膝关节骨性关节炎患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与膝关节置换术后康复效果的关系

凌海霞，徐素苗，陈晓君，苏小平

生活方式多样化及人口老龄化趋势加剧使膝关节骨性关节炎发病率逐渐升高。膝关节骨性关节炎为骨科常见的慢性退行性关节疾病，主要表现为关节活动受限，关节疼痛肿胀，严重影响患者正常生活[1-2]。膝关节置换术是治疗膝关节骨性关节炎重要方法之一，不仅具有手术持续时间短、微创、术后恢复迅速等优势，还可以有效改善患者膝关节功能及疼痛情况[3]。膝关节骨性关节炎发病机制复杂，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、可溶性细胞间黏附分子-1(sICAM-1)等多种细胞因子参与了本病的病理过程，TNF-α及MMP-9与本病进展关系密切，而sICAM-1在关节功能恢复中发挥重要作用[4-5]。目前上述3项指标主要用于膝关节骨性关节炎的术前诊断及病情严重程度评估，而关于膝关节置换术后患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与术后康复效果间的关系尚缺乏有效临床数据支持。基于此，本研究旨在探究膝关节骨性关节炎患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与膝关节置换术后康复效果的关系。

1 资料与方法

1.1一般资料 以2017年7月—2020年7月我院因膝关节骨性关节炎行膝关节置换术患者为研究对象，纳入标准：符合膝关节骨性关节炎诊断标准[6]；保守治疗无效，需接受膝关节置换术，具有手术指征；第一次接受膝关节置换术，且未见显著骨缺损；精神意识正常；患者知情同意。排除标准：伴化脓性或风湿性关节炎患者；伴重要脏器、中枢神经系统功能异常及感染性疾病或肿瘤性疾病者；采用其他方式治疗者；术后评估康复效果时失访者。最终纳入患者71例，其中男36例，女35例；年龄31～75(57.82±11.37)岁；体质量指数16.30～29.30(23.36±5.34)kg/m2；病程0.80～7.50(4.16±1.09)年。本研究获得医院医学伦理委员会批准同意。

1.2治疗方法 所有患者采用膝关节置换术治疗，患者全身麻醉，在髌骨内侧做一纵向切口，暴露髌关节，切除部分髌下脂肪垫及增生滑膜，经胫骨髓外定位及股骨髓内定位后行胫骨股骨截骨及扩髓，不保留交叉韧带，截骨完成后松质骨表面应用脉冲冲洗枪冲洗，随后安装水泥型关节假体，股骨髓腔开口需在截骨时保留自体骨块进行填塞封闭。手术均由同一医师负责。

1.3观察指标 比较患者手术前后关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平及关节功能恢复评分，分析关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与关节功能恢复评分间的相关性；比较不同疗效患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平，分析关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平对患者治疗效果的预测价值。

1.4关节液相关指标测定 由同一医师在行膝关节置换术前、术后3个月时提取所有患者关节液，注意在无菌环境中穿刺收集，离心处理关节液，采用酶联免疫吸附试验测定关节液中TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平，试剂盒购自Elabscience公司，具体步骤按照试剂盒说明书进行。

1.5评价标准

1.5.1疗效评估：术后3个月采用Shahariarre评分[7]评估患者手术效果。优：患膝肿胀消退、疼痛完全消失，关节功能恢复正常；良：患膝肿胀及疼痛显著减轻，未见压痛，关节功能基本恢复正常；差：患膝肿胀、疼痛及关节功能未见改善甚至加重。其中优、良视为有效，差视为无效。

1.5.2关节功能：术前及术后3个月应用美国膝关节协会(AKS)评分[8]评估患膝关节功能。AKS评分主要通过患膝关节功能及临床表现进行评估，功能评分项目主要包括上下楼梯及行走能力，临床表现项目包括稳定性、疼痛程度及活动度，总分100分，分数越高表示患者关节功能恢复越好。

2 结果

2.1手术前后关节液相关指标水平及AKS评分比较 术后3个月患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平低于术前，AKS评分高于术前，差异有统计学意义(P<0.01)，见表1。

表1 71例膝关节骨性关节炎行膝关节置换术患者手术前后关节液相关指标及AKS评分比较

2.2关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与AKS评分间的相关性分析 Pearson相关性分析显示，关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与AKS评分均呈负相关(r=-0.613、-0.482、-0.536，P<0.05)。

