膝关节减压支具治疗膝骨关节炎的研究进展

王珊

（上海师范大学天华学院，上海 201815）

膝骨关节炎（knee osteoarthritis,KOA）是各种原因导致的膝关节软骨损伤，并累及周围组织的慢性退化性病变，主要表现为膝关节疼痛、僵硬、关节活动减少和肌肉无力，严重可导致患者功能衰退和残疾[1]。据统计[2]，膝骨关节炎在40岁以上人群中全球患病率约为22.9%，并随着年龄增大而患病风险明显增加，其中70~79岁为KOA发病高峰年龄，且女性患病率高于男性。在老年人中，KOA是造成其下肢失能的主要原因[3]。KOA不仅严重影响患者的生活质量，同时为患者和家庭带来巨大的经济负担。美国一项调查[4]显示，KOA患者平均治疗费用需4210美元，其中大部分为保守治疗，而接受一项膝关节置换手术的费用约为29300美元。在我国，不同地区的KOA患病率虽有不同，但总体患病率较高，且造成严重的经济负担[5]。

目前，临床治疗中尚无有效治愈KOA的方法，对于重度KOA患者，常见的选择是进行膝关节置换[6]，但部分患者在膝关节置换术后仍有疼痛和功能障碍。非手术治疗方法又称为保守治疗，包括药物治疗和非药物治疗，主要用于早、中期KOA患者。无论手术治疗或非手术治疗均不能逆转KOA的病变过程，但能有效缓解患者的疼痛、消除肿胀及改善下肢功能障碍[7]。越来越多的证据表明膝关节超负荷承重与KOA发展的相关性[8]，因此对于延缓膝骨关节炎进程的有效方法是减轻膝关节负重。虽然减肥有利于减轻膝关节负荷，但KOA患者往往由于膝盖疼痛难以减肥或开始运动，而且并非所有患者均超重[9]。也有实验证明，肥胖患者过度锻炼反而加重膝软骨损伤[10]，而应用膝关节减压支具治疗可有效解决此问题。支具治疗作为KOA非手术治疗的手段之一，能够为受损关节提供结构性支撑和保护，从而减轻膝关节的负重和疼痛，改善下肢功能，国内外均有实验证明[11-12]，但目前其长远有效性尚未有定论。本文将总结近年来国内外各种膝关节减压支具治疗膝骨关节炎的研究成果，以期为膝骨关节炎的临床治疗提供更多的思路。

1 膝骨关节炎的病因机制

KOA的致病因素尚不明确，目前广泛认为与遗传、年龄、性别、肥胖、肌肉力量差和既往关节损伤等多种因素有关[8]。同时，膝关节过度负重和应力分布不均也与KOA的进展密切相关。膝关节作为人体中重要的承重关节，累计超负荷的承重会加速软骨的损伤，尤其是内侧间室软骨的负重和损伤[10]。林伟健等[13]通过建立膝关节软骨模型进行生物力学分析发现，与正常膝关节相比，早期膝骨关节炎的内外侧软骨的流体压力、固相等效应力减少以及应变增大，这些改变会削弱软骨的承载能力，从而增加软骨进一步退变的风险。动物实验也表明，异常机械负重及其所致的异常性疼痛与软骨破坏呈正相关[14]。Aso K等[15]通过研究KOA患者MRI检测到的软骨下骨髓病变区域得出结论，内侧股胫关节室的软骨下骨髓病变区域大小与KOA负重疼痛的严重程度和变化有关，这也表明了膝关节异常机械负重会引起膝关节软骨及软骨下骨的破坏。这些损伤常引起关节囊和滑膜发炎，进而产生的炎性介质刺激感觉神经纤维，产生剧烈疼痛[16]；疼痛又使得膝关节周围肌群产生痉挛，进而又加剧疼痛，产生疼痛-痉挛-疼痛的恶性循环[17]。膝关节的疼痛及膝周肌群痉挛性肌力不均衡，会造成膝关节的不稳定性增加，导致胫股关节、髌股关节面应力分布不均。这些因素相互影响，产生恶性循环，引起关节软骨进一步损伤，使得膝骨性关节炎的病程逐渐加重。

