膝骨关节炎内翻畸形影响因素及治疗的研究进展

陈能++陈国材++刘文刚++赵传喜++姚楠++卢岩岩++许学猛

【摘 要】 从膝关节的解剖特点、内收力矩、骨质疏松与软骨下骨微骨折、肥胖或超重、分子水平变化等方面分析膝骨关节炎内翻畸形的影响因素，并对其治疗研究进展进行综述，为及早采取有效措施防治膝骨关节炎内翻畸形提供基础及临床研究依据。

【关键词】 骨关节炎，膝；内翻畸形；影响因素；骨质疏松；治疗；综述

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是全球范围内中老年人常见的慢性退行性膝关节病。我国进行过多项KOA流行病学调查，总体结果显示：各地区KOA的患病率不等，老年、女性、体质量、种族、外伤史、重体力劳动、遗传、居住环境等是KOA主要的危险因素[1]。随着KOA病情进展，患者往往会出现患膝关节间隙变窄，内翻或外翻畸形等，其中内翻畸形最为常见[2]，其发病率约为外翻畸形的10倍[3]。已有研究发现，KOA内翻畸形胫骨平台软骨和软骨下骨病理改变特点为：相比外侧平台，内侧平台软骨厚度明显更厚，而软骨下骨明显更薄但硬度降低[4]。KOA内翻畸形形成原因复杂，虽然目前已有许多关于其影响因素的文献报道，但尚未有研究对其进行综合分析。此外在治疗方面，当前治疗手段已较为成熟。本文就KOA内翻畸形影响因素及治疗研究进展综述如下。

1 KOA内翻畸形的影响因素

1.1 膝关节的解剖特点 膝关节由股骨下端和胫骨下端构成的内侧和外侧胫股关节，以及髌股关节组成。股骨下端分为内髁和外髁，内髁横径较外髁长，而纵径较外髁短；胫骨上端为胫骨平台，其关节面较平坦，略带后倾，这些骨骼的形状决定了膝关节的运动特点：膝关节屈伸时，股骨髁和胫骨髁大部分运动过程以滑动方式完成，在伸直最后20°时，则以滚动方式运动；但滚动幅度不一致，导致胫骨相对于股骨产生外旋。而伸直位开始屈曲时，最初20°胫骨相对于股骨产生部分内旋[5]，因此，在日常活动中内侧胫股关节滑动运动较外侧多。此外，胫骨两侧髁的曲面与相应的股骨髁不吻合，导致内侧和外侧胫股关节的载荷接触面及载荷大小存在差异：内侧胫股关节面的接触面较外侧大，胫股关节的最高压应力在内侧位于软骨面，而在外侧则位于半月板。一旦半月板损伤或去除，胫股关节载荷的差异则更加明显。研究表明，膝关节承受的重量为人体体质量的2～4倍，而内侧间室承担其中2/3的负重[6]。张启栋等[7]分析内翻畸形KOA关节软骨磨损病变特点，发现内侧间室胫股关节面的中间1/3最常累及，其次是前中部2/3关节面，分别占30.1%、28.8%，而外侧间室软骨磨损比例仅占16.4%。因此，膝关节的解剖结构决定了在长期的活动中，内侧胫股关节更容易发生磨损。

1.2 膝关节内收力矩 在早期研究中，Harrington等[8]通过三维運动捕捉系统发现，正常人在一个完整步态周期中足跟触地瞬间膝关节在冠状面上出现一个较小的外翻力矩，随后迅速转变为一个长时间大幅度的内收力矩（EKAM）。大量研究表明，EKAM是衡量内侧间室负荷集中的重要指标。Miyazaki等[9]研究发现，EKAM每增加1%，内侧间室KOA进展的风险增加6倍。张旻等[10]通过三维步态分析系统和测力板内侧间室观察KOA患者生物力学发现，与正常组比较，患病组在行走过程中EKAM明显增加，而通过佩带膝关节外翻支具后KOA患者在步行过程中EKAM明显减小，与此同时膝关节内翻角度明显减小，外翻角度明显增加[11]。这说明了EKAM与膝关节内翻畸形密切相关。

