基于“骨正筋柔”理论探讨膝关节骨性关节炎的发病特征

靳博 刘爱峰 张熙南 张聪聪 陈继鑫 崔中赏

天津中医药大学第一附属医院骨伤科，国家中医针灸临床医学研究中心300381

0 引 言

膝关节骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是一种以软骨磨损为特点的退行性关节病[1]，在60 岁以上的成年人中，KOA 的患病率约为50%，其中男性约为10%，女性约为13%[2]，当膝关节不稳定、关节对位不良、软骨缺陷、半月板和前交叉韧带撕裂时可增加关节的机械压力和接触应力[3]，导致膝关节发生KOA 的几率和风险性增高[4]。在膝关节发生KOA 时，病变几乎可影响到关节内及其周围的所有组织，包括软骨下骨血管结构、半月板血供环境也可发生改变，可将其视为一种整体的疾病概念[5]，其与中医学“骨正筋柔”理论的整体思想相类似。本文结合该理论来分析KOA 的病变特征。

1 “骨正筋柔”与KOA 的相关性

“骨正筋柔”理论起源于中医学名著《黄帝内经》，随着中医学对膝骨关节炎的研究，该理论逐渐被用于指导治疗膝关节疾病[6]，可用来描述膝关节所处的正常生理状态。当膝关节为“骨正”状态时，其周围气血自然通畅流以滋养膝关节，表现为中医所指的筋柔软而不刚，诸“筋”等结构功能正常使膝关节不易退变，即为筋柔则骨正[7]。

我国传统医学认为“筋”是人体皮肉、筋膜、筋络、筋腱及脉等组织,在现代医学中类属于肌肉、筋膜、韧带、周围神经、血管、软骨等结构[8]。“筋”的作用为“束骨利机关”，连缀和约束关节，维持关节正常运动，经筋汇聚于膝关节的周围[9]，使膝关节股骨、胫骨和髌骨之间保持正常关系。膝关节中的“筋”如关节软骨、半月板发挥其缓冲压力的作用，交叉韧带等结构发挥限制和制导作用[10]；股四头肌等结构为膝关节提供动态稳定性，可使膝关节运动灵活、屈伸流利、关节运动协调，整个膝关节处于“骨正筋柔”的状态。若肝肾不足外邪侵袭至骨失其正，则筋失其柔，筋不能束骨[11]，膝关节则活动屈伸不利从而出现膝关节疼痛、活动受限等KOA 的症状。

现代研究认为，KOA 发生发展与患者年龄、膝关节力学改变等相关，随着年龄的增长，股四头肌肌力减弱，软骨的弹性逐渐减少使得软骨更脆弱和更易受损伤[12]。日常活动中不正确的运动方式、先天性膝关节畸形、骨折及各种外力刺激等原因可使膝关节力学环境改变[13]，当下肢力轴向内侧偏移时，膝关节表现“骨不正”状态，可使膝关节内侧间室负荷增大，软骨所受应力增高而加重软骨的磨损，半月板、软骨下骨血液流动环境改变至膝关节周围气血运行不畅，筋失于濡养使“筋不柔”，影响其正常生理功能从而加速了KOA 的发展。因此在治疗KOA时应将“骨不正”的状态向骨正时调整，改善膝关节血液循环异常状态使筋复其柔，从而达到膝关节“骨正筋柔”的状态。

2 “筋失其柔”与KOA 的相关性

半月板、交叉韧带、股四头肌等结构均属于膝关节中的“筋”，当半月板发生撕裂时其完整性遭到破坏导致“筋失其柔”，半月板不能发挥抵抗箍应力的作用，使关节软骨表面接触压力增加，可累及胫股关节发生骨关节炎[14]。当膝关节所受外力超过肌肉与韧带承受能力时肌肉、韧带结构发生损伤，表现为“筋不柔”，损伤后的膝关节内各间室载荷重新分配，关节表面所受应力重新分布出现股胫、髌股关节面受力不均匀，且应力增高造成关节失稳，进一步加重膝关节其他结构和功能的损伤[15]，使膝关节向“骨不正”方向发展，最终引起KOA 病变。有研究结果表明[16]，约50%前交叉韧带（ACL）损伤患者会出现膝关节骨性关节炎，继发膝关节慢性疼痛及活动功能受限，导致生活质量下降。后交叉韧带（PCL）的断裂将会引起膝关节的后向及旋转不稳。其损伤后膝关节内侧间室及髌股关节出现软骨退变最为明显，膝关节骨关节炎的发病率增高。有研究结果表明，具有膝关节疼痛的KOA 患者可因发生肌肉减少而使其跌倒风险增加[17]。另有学者指出，在KOA发生前股四头肌可因起源于关节的肌肉抑制而出现萎缩、肌力下降，从而减少肌肉对关节的保护作用，其缓冲及吸收震荡的功能也随之降低，在长期超负荷状态下将发生膝关节不稳，最终导致KOA的形成[18]。由此可见，当膝关节“筋不柔”时也可因力学载荷重新分配而发展为“骨不正”的膝关节病变。

