浅谈膝骨关节炎的生物力学分析

杨 靖

(天津体育学院 天津 300381)

浅谈膝骨关节炎的生物力学分析

杨 靖

(天津体育学院 天津 300381)

膝骨关节炎是临床上常见的退行性疾病，因其高发病率和致残率给社会带来沉重负担。但对于膝骨关节炎的发病原因和机制，目前研究比较确切的是生物力学的改变对膝骨关节炎的影响。本文对膝关节炎进行综述，探讨膝骨关节炎患者的步态、肌力以及下肢力线的异常。

膝骨关节炎；生物力学；步态分析；肌力改变；下肢力线

膝骨关节炎多患于中老年人群，其症状多表现为膝盖红肿痛、上下楼梯痛、坐起立行时膝部酸痛不适等。也会有患者表现肿胀、弹响、积液等，如不及时治疗，则会引起关节畸形、残废。在膝关节部位还常患有膝关节滑膜炎、韧带损伤、半月板损伤、膝关节游离体、腘窝囊肿、髌骨软化、鹅足滑囊炎、膝内翻/外翻等关节疾病。膝关节炎的发生一般由膝关节退行性病变、外伤、过度劳累等因素引起。另外，体重过重、不正确的走路姿势、长时间下蹲、膝关节的受凉受寒也是导致膝关节炎的原因。在众多因素中，生物力学因素对骨关节炎的影响比较明确且多为大家接受[1]。

一、步态分析

膝骨关节炎的疼痛和功能受限必然会对患者的运动功能产生影响，增加其跌倒风险，这严重降低了患者的生活质量。有研究表明不正确的走路姿势，对下肢关节有一定的影响，尤其是膝关节[2]。因此步态分析对于膝关节骨性关节炎的研究分析提供了良好依据。殷可意等人经实验发现膝骨关节炎患者步幅小于健康人，并且在支撑期触地时刻、支撑中期和支撑末期，膝骨关节炎患者膝关节最大屈角显著大于健康人；此外，膝骨关节炎受试者在足跟触地阶段，伸膝关节力矩明显小于健康人[3]。梁雷超经研究发现KOA组与健康组中步长和步宽均不存在显著差异，这说明两组人群在以相近的速度行走时，步态模式一致，其较小的动态稳度说明OA组对重心进行调整使其保持在支撑面内的能力要差于健康组[4]。这说明膝骨关节炎患者在侧向上对身体的控制能力较差，该方向上发生跌倒的风险较健康老人高。这提示老年膝骨关节炎患者在日常生活及运动当中更应该注意防止侧向跌倒的发生。

二、肌力改变

膝骨关节炎临床表现为膝关节疼痛、僵硬和肌肉功能障碍;股四头肌肌力减弱是膝骨关节炎肌肉功能障碍的一个特征性表现[5]。董启荣等经研究发现股四头肌的萎缩尤其是股内侧肌萎缩是造成或加重髌骨内外侧拉力不平衡，导致髌骨关节生物力学紊乱的重要因素[6]。股内侧肌明显萎缩也是股四头肌在伸膝时会产生肌群间收缩不协调的主要原因。如果肌肉收缩不协调,关节将可能超过其正常的移动极限,并且加大软骨的负荷[7]，从而加速膝骨关节炎的发病和进程。由此可见，肌力的改变在KOA的进程中具有重要意义，肌力训练是KOA患者康复的有效手段。已有研究表明，训练股四头肌及腘绳肌可有效地提高肌力和耐力、减轻疼痛，并能使患者室内行走、登楼梯、坐位立起3个项目的依赖程度、困难程度和疼痛程度明显减轻，提高患者的行动能力[8]。

三、下肢力线异常

正常生理情况下，当人体站立位时，股骨头的中心、膝关节的中心及踝关节的中心应处于同一条直线，此直线即为下肢的力学轴线或称机械轴，且此时经膝关节平面的水平轴则应与地面相平行。从病理上来说，KOA的发生主要与膝关节的力线畸形有关。膝内翻：重力线至膝中心向内偏移0.5cm以上；膝外翻：重力线至膝中心向外偏移0.5cm以上。也就是说，如果重力线向内偏，则内侧间室的压力会增大；反之，则外侧间室的压力增大。有膝内翻力线异常的患者常有疾病进一步发展的危险[9]。褚立希等人经研究发现大部分膝骨关节炎患者内侧关节间隙小于外侧关节间隙,力学轴线相应地向内侧偏移,这种轴线内侧偏移引起内侧关节面的损害较外侧关节面损害为多,这也提示了膝骨关节炎的内侧型多于外侧型[10]。

内收力矩主要是由向内的重力反作用产生的，其大小受重力反作用力大小、重力反作用力与膝关节中心的力臂，以及下肢的重量和加速度的影响。在研究KOA时，一般用膝内收力矩来说明膝内外侧间室的负重。张旻等经研究证明，与健康人相比，内侧间室KOA患者的膝关节内收力矩明显增高[11]。膝内收力矩是膝内侧间室骨性关节炎发病进程中的一个重要指标之一，内收力矩的增大代表膝关节内侧腱室压力的增大，减小内收力矩可以降低关节间室压力，所以想办法减小膝内收力矩可以减缓膝骨关节炎的发病进程。

四、小结

在KOA的发病原因和机制中，生物力学的改变得到了研究者的广泛认同。而且运用生物力学分析技术评价KOA治疗和康复的疗效，可提供客观、准确的数据，这对于KOA的临床诊断及研究具有重大意义。基于KOA生物力学方面的研究，未来可以从生物力学的角度来发掘有效安全的防治手段。虽然生物力学方面已经被应用于KOA的临床康复中，但研究还不够深入，在临床应用中还存在诸多限制，所以未来生物力学在临床的应用有望进一步发展。

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杨靖(1991.11-)，女，汉族，山东省滨州市沾化区，硕士，天津体育学院，研究方向:运动康复学。