2 膝关节减压支具

膝关节支具是指作用于膝关节的可穿戴支具，目前用于治疗膝骨关节炎的支具有多种类型，主要可分为三种类型：休息护具、护膝和减压支具[18]。休息矫形器旨在关节固定，并不具备任何动态、矫正或功能影响，常由坚硬的复合材料组成。除了个别描述性综述文章描述休息护具对KOA的有用性，尚无临床试验证明休息护具对下肢OA有效的证据。护膝和减压支具是功能性装置。护膝是弹性非粘性矫形器，可附带使髌骨对齐或前股胫骨稳定的装置。多项随机对照研究表明护膝对KOA的干预效果，与未佩戴护膝的患者相比，佩戴护膝的患者疼痛有所减轻，且患者佩戴护膝的耐受性良好。有关膝关节减负支具干预KOA的研究证据更多，其多由三个部分组成：外部支撑杆、铰链、皮带。其中，皮带分别用于固定于大腿和小腿上，铰链和外部支撑结构提供硬性支撑，从而达到减轻传递到关节表面、内侧或外侧股胫骨间室的压缩载荷和纠正下肢力线紊乱的作用。多项随机对照试验，证明了减负支具治疗KOA的临床有效性和安全性，与未使用减负支具的对照组比较，结果显示试验组疼痛显着减轻和功能改善[19]。膝关节支具对KOA患者的干预通常是由医生、物理治疗师和矫形器师共同完成。由医生评估和制定矫形措施，矫形器师根据患者的功能进行评估，治疗师在开展治疗中可帮助患者正确使用支具并提高患者使用支具的依从性，制定或选配符合要求膝关节支具。根据KOA病理和诊断，膝关节减压支具的形态也根据功能的需求各不相同，以适应不同类型的机械支撑[20]。常见有单侧铰链应力支具、双侧铰链支具[21]和前交叉韧带（Anterior Cruciate Ligament,ACL）固定支具[22]，部分支具兼具有膝关节内、外翻或外旋功能。同一类型支具因在材料选取各有不同，作用效果也有差异。单侧铰链应力支具具有内侧或外侧直立支撑，支撑可以是单轴、双轴或多中心，支具提供单侧支撑，能够卸载受影响的隔室，推荐用于轻度至重度单间室骨关节炎[21]。部分支具设计3点弯曲力学机制，使支具具有外翻或内翻功能。内侧减负支具应用外翻力矩以适用于内侧间室骨关节炎，而外侧减负支具应用内翻力矩以适用于外侧间室骨关节炎。其中，应用外翻力矩减轻内侧间室KOA者拥有最多的已发表证据。2015年的一篇外翻膝关节支具的生物力学效应荟萃分析纳入了30篇文献，发现各种各样的生物力学方法表明外翻支具可以减少内侧膝关节的直接压力，并增加步行时内侧关节的空间[23]。双侧铰链应力支具在内侧和外侧均有支撑，支撑可以是双侧的或多中心的[21]，双侧铰链应力支具可为受损膝关节提供双侧机械支撑，为适应不同需求，部分支具可安装使膝外翻或外旋功能的绑带。支具旨在适当调整对齐以减轻导致疼痛和功能障碍的关节腔的负荷[23]。ACL支具是一种用于韧带损伤后膝关节内侧-外侧稳定的功能性支具，在体积上比前两种支具更小，有研究表明其对内侧KOA人群的疼痛和功能也有好处[22]。目前，膝关节减负支具能够干预KOA的生物力学效果是通过改变股胫骨角、内收肌力矩和股骨-胫骨压缩载荷[24]，这三个因素被认为是KOA患者膝关节异常负重和力线改变的标志。本文将仅围绕膝关节减压支具对KOA的干预机制展开叙述。

