淺談膝骨關節炎的生物力學分析

楊 靖

(天津體育學院 天津 300381)

淺談膝骨關節炎的生物力學分析

楊 靖

(天津體育學院 天津 300381)

膝骨關節炎是臨床上常見的退行性疾病，因其高發病率和致殘率給社會帶來沉重負擔。但對于膝骨關節炎的發病原因和機制，目前研究比較確切的是生物力學的改變對膝骨關節炎的影響。本文對膝關節炎進行綜述，探討膝骨關節炎患者的步態、肌力以及下肢力線的異常。

膝骨關節炎；生物力學；步態分析；肌力改變；下肢力線

膝骨關節炎多患于中老年人群，其癥狀多表現為膝蓋紅腫痛、上下樓梯痛、坐起立行時膝部酸痛不適等。也會有患者表現腫脹、彈響、積液等，如不及時治療，則會引起關節畸形、殘廢。在膝關節部位還常患有膝關節滑膜炎、韌帶損傷、半月板損傷、膝關節游離體、腘窩囊腫、髕骨軟化、鵝足滑囊炎、膝內翻/外翻等關節疾病。膝關節炎的發生一般由膝關節退行性病變、外傷、過度勞累等因素引起。另外，體重過重、不正確的走路姿勢、長時間下蹲、膝關節的受涼受寒也是導致膝關節炎的原因。在眾多因素中，生物力學因素對骨關節炎的影響比較明確且多為大家接受[1]。

一、步態分析

膝骨關節炎的疼痛和功能受限必然會對患者的運動功能產生影響，增加其跌倒風險，這嚴重降低了患者的生活質量。有研究表明不正確的走路姿勢，對下肢關節有一定的影響，尤其是膝關節[2]。因此步態分析對于膝關節骨性關節炎的研究分析提供了良好依據。殷可意等人經實驗發現膝骨關節炎患者步幅小于健康人，并且在支撐期觸地時刻、支撐中期和支撐末期，膝骨關節炎患者膝關節最大屈角顯著大于健康人；此外，膝骨關節炎受試者在足跟觸地階段，伸膝關節力矩明顯小于健康人[3]。梁雷超經研究發現KOA組與健康組中步長和步寬均不存在顯著差異，這說明兩組人群在以相近的速度行走時，步態模式一致，其較小的動態穩度說明OA組對重心進行調整使其保持在支撐面內的能力要差于健康組[4]。這說明膝骨關節炎患者在側向上對身體的控制能力較差，該方向上發生跌倒的風險較健康老人高。這提示老年膝骨關節炎患者在日常生活及運動當中更應該注意防止側向跌倒的發生。

二、肌力改變

膝骨關節炎臨床表現為膝關節疼痛、僵硬和肌肉功能障礙;股四頭肌肌力減弱是膝骨關節炎肌肉功能障礙的一個特征性表現[5]。董啟榮等經研究發現股四頭肌的萎縮尤其是股內側肌萎縮是造成或加重髕骨內外側拉力不平衡，導致髕骨關節生物力學紊亂的重要因素[6]。股內側肌明顯萎縮也是股四頭肌在伸膝時會產生肌群間收縮不協調的主要原因。如果肌肉收縮不協調,關節將可能超過其正常的移動極限,并且加大軟骨的負荷[7]，從而加速膝骨關節炎的發病和進程。由此可見，肌力的改變在KOA的進程中具有重要意義，肌力訓練是KOA患者康復的有效手段。已有研究表明，訓練股四頭肌及腘繩肌可有效地提高肌力和耐力、減輕疼痛，并能使患者室內行走、登樓梯、坐位立起3個項目的依賴程度、困難程度和疼痛程度明顯減輕，提高患者的行動能力[8]。