2.3不同疗效患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平比较 依据Shahariarre评分结果，术后3个月优、良、差患者分别24例、26例、21例，有效组与无效组患者分别50例与21例。2组术后3个月关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平较术前显著改善，且有效组显著低于无效组，差异有统计学意义(P<0.01)。见表2。

表2 不同疗效的膝关节骨性关节炎行膝关节置换术患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平比较

2.4关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平对患者治疗效果的预测价值分析 ROC曲线显示，关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平预测患者治疗效果的曲线下面积(AUC)分别为0.753、0.610、0.802，三指标联合预测的AUC为0.885，见表3与图1。

图1 71例膝关节骨性关节炎行膝关节置换术患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平预测患者治疗效果的受试者工作特征曲线TNF-α为肿瘤坏死因子-α，MMP-9为基质金属蛋白酶-9，sICAM-1为可溶性细胞间黏附分子-1

表3 71例膝关节骨性关节炎行膝关节置换术患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平对患者治疗效果的预测价值分析

3 讨论

老龄化进程的加剧使膝关节骨性关节炎发病率逐渐升高，流行病学研究显示全球有显著症状的膝关节骨性关节炎发病率为5.4%～13.7%，而其中60%以上为>70岁的老年群体[9]。膝关节置换术已被认为是膝关节骨性关节炎的最佳治疗方式，可以有效减轻患者疼痛，重建关节功能[10]。临床对于膝关节置换术后康复效果主要采用各种评分体系或患者相关体征进行评估，但易受临床医师主观倾向及患者体征描述不准确等影响[11]。近期血清生化指标已被用于评估患者疗效，且证实有一定价值[12]，但是膝关节骨性关节炎患者关节液生化指标用于患者疗效评估的价值尚需进一步研究。

TNF-α可以有效抑制软骨胶原及软骨细胞形成，促进软骨降解，其水平与膝关节骨性关节炎发生及病情进展关系密切[13]；MMP-9会损伤软骨结构，使软骨结构出现不可逆损伤[14]；sICAM-1不仅可以调节细胞间粘附作用，同时还可以激活细胞内存在的配体，诱导免疫反应激活，进而加重机体炎症反应[15]。本研究中患者术后3个月时，上述指标显著降低，提示患者术后膝关节炎症逐渐减轻。一项动物实验显示，膝关节骨性关节炎兔模型经治疗后白细胞介素-1β、TNF-α、MMP-13水平显著降低，认为治疗后机体炎症反应减轻，进而发挥关节软骨保护作用，减轻了膝关节损伤[16]。还有研究显示，膝关节炎患者经治疗后关节功能显著恢复，患者关节液关节软骨破坏相关因子(如TNF-α)水平显著降低，提示关节液中细胞因子与患者关节功能改善关系密切[17]。本研究也显示，行膝关节置换术的膝关节骨性关节炎患者关节液中TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与AKS评分呈负相关，证实关节液中TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与患者关节功能有关。

国外研究认为，骨性关节炎患者病情与TNF-α、MMP-1水平呈负相关，而定期服用非甾体类抗炎药患者关节面软骨中TNF-α、MMP-2水平降低，且降低程度与病情严重程度一致，提示患者关节面软骨中TNF-α、MMP-1水平与关节功能损伤有关[18]。还有研究指出，膝关节软骨损伤患者术后关节周围血液循环显著改善，关节腔内TNF-α及MMP-13水平显著降低，软骨降解减少，软组织损伤修复并促进再生，患者膝关节功能恢复[19]。本研究有效组术后3个月关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平低于无效组，提示关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与患者治疗效果有关，分析认为关节损伤诱使基质降解酶激活，破坏软骨基质，激活关节局部免疫反应及炎症反应，进而使TNF-α和MMP-9等释放增加，导致患者体内上述因子水平升高，膝关节置换术则可以有效减轻这一过程[20]。本研究ROC曲线显示，关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平预测患者治疗效果的AUC分别为0.753、0.610、0.802，三指标联合预测的AUC为0.885，证实关节液中上述指标评估患者治疗效果有一定价值，且三指标联合评估效能优于单一指标评估。

综上，行膝关节置换术的膝关节骨性关节炎患者关节液TNF-α、MMP-9、sICAM-1水平与膝关节功能恢复及疗效关系密切，联合评估患者术后康复效果有一定价值。