3 膝关节减压支具对KOA的治疗作用及相关机制

3.1 减轻膝关节负重 膝关节减压支具通过给膝关节提供有效的力学支撑，可减少膝周肌肉负荷和减轻膝关节压力，并改变关节内骨与骨之间受力的轴向负荷。研究表明[25]，膝关节的过度负重是导致KOA病程发展的主要原因。减轻负重可能会给患者带来许多好处，例如缓解膝关节由负重引起的疼痛和症状。同时，通过减少关节接触力可以减少结构损伤，改善组织重塑，增加关节恢复正常功能的可能性[26]。Nagai K等[27]以10名有明显症状的KOA患者为研究对象，采用膝关节减负支具进行为期两周的干预，并用高精度的双平面摄影系统记录受试者未穿戴减负支具与穿戴减负支具步行时内侧隔室动态关节间隙。结果显示，与未用支具相比，使用减负支具的患者内侧隔室动态关节间隙显著增加（P=0.005）；且调查问卷显示，参与者在佩戴支架时感到疼痛减轻。这表明膝关节减负支具在动态负荷活动中通过增加内侧关节间隙来减轻疼痛。Lamberg EM等[28]对15名膝关节内侧骨关节炎患者进行为期8周的试验研究，受试者每天需穿戴减压支具6h以上。在穿戴支具前、穿戴支具2周后、穿戴支具8周后分别进行步态分析，结果发现受试者膝内收冲动和第二峰值膝内收力矩在佩戴2周、8周后较佩戴前均有减少（P<0.05），且步行速度有所增快。膝关节内收力矩是内侧隔室动态载荷的标志，膝关节减压支具可缩短下肢的内收力矩，从而有效减轻内侧间室负重，治疗KOA尤其是内侧间室KOA的 效果 显著。Dessinger GM等[29]招 募了20名因KOA导致的内侧关节间隙狭窄和内翻畸形的受试者，在佩戴和不佩戴支具的情况下在跑步机上进行行走并用CT和3D超声扫描对患者的步态进行检测。结果发现，所有受试者使用膝关节减负支具时，内侧关节间隙有所增加（P<0.001），这表明使用支具能有效减轻膝关节所受压力。最新实验证明[9]，一种新型膝关节支具通过三个点在膝关节处产生的辅助力，可最多为患膝减轻45磅承重，相较于传统膝关节减负支具，此支具可能适用于更广泛的KOA患者。

3.2 缓解膝关节疼痛 疼痛是KOA患者的主要症状和致残原因，其直接影响了患者的生活质量、情绪和日常活动[30]；这种疼痛常常还会引发患者其他关节的疼痛和功能障碍[31]。因此，无论手术和非手术方法均把缓解疼痛作为管理KOA的主要目的和指标。多项研究证明，应用膝关节减压支具可显著缓解KOA患者的疼痛。根据Robert‐Lachaine X[22]等的一项随机交叉试验，研究人员使用三种不同的膝关节减压支具对24名KOA患者进行为期3个月的干预，在试验前后均进行功能问卷调查和步态评估。结果显示，三种减压支具均能缓解10%~40%的疼痛和症状。Thoumie P等[32]进行一项随机对照试验，招募67名有症状的膝内侧骨关节炎患者为受试者，受试者随机接受了6周的膝关节减压支具加常规护理治疗（支具组）或单独常规护理（对照组）。结果发现，与对照组相比，支具组的平均24h持续疼痛显着降低（P<0.0001），且运动时疼痛减轻的平均值更高（P<0.0001）。Moyer RF等[33]纳入6篇膝关节外翻支具干预KOA的随机对照试验进行荟萃研究，分析得出：与未使用支具的对照组相比，应用膝关节外翻支具能显著改善KOA患者疼痛和功能（P=0.001），而与一般支具相比，膝关节外翻支具对改善KOA疼痛的影响轻微优于一般支具（P=0.01）。总体来说，膝关节外翻支具治疗内侧KOA可显著改善患膝疼痛和功能。Mistry DA等[34]搜索近10年相关已发表的112篇论文，最终纳入14篇文献，发现几乎所有文献均支持膝关节减压支具的使用，并显示其可以减轻疼痛、改善功能和提高患者的生活质量。