三、下肢力線異常

正常生理情況下，當人體站立位時，股骨頭的中心、膝關節的中心及踝關節的中心應處于同一條直線，此直線即為下肢的力學軸線或稱機械軸，且此時經膝關節平面的水平軸則應與地面相平行。從病理上來說，KOA的發生主要與膝關節的力線畸形有關。膝內翻：重力線至膝中心向內偏移0.5cm以上；膝外翻：重力線至膝中心向外偏移0.5cm以上。也就是說，如果重力線向內偏，則內側間室的壓力會增大；反之，則外側間室的壓力增大。有膝內翻力線異常的患者常有疾病進一步發展的危險[9]。褚立希等人經研究發現大部分膝骨關節炎患者內側關節間隙小于外側關節間隙,力學軸線相應地向內側偏移,這種軸線內側偏移引起內側關節面的損害較外側關節面損害為多,這也提示了膝骨關節炎的內側型多于外側型[10]。

內收力矩主要是由向內的重力反作用產生的，其大小受重力反作用力大小、重力反作用力與膝關節中心的力臂，以及下肢的重量和加速度的影響。在研究KOA時，一般用膝內收力矩來說明膝內外側間室的負重。張旻等經研究證明，與健康人相比，內側間室KOA患者的膝關節內收力矩明顯增高[11]。膝內收力矩是膝內側間室骨性關節炎發病進程中的一個重要指標之一，內收力矩的增大代表膝關節內側腱室壓力的增大，減小內收力矩可以降低關節間室壓力，所以想辦法減小膝內收力矩可以減緩膝骨關節炎的發病進程。

四、小結

在KOA的發病原因和機制中，生物力學的改變得到了研究者的廣泛認同。而且運用生物力學分析技術評價KOA治療和康復的療效，可提供客觀、準確的數據，這對于KOA的臨床診斷及研究具有重大意義。基于KOA生物力學方面的研究，未來可以從生物力學的角度來發掘有效安全的防治手段。雖然生物力學方面已經被應用于KOA的臨床康復中，但研究還不夠深入，在臨床應用中還存在諸多限制，所以未來生物力學在臨床的應用有望進一步發展。

[1]Block JA,Shakoor N.Lower limb osteoarthritis:biomechanical alterations and implications for therapy[J].Curr OpinRheumatol,2010,22(5):544-550.

[2]紀仲秋，李建設.運動生物力學[M].北京:高等教育出版社，2000:136-139.

[3]殷可意,劉宇,孫宇亮,莊薇.老年膝骨關節炎患者步態支撐期下肢生物力學研究[R].

[4]梁雷超,黃靈燕,伍勰,王勇,劉宇.膝骨關節炎對女性老年人步行動態穩定性的影響[J].體育科學，2016,36(3)：61-66.

[5]俞曉杰,吳毅,胡永善,等.膝關節骨關節炎患者等長、等速向心和等速離心測試的比較觀察[J].華物理醫學與康復雜志,2006,28(7):469-472.

[6]董啟榮，鄭祖根，龔建平.髕骨關節影響的臨床和實驗觀察[J].骨與關節損傷雜志，

2000,15(2):106-108.

[7]Shakespeare DT,Stokes M,Sherman KP,et al.Reflex inhibitionof the quadriceps after meniscectomy:lack of association with pain[J].Clin Physiol,1985,5(2):137-144.

[8]谷愛武,白玉龍,吳毅,等.等速離心肌力訓練治療膝關節骨關炎的研究[J].中國康復醫學雜志,1997,12(5):197-199.

[9]Tanamas S,Hanna FS,Cicuttini FM,et al.Does knee malalignment increase the risk of development and progression ofknee osteoarthritis？A systematic review[J].Arthritis Rheum,2009,61(4):459-467.

[10]褚立希,王鋒.膝骨關節炎X片生物力學及形態學測量分析[J].中西醫結合學報，2004,2(6):432-434.

[11]張旻,江瀾.內側間室膝骨性關節的下肢關節生物力學變化[J].中國康復,2011,26(1):36-39.

楊靖(1991.11-)，女，漢族，山東省濱州市沾化區，碩士，天津體育學院，研究方向:運動康復學。