。

3 韌帶力學變化在關節軟骨退變中起重要作用

在膝關節的運動過程中韌帶和肌肉主要承受張力，而韌帶作為力的承受和傳遞組織，其應力和應變的改變對膝關節的作用正日益受到廣大學者的關注。從針刀治療KOA的臨床研究來看，多選用韌帶周邊的壓痛點和條索狀物做為進針點，通過局部松解恢復關節力學平衡，所以韌帶在KOA的治療和發病中起著非常重要的作用。在韌帶損傷與KOA的關系中，Weiss JA、陳游、王健等［5～7］發現，韌帶斷裂后軟骨損傷發生率明顯增高，損傷程度隨病程延長而加重，而韌帶的修復可減緩軟骨的退變，并減少軟骨細胞的凋亡。Jung HJ［8］認為，韌帶是骨與骨之間傳遞力的軟組織，屬典型的黏彈性材料，具有拉伸和黏彈性的生物力學特性，該特性會受到關節制動的影響，而解除制動和運動鍛煉會逆轉這種不良影響。連志強等［9］用數學建模的方式對膝關節韌帶力學的相互關系作了研究，發現韌帶之間力學改變相互影響，提示應注重不同韌帶彼此的力學影響。KOA的發病與關節面的應力分布不均勻而過分集中有關。以髕骨關節生物力學關系紊亂為例，其主要表現為髕外側支持帶緊張攣縮或內側支持帶松弛所致的髕骨外傾、外移或半脫位，結構異常使得髕骨關節外側應力過度集中而發生軟骨磨損，內側由于缺乏應力刺激而出現軟骨退變，最終形成髕骨關節OA［10］。由此可知，膝部韌帶的力學變化在關節軟骨的退變中也起著十分重要的作用。通過對關節力學平衡的調整，力學信號在多種因素的共同作用下調控細胞內部基因表達，起到改善軟骨退化的作用。

4 外周力學改變通過力學信號傳導發揮治療作用

軟骨細胞對力學變化非常敏感，即使3Pa的力學刺激也能在30s～2min之內改變軟骨細胞的形狀和基因表達［11］。正常軟骨中基質含量高(約70%)、無血管和神經，這些生理特征決定了軟骨細胞與基質之間的作用在力學信號傳導過程中發揮至關重要的作用。目前國內外學者認為，力學信號傳導通路主要有 Ca2+通道、細胞因子、一氧化氮(NO)、整合素、絲裂霉素激活的蛋白激酶(MAPK)途徑等，其中整合素可能起著比較關鍵的作用。整合素是位于細胞膜的一族糖蛋白分子，包括α和β 2個亞單位，整合素不僅將細胞與細胞外基質、細胞與細胞連接起來，更重要的是在細胞內外的信號傳導中發揮重要作用［12、13］。在眾多介導軟骨細胞與細胞外基質黏附的分子中，整合素β1超家族成員的作用尤為突出，已發現多條力學信號傳導通路都與整合素 β1 相關［14、15］。Hu 等［16］利用一個三維磁力的扭曲裝置，將物理牽張力直接作用于內皮細胞的整合素β1，結果出現了有效的跨膜力傳遞，為外力跨膜傳遞的研究提供了一個簡單而有效的方法。細胞通過其表面的整合素受體即時響應機械應力，以張力整合的形式將響應的力信號有選擇地轉換到細胞和核內的不同部件上，實現力化學轉換［17、18］。整合素不僅可直接作用于細胞外基質蛋白，還能與細胞表面其他膜分子或細胞因子如 IL-1、IL-6、IL-4、TNF-α、TGF-β等受體協調調控力學信號傳導，將信號整合入細胞，調節細胞應答。其中IL-4又被稱為軟骨保護因子。在正常軟骨中軟骨細胞感受力學信號后是通過IL-4環路來抑制力學刺激下軟骨細胞膜的超極化作用，而促進聚集蛋白聚糖mRNA水平的上調，基質金屬蛋白酶3 mRNA(MMP-3mRNA)水平的下調［19、20］。同時 IL-4具有分泌作用，誘導細胞膜超極化，使軟骨蛋白聚糖含量增加，MMP-3含量降低。NO是一種多功能的生物信息分子，剪切力能夠誘使軟骨細胞釋放 NO，隨著剪切力的增加以及作用時間的延長，NO的量增加;當NO合成抑制劑存在的時候，不但軟骨細胞的NO釋放減少，應力刺激的反應性蛋白多糖的合成也同樣減少。MAPK是白介素受體后化學信號傳遞途徑中的重要組分。有研究表明，整合素及MAPK在力學信號及軟骨細胞傳遞的過程中也起到重要的作用［21］。可見，在力學信號的傳導中，整合素和各種細胞因子共同起著非常關鍵的作用。

綜上所述，關節力學平衡失調是KOA發病機制中的重要環節，而韌帶力學的異常改變有可能是關節力學平衡失調的原因或結果之一，因此對韌帶力學進行調節以改變關節力學平衡失調可能是干預KOA的有效途徑。針刀治療KOA恰恰在于對張力異常增高的膝關節韌帶進行松解。韌帶一旦得到松解，KOA發病機制的惡性循環就可以被打破，即通過疏筋利節，恢復了經筋“束骨利關節”的功能。同時，關節力學平衡的改善，通過軟骨細胞的力學信號傳導，調控細胞內基因表達，最終導致關節軟骨自身的修復。

