膝骨關節炎評分指數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

(河北中醫藥大學第一附屬醫院骨傷三科,河北 石家莊 050011)

膝骨關節炎(knee osteoarthritis,KOA)是一種退行性膝關節疾病,常引起膝關節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的發病率也在逐步上升,已成為世界范圍內的一個主要健康問題[4]。作為一種退行性疾病,KOA癥狀的出現與發展與多種因素密切相關,如年齡、區域、超重、性別以及運動損傷因素,如脊柱損傷、肌肉無力、關節松弛和骨骼創傷[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的力學聯系,拍攝腰椎聯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 西醫診斷標準 參照中華醫學會骨科學分會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,但未累及關節間隙;Ⅲ級:關節間隙中度狹窄;Ⅳ級:關節間隙明顯變窄,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)符合單側膝關節發病;(4)近2周內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、結核、創傷等造成膝關節結構改變者;(2)膝關節截骨術、置換術等術后患者。本研究通過河北中醫藥大學第一附屬醫院醫學倫理委員會審批(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月就診于河北中醫藥大學第一附屬醫院骨傷三科門診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。患病時間0.25～8年,平均(3.55±3.41)年。身體質量指數(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 腰椎聯合雙下肢全長正位負重位X線攝影方法:使用Optima XR646 HD數字化醫用X線攝影系統。檢查床調節至站立垂直位,站立支架板調節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;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,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,連續曝光計算機自動拼接生成腰椎聯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影智能DR下肢力線智能分析系統,由一名臨床醫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,所有數據均由同一名醫師和技師連續測量3次,取其平均值作為最后結果。

1.5 觀察指標 (1)LOD:L1椎體中點到骶骨中點鉛垂線的距離,理想狀態下為0。(2)WKOD:L1椎體中點向下做1條鉛垂線,雙膝關節股骨內側髁到鉛垂線的距離之差的絕對值,理想狀態下為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:股骨遠端關節線與脛骨平臺關節線的夾角。(6)西安大略和麥克馬斯特大學(the Western Ontario and McMaster universities,WOMAC)骨關節炎指數評分:共24個項目,單項計分0～4分,從疼痛、僵硬及關節功能狀況等幾個方面評估膝關節的結構和功能?？傇u分與KOA癥狀呈正相關[11]。

2 結 果

2.1 Pearson相關性分析結果 腰骶偏移方向與KOA疼痛側具有相關性,差異有統計學意義(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,差異均有統計學意義(P<0.05)。WOMAC僵硬評分與病程存在相關性,差異有統計學意義(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-下肢共同協調完成,其中任何一節段平衡失調,勢必會影響其他節段的代償性變化[12]。KOA作為一種慢性關節疾病,往往存在下肢力線的改變,從而影響下肢穩定,平衡性失調[13]。Obeid等[14]證明當下肢功能障礙時,膝關節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-脊柱綜合征的概念[15],進一步表明膝關節退行性改變與腰椎矢狀面平衡的密切關系。國內外相關學者[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時膝關節疼痛強度較單純KOA患者疼痛感更為劇烈,但其具體發生機制尚未明確。本研究結果顯示,腰椎側彎方向與膝關節疼痛嚴重側具有相關性,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代表腰椎側彎后對膝關節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]。當腰椎發生側彎時,腰椎椎體會出現旋轉、移位,軟組織會緊張和損傷,由于作用力點發生變化,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、膝關節甚至踝關節等[20]。人體為了維持平衡狀態,會產生避痛及代償機制,通過腰椎-骨盆中樞的傳導使下肢產生相應的力學改變,當下肢力學傳導失衡后,致使雙膝關節受力應點發生改變,多以膝關節屈曲表現最為明顯。當人體承受能力達到極限,代償機制潰散形成失代償狀態,則會加重膝關節形態學改變,出現內外翻畸形,從而引發膝關節疼痛的加重。Omori等[21]研究發現當腰椎間盤突出使L2～4神經受壓,而受其支配股四頭肌肌力下降,使膝關節不穩,會加速膝關節退變。Malahias等[22]研究證明LDD患者行腰椎融合術后會引發或加重膝關節癥狀,同時LDD是初次全膝關節置換術后2年內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的發生、發展具有一定的影響,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患者內翻畸形程度與膝關節疼痛、功能受限呈正相關。JLCA主要用于判斷膝關節間隙狹窄情況,KOA患者因長期膝關節受力不均,導致下肢負重線逐漸移向膝關節內側間室,引發JLCA異常[25-26],JLCA與WOMAC總評分、疼痛、功能評分存在相關性,表明膝關節間隙狹窄與膝關節疼痛、功能受限呈正相關。KOA患者關節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疼痛、功能活動均存在弱相關,而大多數學者所認為的關節間隙狹窄是導致膝關節疼痛及功能受限的主要因素,在此次研究中并非占據主導因素,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。