基于生物力學理論探討膝骨關節炎的針灸治療機制*

羅喜喜，姚小強，李健健，呂 璐，胡春娥

（1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅中醫藥大學附屬醫院，甘肅 蘭州 730000）

膝骨關節炎（Knee osteoarthrifis,KOA）類屬中醫“痹證”，中老年人多見[1]。老年人正氣虧損，易受外邪襲擾，外邪阻于膝部，膝部經絡不通，不通則痛。現代研究認為，力學失衡是KOA發病的機制之一[2]。生物力學是研究生命體的現代科學，既可宏觀，又可微觀，局部生物力學狀態對局部組織具有重要影響，力學狀態異常必然會對局部組織產生一定影響，恢復膝關節的力學平衡可有效的延緩關節軟骨的破壞[3]。KOA的中醫治療機制尚未完全闡明，但達到力學平衡在其治療過程中具有重要意義，西醫治療以藥物與手術治療為主，藥物治療副反應較多，軟骨保護劑尚未得到公認，手術治療經濟負擔大，且遠期療效不確定[2]。針灸治療KOA歷史悠久，效果明確。但其治療機制尚未闡述清楚，故本文基于生物力學角度解釋KOA的發病，及針灸療法干預生物力學平衡的機制方面進行探討與總結。

1 KOA的發病與生物力學的關系

1.1 膝關節的結構及生物力學特點

1.1.1 關節軟骨、半月板與生物力學 關節軟骨以軟骨細胞和細胞外基質為主，無血管供應營養，也無神經支配，其只能與關節液進行物質交換，關節運動使得關節軟骨受到力學載荷，從而實現物質交換，關節軟骨富有彈性并且光滑，既能聯結關節，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。在軟骨退變過程中，軟骨組織的形態自我恢復能力以及承擔負荷的能力會降低，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降低。膝關節關節軟骨的退變會使膝關節關節軟骨和關節力學性能發生改變，這一改變會導致關節軟骨發生更嚴重的破壞，最終以軟骨層的破壞與軟骨下骨的暴露為結局[5]。許西凡等[6]通過實驗研究得出關節軟骨不同層區的力學回彈性能不僅與載荷大小有關，而且與載荷持續時間長短有關，載荷越大、時間越長，回彈性能越差。關節軟骨如果長時間在不平衡的應力狀態刺激下，力學信號便會轉為細胞生物學信號，改變局部組織代謝狀態，造成骨關節炎的發生[7]。也有研究表明[8]，關節軟骨的某一部位承受高于正常水平應力時，不僅會出現軟骨磨損，而且會出現厚度不一，最終出現關節穩定性下降，應力集中更加明顯，軟骨磨損更加嚴重。由此可見，關節軟骨的破壞主要是應力過大，載荷不均衡所致，長期如此，便會發展為膝骨性關節炎。

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，各個方向的膠原纖維相互交連成網，使內外側半月板得以作為一個獨立單元發揮作用[9]。主要功能為滿足膝關節承重及運動，其生物力學的各向異性和不均一性是滿足功能的基礎[10]。研究表明[11]半月板如果出現損傷，異常的生物應力會使軟骨發生更加嚴重的磨損，導致炎性遞質的釋放，進一步加重骨關節炎進展，形成惡性循環。關節軟骨及半月板的損傷，會使膝關節應力狀態及內外側關節承載負荷失衡，加重或誘發KOA的發生發展。