1.3 骨质疏松与软骨下骨微骨折 以往认为，软骨退变是导致KOA发生发展的主要病理因素，但越来越多的研究表明，软骨下骨的结构变化也影响骨关节炎（osteoarthritis，OA）的进展。尤其在KOA后期出现的关节变形，其病理在于软骨下骨代谢异常与微骨折，导致骨质结构进一步破坏[12]。也有研究表明，退行性关节病患者普遍伴随全身性骨质疏松症，而且KOA的严重程度与骨质疏松呈正相关[13]。因此，KOA后期出现的软骨下骨微骨折很可能与骨质疏松有关。朱二山[14]研究骨质疏松对膝关节内翻畸形性OA的影响，发现男性KOA患者骨密度较女性高，女性受试者的骨密度降低可能诱发胫骨平台近端骨小梁显微骨折，从而增加内侧胫骨平台关节软骨的压力，导致胫骨近端内翻畸形的发生；男性受试者主要表现为经关节间隙内翻畸形。张英泽等[15]在针对内侧间室KOA的致病机制研究中，首先提出了不均匀沉降理论，指出骨质疏松是KOA的始动因素，胫骨平台骨小梁变薄、数量减少，骨质难以承受巨大的压力发生微骨折，而外侧平台有腓骨支撑，导致平台内外侧沉降速率不一致，进而造成“膝关节内翻→内侧平台负荷增加→内侧平台沉降加剧→腓骨支撑进一步加剧内翻”的恶性循环。秦迪等[16]通过QCT测量KOA患者胫腓骨软骨下骨区域骨密度，结果显示，关节退变越严重，胫骨近端松质骨越疏松，且这一变化趋势在胫骨内髁表现尤为突出，这些改变加速了胫骨内髁的不均匀沉降，使膝关节内翻畸形进一步加剧。值得提出的是，由于绝经后雌激素水平变化，女性骨质疏松与KOA的发生率均较男性高，但目前尚未有研究证实女性KOA内翻畸形发生率较男性高。

1.4 肥胖或超重 肥胖是KOA的危险因素之一，以往认为肥胖对KOA的危害主要为体质量负荷的增加，但近年流行病学研究发现，肥胖者手和指间关节OA的患病率也相对较高，这可能与脂肪因子对关节微环境的影响有关，提示细胞因子是肥胖者KOA患病率较高的一个重要原因[17]。也有证据表明，肥胖与KOA内翻畸形的严重程度有关。王涛等[18]采用多变量逻辑回归分析下肢对线与KOA的发展与加重的关系，发现在超重或肥胖人群中，膝内翻的严重程度与KOA的形成和进展有明显的相关性。李琦等[19]通过病例对照研究发现，肥胖KOA患者在负重位时膝内翻角度增大，提示肥胖是导致下肢力线内翻角度增大的一个重要因素。但这些研究都从身体负重增加的角度探讨肥胖对KOA内翻畸形的影响，而关于肥胖因子对KOA内翻畸形影响作用的研究尚未有报道。

1.5 分子水平变化 目前，已证实有多种细胞因子参与到KOA发生发展过程中并起着重要作用，基质金属蛋白酶（MMPs）在KOA发生发展过程中呈高表达[20]；而MMPs的主要活性成分会降解细胞外基质中的各种基质蛋白，与软骨退变密切相关；炎性因子如白细胞介素（IL）-1、IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）等在KOA中表达水平也明显升高[21]。张启栋等[22]在研究内翻畸形KOA关节液CTX-Ⅱ、IL-6、MMP-13与内翻KOA外侧间室软骨退变的关系中发现，生化因素可能仅能使外侧间室软骨退变，但不是导致软骨磨损的主要因素。然而关于内翻畸形KOA膝关节内侧间室软骨或软骨下骨分子水平变化的研究，目前尚未有报道，这值得深入探讨。

2 KOA内翻畸形的治疗

虽然KOA内翻畸形影响因素复杂，且尚未十分明确；但目前针对不同程度内翻KOA已有多种有效的疗法，主要分为关节置换术、截骨术和力学矫正疗法。对于内翻KOA，总体治疗原则为恢复下肢正常力线。