3 膝关节“骨正”时“筋”的生物力学特征

正常情况下，膝关节力轴通过膝关节中心，股骨、胫骨形成股胫关节,髌骨、股骨形成髌股关节解剖对位，可将其分为三个腔室[19]，膝关节处于“骨正”状态，半月板、关节软骨、肌肉及韧带等结构功能正常，处于“筋柔”状态，各间室软骨、半月板及韧带组织所受应力集中于某一区域，活动时各结构承担一定负荷维持膝关节正常运动，保护膝关节不易受损[20]。

在人体站立时膝关节承受负荷，股骨两髁与胫骨平台之间存在压应力，静态下感受的应力约为自身的0.43 倍[21]。当受到压力时，分布于股骨下端以及胫骨平台的关节软骨发生稍许形变缓冲压力，其光滑的表面及似半环形的形状能够使作用力分布均匀，扩大承受载荷的面积，保护关节软骨不易发生创伤[22]。

膝关节“骨正”状态下的半月板附着于胫骨平台之上，位于股骨髁与胫骨平台之间，分为内侧半月板跟外侧半月板，能够承担膝关节全部载荷的40%～60%，其中膝内侧载荷的50%由内侧半月板承担。膝关节负重时内外侧半月板承受力的区域约为70%[23]，可以很大程度地降低胫骨平台感受的应力,保护胫骨平台表面软骨不易受损。半月板可协调膝关节产生的屈伸动作，在膝关节运动时，半月板附着于胫骨随之运动；当发生屈伸时，由于其弹性模量的特殊性可以适应屈伸过程中各种力的改变而产生变形以顺应膝关节的运动变化使膝关节保持正常的几何形态，维持运动时的动作协调[24]。在此过程中，膝关节中的关节液由于半月板的作用均匀的分布于关节软骨表面, 大大减小了膝关节的摩擦系数。在膝关节过度的屈弯曲或伸直时，半月板发挥缓冲力的作用，吸收向下传递的震荡，巧妙地保护了股骨髁和胫骨平台处的关节面[25]。由此可见，膝关节“骨正”时半月板的结构完整，处于“筋柔”状态，其对保护关节软骨的生物力学功能以及协调膝关节运动起到了至关重要的作用[26]。膝关节“骨正”时，各韧带结构功能正常，发挥限制和制导作用，具有较强的抗拉能力和弹性，能够很大程度地维持关节的稳定，肌肉结构可维持膝关节动态稳定，限制膝关节做出一些过屈或过伸等过于危险的动作[27]。

4 KOA 中“筋”的应力变化特征

发生KOA 时膝关节应力分布异常，当力轴向内侧偏移时，膝关节内侧间室应力增高，关节软骨、半月板表面应力随之改变导致其损伤风险加重，最终出现软骨与半月板的损伤，此结果为“骨失其正，筋失其柔”的表现。

Hume 等[28]通过收集膝关节骨性关节炎患者的膝关节影像学数据建立三维有限元模型模拟膝关节下蹲动作，通过收集得到膝关节软骨表面的应力数据。研究结果发现，膝关节骨性关节炎患者下蹲过程中膝软骨表面中间外侧应力高于正常人。有研究者通过收集CT 和MRI 影像数据融合构建膝关节有限元解剖模型，施加载荷约2 倍体重的垂直轴向挤压力作用于股骨上表面模拟膝关节伸直位状态下的膝关节受力情况，得出半月板可传导约75%的轴向载荷，内侧半月板传导总载荷的44%，传导部位主要集中于半月板后部和前中部的外侧缘；外侧半月板传导总载荷的31%，主要集中于半月板的前后角。内侧间室应力数值大于外侧间室。内侧半月板应力峰值出现在中后部及后部，外侧半月板应力峰值位于半月板前角及其前部，股骨软骨应力峰值出现于内侧髁软骨及内侧髁[29]。陈彦飞等[30]通过收集1例志愿者膝关节CT 数据建立膝关节三维有限元模型模拟膝关节力轴向内侧偏移，分析结果得出：半月板的最大应力集中于内侧半月板的中间位置。与正常情况下半月板的力学特性相比，在膝关节的力轴向内侧偏移时，内外侧半月板的应力均有所增加，且内侧与外侧的比值也变大，说明在力轴向内侧移位时半月板承受的压力增加，尤其以内侧较为明显。在膝关节力轴内移时，股骨软骨上最大应力位于股骨软骨的内侧。与正常情况相比，股骨软骨的应力增加，内侧增加的幅度更大。