1.1.2 韌帶、肌肉與生物力學 膝關節的穩定對于膝骨關節炎的發病具有重要意義，其穩定要依靠骨性構造，還要依靠前后交叉韌帶、內外側副韌帶的制約，以及肌肉組織的協調。在膝關節的力學平衡中，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]。膝關節周圍肌肉肌力及肌張力狀態也與KOA的發生發展關系密切。劉靜等[13]通過實驗，成功復制KOA模型，主要是切斷關節內韌帶，模擬關節失穩導致應力失衡，并且通過各種具體指標的檢測，得出機械應力失衡是骨關節炎發生的重要因素。也有研究表明[14]影響肌力的生物力學因素包括肌纖維的排列、肌肉長度、肌肉收縮速度等。如果肌力減弱，必然會造成關節不穩，肌力線失衡，加重關節磨損、破壞。我國人口老齡化嚴重，隨著年齡增加，肌肉萎縮，肌力下降，膝關節失穩，關節軟骨遭到不同程度破壞，引發KOA[15]。綜上所述，韌帶及肌力的正常，可延緩KOA的發生發展。

1.2 不同載荷對膝關節及相關結構的影響 不同體重的人，自身重力和地面的反作用力作用于膝關節的負荷是不同的，體重適中的人，膝關節可以很好的適應，而體重過重者與肥胖人群使膝關節關節面應力增加，承受慢性過度負荷，造成KOA的發生與發展。有研究表明[16-17]，肥胖超重個體患KOA的風險是正常體重的兩倍，肥胖人群可進一步增加這一風險。肥胖使機械負荷超過負重膝關節的生理能力，改變了局部代謝和體液的分布，導致脂肪細胞因子水平升高和相關促炎反應，影響了正常的生物力學。Devyani Misra[18]等通過納入患有KOA風險的患者，使用二項回歸和方差分析，研究了身體成分與KOA發生的關系，得出KOA的發生與肥胖有關，并提出KOA的減肥策略應側重于肥胖和肌肉減少性肥胖。徐榮等[19]認為肥胖是誘發KOA的重要危險因素，體重較重者較體重較輕者而言更容易患KOA。

1.3 下肢力線改變對生物力學的影響 下肢力線是由股骨頭、脛骨平臺、踝關節中心構成的一條線，此線發生改變，會使膝關節內側外側間室的負荷發生變化，從而加速KOA的發生發展。膝關節內外翻會使膝關節內外側間室應力失衡，發展成KOA[20]。韓學全等[21]通過研究得出，被覆軟骨的退變和骨關節炎的發生，多由于脛骨平臺軟骨下骨小梁的顯微結構改變和骨重建活性降低進而加重。由此可見，力線改變使下肢生物力學發生改變，加快關節軟骨的磨損與退變，形成膝骨性關節炎。

2 針灸療法治療機制

2.1 普通針刺 普通針刺具有舒筋通絡、調節陰陽的作用，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，對局部生物力學起到一定的調整作用，有效延緩KOA的發生。曹永成等[22]認為針刺能夠緩解肌痙攣以及深層小肌肉緊張，使患者膝關節處于一種微妙的力學平衡狀態，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，隨機分為對照組（七步推拿法治療）與觀察組（對照組基礎上配合針刺），經過為期4周的治療，觀察組生物力學參數改善明顯好于對照組，具有廣闊的應用前景。寧凱等[24]將運動性膝關節損傷患者隨機分為對照組（康復訓練）與觀察組（針刺配合康復訓練），各組40例，經4周治療后發現觀察組療效明顯優于對照組，認為針刺主要通過提高膝關節周圍肌肉肌力水平，改善其參與膝關節活動的生物力學參數而發揮效應。

綜上，普通針刺可以有效調節局部力學狀態，使之恢復新的平衡，對KOA起到治療作用，但是針刺以后對局部肌肉肌張力、肌力大小的影響沒有定量的研究，并且不同手法對局部肌力的影響是否一致，也需要進一步研究。