3.3 减轻不稳定感觉 膝关节不稳定感是指膝关节在活动中膝打软、无力和错位感，是KOA患者的常见问题[35]。Chaharmahali L等[36]通过试验证明，伴有膝不稳定感的KOA患者在疼痛、静态和动态平衡以及跌倒概率方面均较不伴有膝不稳定感的KOA患者更差，这说明膝关节不稳定感影响KOA患者的日常活动和功能。而膝关节减压支具减轻膝不稳定感的机制是限制膝关节在多个平面上的异常活动，并提供轴向的力学支持，可有效改善KOA患者的下肢功能。Cudejko T等[37]的研究表明，穿戴护膝可为KOA患者提供的结构性支撑，可改善KOA患者的不稳定感和由不稳定感引起的膝关节信心不足。Fesharaki SA等[38]也发现，佩戴膝关节支具患者在步行过程中步行速度明显增快，这可能是由于患者的膝关节感觉稳定，从而在行走过程中增强了信心。Hart HF等[39]招募前交叉韧带重建后KOA患者在未穿戴支具、穿戴未调整的支具（矢状面支撑）和调整支架（矢状面支持，内翻/外翻重新调整）三种情况下进行跳跃距离和下台阶测试并报告的膝关节相关症状（膝关节疼痛、感知任务难度、信心、稳定性），参与者被随机分配穿戴未调整支具或调整支具并进行为期4周的干预，并在试验前、中、后重复进行测试，结果发现穿戴调整过和未调整过的膝关节减压支具均立即改善了受试者在跳跃时对膝盖的信心，以及在下台阶时的膝盖疼痛。且在为期4周的支具干预后发现，穿戴减压支具提高了受试者跳跃时对膝关节的信心、感知的任务难度和稳定性，以及下台阶试验时膝关节疼痛减轻，感知任务困难、信心和稳定性均有提高。

4 总结

膝骨关节炎是常见于老年人中的肌骨疾患，会造成老年人的下肢失能。伴随着中国社会老龄化的问题，人口基数的增大，使得膝骨关节炎的人群也日益增多，逐渐增加了整个社会的负担。膝关节减压支具在减轻膝关节负重、缓解关节疼痛及改善患膝功能等方面发挥了重要作用，尤其是应用于减重效果不佳、膝关节压力大的KOA患者确有优势，近年有大量文献对此进行研究，很多新型支具得以被发明，其效果得到了大量文献的证实[40]。然而，目前治疗KOA的各类膝关节支具也存在一定不足，如舒适性差；包裹不适和皮肤刺激是停止使用护膝的主要原因[41]，这使得患者使用支具的长期依从性不佳，远期疗效难以确定；或部分支具在设计上考虑舒适性以至支撑性不足，难以达到预期效果。这是目前亟待解决的问题，因此需要未来新型支具解决此矛盾，设计出被更多人接受的个体化适用性高、更便携、更高效的膝关节支具。另外，尽管有大量文献证实膝关节支具在改善KOA疾病症状中确有效果，但大多数关于膝关节支具的研究均是关注于支具的力学支撑，而在研究设计和方法上高度不一[42]，这使得膝关节支具干预KOA的证据等级不高；同时，也有研究认为支具干预KOA的长期疗效并不显著[43]。对于膝关节支具治疗KOA的有效性，各国家的临床指南的意见也存在不一致。国际骨关节炎研究协会（Osteoarthritis Research Society In‐ternational,OARSI）膝关节、髋关节和多关节骨关节炎非手术治疗指南[44]不建议使用支具治疗KOA，美国骨科医学会（American Academy of Orthopaedic Surgeons,AAOS）膝关节骨性关节炎的治疗循证指南[45]和美国风湿病学会（American College of Rheu‐matology,ACR）2012年手部、髋部和膝部骨关节炎使用非药物和药物治疗的建议[46]无法推荐或反对使用支具治疗KOA，而土耳其抗风湿联盟（Turkish League Against Rheumatism,TLAR）膝骨关节炎管理的循证建议[47]则主张将其用于KOA患者。由于相关证据存在矛盾性，因此膝关节减压支具干预KOA的确切疗效仍需被更多高质量研究证实。