这些有限元分析实验说明，当膝关节力轴偏移，“骨失其正”时，活动后膝关节应力增加，各间室应力改变，半月板、关节软骨等结构在应力峰值集中的地方发生磨损出现损伤处于“筋不柔”的状态，进一步影响和加重膝骨性关节炎的发展。

5 KOA 中“筋”的濡养变化特征

当膝关节处于“骨正筋柔”的状态时，膝关节气血通畅，半月板周围与软骨下骨板中的微循环结构功能正常，可为半月板及软骨结构提供濡养作用使其处于筋柔状态。当发生KOA 时，膝关节应力改变，对半月板及软骨下骨的血液运行状态产生影响，导致膝关节气血运行不畅，筋失所养。

在膝关节中，软骨下骨是位于钙化软骨层和松质骨之间的板层骨[31]。其中有通透的管道结构，一些细小的动脉静脉血管和窦状小管在这些管道结构中穿行，有终末血管可以直接接触到深层软骨连接髓腔和软骨层，为软骨提供约50%的糖和营养并将代谢产物运走形成良好的新陈代谢，为软骨下骨和软骨之间的物质转运起着重要作用[32]。

在KOA 发生发展中“骨失其正”，关节应力增加导致关节软骨的损伤和修复平衡被打破，软骨及软骨下骨的结构损伤加重[33]，软骨下骨中的细小血管受损，脉道改变，气血运行不畅，出现血管出血、纤维蛋白渗出和纤维组织增生等变化，骨软骨中促血管生成因子如血管内皮细胞、生长因子（VEGF）等增加，使软骨下骨中血管生成增多并侵入关节软骨深层[34]。郭达等通过对20例膝内翻患者行膝关节置换术，对术中切下的股骨、胫骨骨块进行病理下观察，观测到软骨下骨血管结构异常，内侧软骨下骨呈高灌注状态，并通过相关性比较表明，高灌注状态与软骨下骨血管侵入数目相关[35]。说明膝内翻患者膝关节“骨失其正”时软骨下骨血液流动环境异常，膝关节气血不畅，筋失所养，加重了膝关节炎的发展。

膝内外侧动脉形成半月板周围动脉丛，供应半月板体部外侧约10%～30%范围，内侧其余部分无血液供应，半月板的血液供应部位主要为角部，前角与后角血液供应可达40%～50%[36]，存在着丰富的血管，几乎存在于角部的每一个区域，游离缘的区域也有终末毛细血管存在[37]。当膝关节应力增加时，半月板应力主要集中在半月板的前后角及外侧缘，这时半月板的血供周围应力增高影响血液的运行，气血运行不畅，筋失所养，加速半月板的损伤。

6 结 语

KOA 的发生发展与膝关节所受应力相关，结构功能正常的膝关节处于“骨正筋柔”状态，周围气血运行通畅，“筋”受濡养，发挥其各自作用，当膝关节由于各种因素导致力轴向内侧偏移时，骨失其正，膝关节所受负荷异常分布，内侧负荷加重，半月板、关节软骨、韧带等结构受力不均，所受应力增加，应力集中分布的地方容易出现磨损从而加速半月板、关节软骨等结构的损伤。另外，高应力部位的血液运行紊乱，软骨下骨血管结构异常，处于高灌注状态，半月板由于应力的影响，其血供环境也发生改变，膝关节气血运行不畅，“筋失所养”加重了KOA 的发展。本文由中医学角度结合现代膝骨性关节炎生物力学特点对该过程的重要变化加以陈述，对发生KOA 后膝关节中的半月板、关节软骨等结构的应力变化及膝关节中的血液运行变化加以概括，为膝关节保守治疗思路提供一定的理论依据。

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