膝骨关节炎与腰椎退行性疾病发病关系的研究进展

黄少敏 赵宇

（1.深圳市龙岗区横岗人民医院骨科，广东深圳518115；2.中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院骨科，北京100730）

随着人口老龄化的发展，骨关节炎（osteoarthritis,OA）已成为常见疾病之一，并以膝OA为主。临床上膝OA常合并腰椎退行性疾病，两者关系密切。同时亦有研究表明，腰椎内固定或全膝关节置换术后，部分患者原有的膝OA或腰椎退行性疾病加重[1]。目前，国内外对膝OA和腰椎退行性疾病关系的研究鲜有报道。本文回顾两者危险因素、病理生理机制、生物力学机制的相关文献，探讨两者的相关因素，以供临床医师参考。

1 危险因素

目前，膝OA的病因尚不明确，但已有大量文献报道其发病与年龄、性别、肥胖、特殊职业、性激素及遗传因素等有关[2-6]。Kalichman等[7]通过年龄、性别、BMI及CT平扫测量系数来评价腰椎退变性疾病（包括椎间隙狭窄、小关节炎、退变性腰椎滑脱、腰椎管狭窄等），发现年龄、性别、肥胖指数亦和腰椎退变性疾病密切相关。

1.1 年龄

年龄是膝OA最大的危险因素之一，研究报道年龄＞45岁为高危因素，发病率为19.2%～27.8%，＞60岁时发病率升为37.0%～50.0%[3]。对腰椎退变疾病患者的尸体解剖发现，年龄≤45岁时腰椎小关节软骨只发生微小变化；＞45岁时关节软骨发生明显变化，出现软骨下硬化和普遍骨质增生。Manchikanti等[8]和Fujiwara等[9]的研究也证明，年龄＞60岁患者的腰椎退变比例明显高于≤60岁患者。

1.2 性别

膝OA的女性发病率高于男性，其病变程度也更严重，但其具体机制尚未明确。性激素在膝OA中所发挥的作用亦存在争议[10,11]，有临床随机对照试验结果示绝经期女性是否服用雌孕激素与膝OA无明显相关性，但其他研究显示服用雌孕激素女性的关节置换率降低15%。殷钢和邱勇[12]认为男性或绝经后女性可能是腰椎小关节OA的好发因素之一。软骨是对雌激素敏感的组织，软骨细胞核和细胞浆内有高特异性的雌激素受体，雌激素水平下降可致软骨退变，绝经后女性体内雌激素水平降低可能会加剧软骨退变。Ha等[13]通过免疫组化研究发现，腰椎小关节软骨存在雌激素受体，并发现雌激素受体数量与腰椎小关节OA的严重程度呈正相关。

1.3 肥胖

肥胖也是膝OA及腰椎退行性疾病的共同危险因素之一[2,5,14,15]。

2 病理生理机制

Winter等[16]和 Rampersaud 等[17]认为腰椎退行性疾病与膝OA同属退行性肌肉骨骼疾病，发病机制相似，由软骨退变、关节间隙狭窄、增生肥大的腰椎小关节及肥厚的黄韧带、退变的椎间盘共同作用而成。腰椎小关节OA和膝OA的主要改变都发生在关节软骨及软骨下骨。目前公认导致膝关节退变的3个因素：①应力因素。正常软骨所受压力超出承受范围或病变软骨因本身负荷能力下降致正常机械负荷力导致病变软骨损伤。张继业等[18]对兔模型腰椎小关节加载应力，发现应力作用时间越长，小关节退变越严重。②炎症因子、生化改变、免疫等因素可导致关节软骨合成分解失平衡，软骨降解破坏。大量研究表明炎症细胞因子是膝OA疼痛的来源[19-21]，炎性细胞因子IL-1B、IL-6及TNF-α是参与关节滑膜炎性病变及软骨基质降解的重要细胞因子[18,22]。Igarashi等[23,24]发现腰椎退行性疾病的小关节中也存在上述3种因子，且高表达，认为炎性细胞因子与腰椎退变相关。Pelletier等[25]发现这些因子高表达于严重OA及风湿性关节炎。这些炎症细胞因子又能诱导软骨及滑膜产生其他炎性细胞因子和介质，如IL-6、IL-8、基质金属蛋白酶、白细胞抑制因子、PGE2，但这些因子和介质的表达强度与OA的严重程度并不平行。OA退变软骨中的细胞因子是OA病变的原因还是病变进展的结果尚须进一步研究。③滑膜关节囊病变。增生滑膜产生蛋白酶及炎症因子，炎症因子又可引起抗原免疫反应，两者均可导致关节软骨破坏[26-29]。近年来，针对腰椎退行性疾病中小关节滑膜的研究较少，研究发现小关节滑膜也存在色素绒毛结节性滑膜炎，可引起腰椎退行性疾病的加重及复发[30]。另外，Fujiwara等[9]认为小关节关节囊中也含有雌激素受体，可能与膝OA的发生存在相关性。

3 生物力学机制

膝OA的发病机制包括下肢力线改变、半月板组织缺失、软骨损伤及关节不稳。在生物力学方面，下肢力线改变及关节不稳与腰椎退行性疾病密切相关。

3.1 下肢力线改变

下肢力线改变与膝OA的进展密切相关[31]，Obeid等[32]提出膝关节屈曲代偿是除脊柱—骨盆平衡系统以外在矢状线平衡的又一补充，通过运用脊柱骨盆参数、膝关节屈曲角度、腰椎前凸角度的计算公式，证明膝关节屈曲是腰椎前凸角度减小的代偿。Murata等[33]对膝OA患者行腰椎侧位X线片检查，并测量其膝关节伸直受限角度及腰椎前凸Cobb角，发现屈曲挛缩患者的腰椎前凸Cobb角＜30°，甚至更小。腰椎手术及人工膝关节置换术后患者出现膝、腰症状加重，人工膝关节置换术前膝关节屈曲挛缩畸形，术后矫正屈曲挛缩，腰椎代偿性生理曲度变大，相当于腰部后伸，椎管容积变小致椎管狭窄，加重腰部症状。姜军等[34]和黄健等[35]通过对膝关节置换前后腰椎前凸Cobb角的对比发现，随着膝关节的屈曲挛缩加重，腰椎前凸也随之加重，从而推测膝关节屈曲掩盖了腰椎退行性疾病的症状，当膝关节置换矫正力线后，腰椎前凸代偿消失，腰椎管容积相对减小，可能出现腰椎症状或原有症状加重。上述两种对立的观点尚未达成共识，仍需进一步研究。

3.2 膝关节不稳

膝关节稳定性主要依靠交叉韧带及神经肌肉力量维持，其中主要以股四头肌为主。股四头肌力量减弱导致膝关节稳定性下降，加重关节软骨磨损，从而导致膝OA的发生和发展，特别是髌股关节软骨退变[36]。Rehan等[37]研究表明，切断交叉韧带及股四头肌内注射内毒杆菌毒素可获得关节炎动物模型，而股四头肌的神经支配主要来自上腰椎发出的L2、L3、L4神经，当上腰椎退行性变时，椎间盘突出或神经根管狭窄会压迫股神经，导致股四头肌力量减弱，从而影响膝关节的稳定性[34]。腰椎退行性疾病与膝关节退变密不可分。

综上所述，膝OA与腰椎退行性疾病在年龄、性别、雌激素，应力、炎症因子、滑膜，力线改变、关节不稳等方面都存在一定相关性，两者相互作用。深入全面了解两者的关系必将对临床及科研提供巨大帮助。

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