［1］中華醫學會骨科學分會．骨關節炎診治指南［S］．7版．中國臨床醫生雜志，2008，36(1):28-30．

［2］郭長青，張秀芬，司 同，等．針刀松解法對膝骨關節炎關節周圍壓痛影響的效果評價［J］．成都中醫藥大學學報，2010，33(3):3-5．

［3］張 蓉，李 峰，王常海，等．經筋理論在膝關節骨性關節炎發病機制及治療中的作用［J］．中國康復醫學雜志，2007，22(7):644-646．

［4］王常海，李 峰．針刀“動態平衡”理論在膝骨性關節炎中的探討［J］．中華中醫藥學刊，2007，25(1):73-75．

［5］WeissJA， Maakestad BJ． Permeability ofhuman medial collateral ligament in compression transverse to the collagen fiber direction［J］．Journal of Biomechanics，2006，39(2):276-283．

［6］陳 游，馮顏杰，張春雷，等．兔膝關節內側副韌帶重度損傷后重建手術對關節軟骨保護作用的研究［J］．中國現代醫學雜志，2010，20(21):3226-3225．

［7］王 健，敖英芳．后交叉韌帶斷裂和重建對兔膝關節軟骨退變的影響［J］．中華外科雜志，2005，43(24):1598-1601．

［8］Jung HJ，Fisher MB，Woo SL．Role of biomechanics in the understanding of normal，injured，and healing ligaments and tendons［J］．Sports Med Arthrosc Rehabil Ther Technol，2009，1(1):9．

［9］連志強，周定國，張洪武．人體膝關節平地行走時的動力學模擬［J］．中國生物醫學工程學報，2008，27(1):56-60．

［10］史晨輝，王永明，董金波，等．髕股關節骨性關節炎的病因探討及關節鏡診治［J］．中國矯形外科雜志，2003，11(22):1577-1579．

［11］Spiteri CG，Young EW，Simmons CA，et al．Substrate architecture and fluid-induced shear stress during chondrocyte seeding:role of alpha5beta1 integrin［J］．Biomaterials，2008，29:2477-2489．

［12］Berman AE，Kozlova NI，Motozevich GE．Integrins:structure and signaling［J］．Biochemistry(Mosc)，2003，68(12):1284-1299．

［13］Millward-Sadler SJ， Salter DM． Integrin-dependent signal cascades in chondrocyte mechanotransduction［J］．Annals of Biomedical Engineering，2004，32(3):435-446．

［14］Loeser RF，Sadiev S，Tan L，et al．Integrin expression by primary and immortalized human chondrocytes:evidence of a differential role for alpha1beta1 and alpha2beta1 integrins in mediating chondrocyte adhesion to typeⅡ and Ⅵ collagen［J］．Osteoarthritis Cartilage，2000，8(2):96-105．

［15］Schwarz US， Erdmann T， Bischofs IB． Focal adhesions as mechanosensors:the two-spring model［J］．biosystems，2006，83(2-3):225-232．

［16］Hu S，Eberhard L，Chen J，et al．Mechanical anisotropy of adherent cells probed by a three-dimensional magnetic twisting device［J］．Am J Physiol Cell Physiol，2004，287(5):1184-1191．

［17］Donald E，Ingber．TensegrityⅠ．Cell structure and hierarchical systems biology［J］．Journal Cell Science，2003，116:1157-1173．

［18］Donald E， Ingber． Tensegrity Ⅱ．How structuralnetworks influence cellular information processing networks［J］．Journal Cell Science，2003，116:1397-1408．

［19］Milward Sadler SJ，Khan NS，Bracher MG，et al．Roles for the interleukin-4 receptor and associated JAK/STAT proteins in human articular chondrocyte mechanotranduction ［ J］．Osteoarthritis Cartilage，2006，14(10):991-1001．

［20］Jiang H，Harris MB．Rothman P．IL-4/IL-13 signaling beyond JAK/STAT［J］．J Allergy Clin Immunol，2000，105(6 Pt 1):1063-1070．

［21］徐 勇，蔣 青．關節軟骨細胞生物力學研究進展［J］．江蘇醫藥，2009，35(8):954-955．

Brief Talking about Mechanism of Mechanics'Signal Transduction of Knee Osteoarthritis Treated by Acupotome

JIN Xiao-fei1，2，GUO Chang-qing1，LIU Fu-shui1，3(1.Beijing University of Chinese Medicine，Acupuncture and Moxibustion School，Beijing100029，China;
2.Shanxi University of Traditional Chinese Medicine，Taiyuan，Shanxi，030024，China;3.Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanchang，Jiangxi，330004，China)

Acupotome can treat knee osteoarthritis(KOA)which have major hazard in clinical and superiors to other methods．This article analyzes the change of ligament's machanics in KOA according to equilibrium of mechanics and“shu bone and benefit to joint”of the twelve meridian sinews．This article also analyzes mechanism that the change of ligament's machanics cause mechanics'signal transduction and further control gene expression in chondrocyte．These analysis will offer one neoteric way for the basic researcher of acupotome，the twelve meridian sinews and the treatment of KOA．

acupotome;knee osteoarthritis;twelve meridian sinews;equilibrium of mechanics;signal transduction

R245．9+9

B

1006-3250(2011)12-1363-02

國家自然科學基金資助項目(81173333);北京中醫藥大學自主選題資助項目(2009JYBZZ-XS054)

2011-08-26

金曉飛(1974-)，男，山西夏縣人，講師，醫學碩士，在讀博士，從事針刀基礎與臨床研究。

△通訊作者:郭長青(1959-)，男，北京人，教授，醫學碩士，從事針刀基礎與臨床研究。