2.1 关节置换术

2.1.1 全膝关节表面置换术（total knee arthroplasty，TKA） TKA是目前公认的治疗中重度KOA有效的手术疗法。TKA适应证广泛，适用于多种膝关节严重病变，或伴有反复发作的关节疼痛、肿胀、畸形和关节不稳，经保守治疗无效或效果不明显的患者。但随着手术方式的丰富以及对适应证要求的提高，TKA往往作为治疗KOA的终末手段，因此除了作为治疗严重KOA的初次手术方式，TKA还是膝关节二次手术的重要选择。清除病变组织，重建下肢力线，从而消除膝关节疼痛，纠正内外翻畸形，恢复关节活动功能是TKA治疗KOA的目的。截骨与软组织平衡是纠正下肢力线的关键步骤。苏伟平等[23-24]报道在TKA术中通过骨赘清理、缩小胫骨平台截骨、选择性的软组织松解等技术矫正中重度KOA内翻畸形（内翻 > 10°），均取得良好疗效。虽然TKA有良好的生存率，但并发症类型多，发生率不尽相同，且一旦发生多为灾难性的，应予以充分重视。熟练的手术技巧、高质量的围手术期管理和积极科学的功能锻炼是保证TKA疗效，降低并发症的关键。

2.1.2 单髁置换术（unicompartmental knee arthroplasty，UKA） UKA适用于单间室KOA，UKA经典纳入标准要求膝关节内翻畸形 < 10°[25]，而随着理念及技术的发展，UKA适应证越来越具体：患者年龄在60岁以上，体质量低于82 kg，活动量少，无静息痛，术前关节活动度在90°且屈曲挛缩 < 5°，成角畸形 < 15°且可被动纠正，疼痛位置与放射学证据相符[26]。而既往对于前交叉韧带（ACL）缺陷对UKA影响的争议，近期研究表明，若膝关节不存在前后方向不稳定，ACL缺陷不应作为固定平台UKA的禁忌证[27]。Kim等[28]通过2年随访观察UKA治疗单间室KOA的临床疗效，证实UKA在改善疼痛、KSS评分、活动功能方面均有满意疗效。与TKA比较，UKA临床疗效相当，并发症发生率更低，但生存率也相对较低。梁宁等[29]通过临床对照试验发现，对于单纯内侧胫股间室型KOA患者，UKA与TKA具有相似的修复效果，但UKA后5年假体在位率稍低。Arirachakaran等[30]通过Meta分析发现，与TKA比较，UKA 5年内并发症发生率更低，但翻修率更高。因此，在手术方式选择上，除了要考虑患者膝关节病变程度，还须充分考虑患者的身体情况。

2.2 截骨术

2.2.1 胫骨高位截骨术（high tibial osteotomy，HTO）

HTO适用于内侧间室KOA。于风天等[31]认为，其适应证为膝内侧疼痛，年龄相对较小（ < 65岁），BMI值 < 24 kg·m-2，膝关节活动度 > 90°，屈曲挛缩 < 15°，负重位X线片示膝关节内侧间隙狭窄≤ 3 mm，膝内翻畸形及病变局限在内侧间室，且内翻角度 < 20°，髌股关节及膝关节外侧间室正常，膝关节周围韧带稳定性良好者。闭合楔形截骨法（闭合楔）与开放楔形截骨法（开放楔）是胫骨高位截骨常见的两种术式。Agarwala等[32]研究表明，对比闭合楔，开放楔早期及随访当中HSS评分及关节互动度均明显更好。张纪等[33]研究证实，闭合楔与开放楔都能获得满意的临床效果。由于闭合楔可能减小胫骨平台后倾，而开放楔可能增加后倾，因此截骨方式应按照实际情况个体化地选择。HTO的原理是通过胫骨截骨减轻因内翻畸形导致的内侧间室高负荷，改善临床症状及延缓病程。由于HTO是通过膝关节外手术干预来纠正下肢力线，而对关节内未进行太多干预。如果膝关节内病变严重的患者采用HTO将可能无法解决疼痛及活动功能受限症状，因此术前按适应证严格筛选患者是获得良好手术疗效的关键。

2.2.2 腓骨截骨术 腓骨截骨术是基于不均匀沉降理论制订的治疗KOA内翻畸形的手术方法。通过腓骨近端截骨使腓骨对胫骨外侧平台的支撑在一定程度上减弱，使载荷外移，膝关节内侧关节面的应力值降低，从而阻断胫骨平台发生不均匀沉降的恶性循环[15]。然而运用腓骨截骨术治疗KOA尚处于初始阶段，手术适应证有待进一步完善，近期有研究认为，腓骨截骨术适用于膝關节软骨剥脱

Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期患者[34]。但目前已有不少报道证实，腓骨截骨术治疗内翻畸形KOA能在早期有效减轻疼痛，改善膝关节功能且未见明显并发