2.2 推拿 推拿具有理筋整復的作用，通過按摩局部，可以調整膝關節內外側肌肉緊張度，影響膝關節的生物力學性能。李遠棟等[25]通過探討并結合臨床觀察，得出手法治療早期KOA的的主要機理是通過手法放松，可以加快局部組織的血液循環，改善局部軟組織的張力，有利于局部組織力學的再平衡，進而緩解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KOA患者關節僵硬程度的緩解，得出推拿手法可糾正下肢力線，減輕膝關節僵硬及疼痛程度，增加關節屈伸度。湯程等[27]認為膝部動力性、靜力性和腰膝穩態能夠通過以推拿手法調節肌肉激活模式、恢復韌帶軟骨功能、治腰調膝從而達到治療KOA目的。推拿對KOA患者關節穩定性作用的生物力學作用機制可能是增強其肌肉力量，糾正重力線及運動軌跡，改善其力學及形態學特性，從而改善膝關節生物力學環境，提升了膝關節穩定性，但是對其生物力學的研究只是止步于理論層面，或者基于有限元分析，缺少高質量的臨床研究支撐。

2.3 艾灸 艾灸具有活血通絡的作用，通過艾灸的溫熱可以使膝部的循環改善，間接影響局部的生物力學。華芳慧等[28]通過研究得出，艾灸可以改變關節軟骨的代謝，促進局部炎癥物質的吸收，改變軟骨細胞活性，從而改變局部的微環境，由此為膝關節的生物力學狀態的正常維持創造有利條件。李哲等[29]納入120例KOA患者，觀察組在對照組（超激光治療）基礎上配合膝三針、艾灸治療，治療后發現觀察組治療方法能夠改善患者膝關節屈伸角度、肌肉屈伸力矩參數，促進下肢生物力學平衡功能的恢復。這也從一定角度說明了艾灸對下肢生物力學的調整作用。

2.4 針刀 針刀既可以發揮針的作用，疏通經絡，又可發揮刀的作用，松解局部粘連，繼而調整了膝部的應力狀態，對KOA起到一定的治療效果。王彤等[30]通過研究發現，針刀可以改變屈伸肌群肌力，使膝關節力學失衡狀態恢復，這可能是針刀治療KOA的機制之一。王麗娟[31]觀察針刀對KOA兔股四頭肌肌腱生物力學的影響，造模后KOA兔行為學、股四頭肌肌腱形態學及生物力學均出現了改變，而針刀干預后，行為學及形態學狀況得到改善，生物力學性能也整體呈恢復的趨勢，說明針刀干預可以通過調節股四頭肌肌腱生物力學性能達到治療KOA的目的。付昕怡等[32]認為KOA可通過針刀松解骨骼肌粘連、瘢痕、攣縮，使得局部肌肉張力發生改變，改善局部血液循環和力學微環境而發揮治療作用。

綜上，針刀可改變局部的應力狀態，一定程度上治療KOA，但是對于局部力學狀態改變的參數的檢測缺乏，臨床研究也較少，從力學改變的大小研究針刀的治療機制可能會是新的研究方向。

3 小結

中醫認為KOA的治療，關鍵在于筋骨并重、陰陽平衡，但缺乏現代科學依據。從生物力學理論出發，可以更清楚的認識針灸等中醫特色療法的作用機制，首先，針灸療法可改變局部力學微環境，即針刺可改善局部微循環，提高肌力，改變力學狀態；推拿可改變膝關節內外側肌肉緊張度，使膝關節的力學狀態達到再平衡；艾灸可以使局部的代謝狀態改變，從而改善力學狀態；針刀通過松解粘連，改善局部應力狀態，從而改變力學參數，其次，可改變關節負荷，肥胖會使機械負荷超過負重膝關節的生理能力，改變局部代謝和體液的分布，針刺通過減肥，會改變下肢關節負重，影響膝關節負荷，這些方法都可使力學狀態發生改變，下肢力學再平衡，從而延緩KOA的發生與發展。

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，運動分析儀及表面肌電技術可以提供一定的信息，有限元分析及下肢生物力學參數測定也可以提供一定參考，但人體是一個復雜結構，不同肌肉產生力量的大小、以及產生的合力大小很難得到測量，并且在針刺、艾灸、推拿等中醫治療手段的治療過程中，對力的影響的檢測也存在一定困難，所以KOA的針灸治療機制，還需要進一步的研究與探討。