症[35]。腓骨截骨术治疗内翻畸形KOA的短期疗效与HTO相当，并具有创伤更小、恢复更快、花费更少的优点[36]。和HTO原理一样，腓骨截骨术并未对关节内进行太多干预，膝关节内病变严重的患者同样不适合采用腓骨截骨术治疗。

2.3 力学矫正疗法 KOA内翻畸形会使膝关节力学分布异常，并加重内翻，通过力学矫正疗法可有效纠正下肢关节力线，从根本上解决膝关节异常受力，在一定程度上改善内翻畸形，缓解膝关节疼痛。现有的力学矫正疗法主要有外侧楔形角矫形鞋垫、膝关节外翻矫形器、力学矫正鞋、肌力训练、步态矫正训练，但这些疗法均存在各自的短处，如外侧楔形角矫形鞋垫可能有部分患者在使用过程中会出现踝关节不适，关节矫形器和力学矫形鞋价格较为昂贵，肌力训练需要专业的仪器及设备才可达到最佳的训练效果，正确的步态矫正训练方法对于患者来说难以完全掌握，因此需要临床医生结合患者实际使用[37]。

3 小结与展望

KOA内翻畸形影响因素复杂，并且尚有待进一步研究补充，充分发掘认识这些因素将有助于防治KOA内翻畸形进展。在治疗方面，可根据不同类型及不同程度的内翻畸形，选择力学矫正、截骨术、关节置换术方法，根据各自的适应证严格筛选患者是提高治疗效果，降低手术并发症发生率，降低手术翻修率的关键。

4 参考文献

[1] 吕苏梅，张瑞丽.中老年膝骨关节炎的流行病学研究进展[J].中国老年学杂志，2016，36（16）：4133-4135.

[2] Cooke TD，Scudamore A，Greer W.Varus knee osteoarthritis：whence the varus？[J].J Rheumatol，2003，30（12）：2521-2523.

[3] Levinger P，Menz HB，Morrow AD，et al.Relationship between foot function and medial knee joint loading in people with medial compartment knee osteoarthritis[J].J Foot Ankle Res，2013，6（1）：33.

[4] 宋伟，杨柳，王富友.膝关节原发性骨关节炎软骨和软骨下骨病理改变的定量研究[J].中国修复重建外科杂志，2011，25（12）：1434-1439.

[5] 郑诚功，黄昌弘，魏鸿文，等.膝关节的生物力学性

能简介（上）[J].中华骨科杂志，2006，26（12）：

862-864.

[6] Iorio R，Healy WL.Unicompartmental arthritis of the

knee[J].J Bone Joint Surg Am，2003，85-A（7）：

1351-1364.

[7] 张启栋，郭万首，刘朝晖，等.内翻畸形膝骨关节炎软骨磨损的临床研究[J].中国矫形外科杂志，2013，21（23）：2345-2350.

[8] Harrington IJ.Static and dynamic loading patterns in knee joints with deformities[J].J Bone Joint Surg Am，1983，65（2）：247-259.

[9] Miyazaki T，Wada M，Kawahara H，et al.Dynamic load at baseline can predict radiographic disease progression in medial compartment knee osteoarthritis[J].Ann Rheum Dis，2002，61（7）：617-622.

[10] 張旻，江澜.内侧间室膝骨性关节的下肢关节生物力学变化[J].中国康复，2011，26（1）：36-38.

[11] 张旻，江澜.佩带膝外翻支具膝骨关节炎患者膝关节的生物力学变化[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（17）：3109-3112.

[12] 周嵘，钱齐荣.软骨下骨在骨关节炎发病中作用的研究进展[J].中国矫形外科杂志，2014，22（21）：1971-1973.

[13] 刘康妍，胡海澜，陈勇，等.股四头肌肌力及骨质疏松与膝骨关节炎的关系[J].中华关节外科杂志（电子版），2016，10（3）：271-276.

[14] 朱二山.骨质疏松对膝关节内翻畸形性骨关节炎的影响[D].苏州：苏州大学，2009.

[15] 张英泽，李存祥，李冀东，等.不均匀沉降在膝关节退变及内翻过程中机制的研究[J].河北医科大学学报，2014，35（2）：218-219.

[16] 秦迪，董天华，李升，等.QCT测量胫腓骨骨密度临床意义的研究[J].河北医科大学学报，2014，35（6）：722-724.

[17] Vuolteenaho K，Koskinen A，Moilanen E.Leptin-a link between obesity and osteoarthritis.applications for prevention and treatment[J].Basic Clin Pharmacol Toxicol，2014，114（1）：103-108.

[18] 王涛，王坤正，王磊，等.膝内翻外翻与膝骨性关节炎发生和发展的关系[J].广东医学，2010，31（8）：1038-1040.

[19] 李琦，段王平，曹晓明，等.膝骨关节炎患者体重指数与下肢力线关系的病例对照研究[J].中国骨伤，2011，24（11）：911-914.

[20] Wang W，Wang L，Xu Z，et al.Effects of estradiol on reduction of osteoarthritis in rabbits through effect on matrix metalloproteinase proteins[J].Iran J Basic Med Sci，2016，19（3）：310-315.

[21] 陈能，姚楠，许学猛，等.参麦注射液关节腔注射对兔膝骨关节炎IL-1β、IL-6、TNF-α表达的影响[J].广东药学院学报，2016，32（3）：339-343.

（下转第80页）

（上接第76页）

[22] 张启栋，俞庆声，程立明，等.生化因素在内翻膝骨关节炎患者外侧间室软骨磨损中的作用[J].中华医学杂志，2015，95（17）：1305-1309.

[23] 苏伟平，雷鹏飞，谢杰，等.全膝关节置换治疗中重度膝内翻畸形[J].中国矫形外科杂志，2015，23（21）：1928-1932.

[24] 苏伟平，谢杰，李明清，等.人工全膝关节置换术中应用缩小胫骨平台截骨技术矫正膝内翻畸形的疗效观察[J].中国修复重建外科杂志，2015，29（12）：1453-1456.

[25] Kozinn SC，Scott R.Unicondylar knee arthroplasty[J].J Bone Joint Surg Am，1989，71（1）：145-150.

[26] Saccomanni B.Unicompartmental knee arthroplasty：a review of literature[J].Clin Rheumatol，2010，29（4）：339-346.

[27] 彭松，王波，符培亮，等.前交叉韌带缺陷对单髁置换疗效影响的研究[J].中国骨与关节杂志，2016，5（6）：449-453.

[28] Kim KT，Lee S，Kim J，et al.Clinical Results of Lateral Unicompartmental Knee Arthroplasty：Minimum 2-Year Follow-up[J].Clin Orthop Surg，2016，8（4）：386-392.

[29] 梁宁，Samuel Yih Shyan Wong，Nick Clement，等.单髁与全膝关节置换治疗内侧间室膝骨关节炎：5年假体在位率比较[J].中国组织工程研究，2015，19（53）：8543-8548.

[30] Arirachakaran A，Choowit P，Putananon C，et al.Is unicompartmental knee arthroplasty（UKA）superior to total knee arthroplasty（TKA）？A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trial[J].Eur J Ortho Surg Traumatol，2015，25（5）：799-806.

[31] 于风天，魏杰，秦德安.胫骨高位截骨治疗内翻型膝关节骨关节炎的进展[J].实用骨科杂志，2015，21（6）：529-533.

[32] Agarwala S，Sobti A，Naik S，et al.Comparison of closing-wedge and opening-wedge high tibial osteotomies for medial compartment osteoarthritis of knee in Asian population：Mid-term follow-up[J].J Clin Orthop Trauma，2016，7（4）：272-275.

[33] 张纪，杜辉，黄野，等.胫骨高位截骨术：闭合与开放楔形截骨对比[J].临床军医杂志，2016，44（2）：128-132.

[34] 孙佳冰，付春江，邹吉龙，等.膝关节软骨剥脱分期对腓骨近端截骨治疗膝关节骨关节炎的指导意义[J].中华老年骨科与康复电子杂志，2016，2（1）：50-53.

[35] 刘寒江，裴孝鹏，白玉.腓骨近端截骨术治疗膝骨关节炎伴膝内翻畸形的短期疗效观察[J].风湿病与关节炎，2016，5（1）：35-36.

[36] 于风天，魏杰，王晓东.腓骨近端截骨术与胫骨高位截骨术治疗内翻型膝关节骨关节炎的疗效比较[J].中华老年骨科与康复电子杂志，2016，2（2）：97-102.

[37] 张旻，庞坚，陈博，等.力学矫正疗法治疗膝骨性关节炎的研究进展[J].中国康复，2016，31（4）：312-315.

收稿日期：2016-12-20；修回日期：2017-01-23