膝骨关节炎评分指数与冠状位生物力学的相关性研究

陈连伟,李啸,尹世林,孙志鹏,田鑫宇,杜双庆

(河北中医药大学第一附属医院骨伤三科,河北 石家庄 050011)

膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是一种退行性膝关节疾病,常引起膝关节的慢性疼痛肿胀和活动受限等症状,严重的KOA患者可导致残疾[1-2]。KOA患病率具有显著的性别差异,女性(10.30%)明显高于男性(5.70%)[3]。由于年龄的增长,KOA的发病率也在逐步上升,已成为世界范围内的一个主要健康问题[4]。作为一种退行性疾病,KOA症状的出现与发展与多种因素密切相关,如年龄、区域、超重、性别以及运动损伤因素,如脊柱损伤、肌肉无力、关节松弛和骨骼创伤[5]。相关报道表明[6-7],腰椎退行性疾病(lumbar degenerative disease,LDD)和KOA之间具有一定相关性,但既往研究多侧重于腰膝矢状位影像学观察,冠状位力学因素对KOA的影响尚未完全明确且缺乏大量临床研究报道证实,因此笔者团队为进一步研究冠状位LDD与KOA的力学联系,拍摄腰椎联合双下肢全长正位负重位X线片,从冠状位角度全面分析及明确KOA的疼痛、僵硬、功能受限与腰椎重心的偏移及下肢力线角度的相关性,以期为基础和临床研究提供新思路。

1 资料与方法

1.1 诊断标准

1.1.1 西医诊断标准 参照中华医学会骨科学分会2018年制定的KOA诊断标准[8]。

1.1.2 影像学诊断标准 参照Kellgren-Lawrence(K-L)影像分级法[9],0级:正常;Ⅰ级:轻微骨赘;Ⅱ级:明显骨赘,但未累及关节间隙;Ⅲ级:关节间隙中度狭窄;Ⅳ级:关节间隙明显变窄,软骨下骨硬化。

1.2 纳入排除标准 纳入标准:(1)符合上述诊断标准;(2)年龄≥50岁;(3)符合单侧膝关节发病;(4)近2周内未接受其他药物或外治疗法;(5)可理解并独立完成本研究所选取的评定量表内容;(6)患者具有良好依从性,自愿参与本研究并签署知情同意书。排除标准:(1)化脓性感染、肿瘤、结核、创伤等造成膝关节结构改变者;(2)膝关节截骨术、置换术等术后患者。本研究通过河北中医药大学第一附属医院医学伦理委员会审批(HBZY2022-KY-068-01)。所有患者自愿并签署知情同意书。

1.3 一般资料 共纳入2022年10月至2023年5月就诊于河北中医药大学第一附属医院骨伤三科门诊267例KOA患者。其中男49例,女218例;年龄50～83岁,平均(61.55±8.72)岁。患病时间0.25～8年,平均(3.55±3.41)年。身体质量指数(body mass index,BMI)18.83～33.69 kg/m2,平均(25.50±3.28)kg/m2。腰椎骨密度-2.30～2.40 g/cm2,平均(-1.27±1.25)g/cm2。腰骶偏移距离(lumbosacral offset distance,LOD)0～34.80 mm,平均(7.18±5.19)mm。腰膝偏移距离(waist and knee offset distance,WKOD)0～97.70 mm,平均(19.50±17.30)mm。机械轴偏移距离(mechanical axis deviation,MAD)-21～57 mm,平均(10.50±13.90)mm。髋膝踝角(hip knee ankle,HKA)161.80 °～179.40 °,平均(176.30±4.42)°。关节线相交角(joint line convergence angle,JLCA)0 °～12.40 °,平均(2.65±1.77)°。K-L分级Ⅱ级104例,Ⅲ级118例,Ⅳ级45例。腰骶左偏移120例,占44.94%;腰骶右偏移114例,占42.70%;腰骶无偏移33例,占12.36%。HKA分型:内翻型126例,外翻型17例,中立型124例。

1.4 研究方法

1.4.1 摄影方法 腰椎联合双下肢全长正位负重位X线摄影方法:使用Optima XR646 HD数字化医用X线摄影系统。检查床调节至站立垂直位,站立支架板调节至可移动位置最高档(距地面约35 cm),球管焦点与探测器距离100 cm,曝光范围:上缘包括L1椎体,下缘包括踝关节;患者背靠摄影床站立,面朝球管正身直立,将双手置于支架两侧,双足并拢,髌骨及足尖朝正前方,双下肢伸直、后缘紧贴摄影床。使用全景摄影方式,球管自动从上至下曝光,同时探测器随球管从上至下移动,连续曝光计算机自动拼接生成腰椎联合双下肢全长负重位X线片图像。相比较自然体位下拍摄,此固定体位能够为后期研究减少测量误差,有利于比较治疗前后下肢力线角度的变化(见图1)。

图1 下肢力线角度及腰椎生物力学参数图解

1.4.2 测量方法 所有图像利用MI platform软件自带标尺和角度测量工具及联影智能DR下肢力线智能分析系统,由一名临床医师和影像科技师按照固定解剖定位标准进行测量,为减少测量误差,所有数据均由同一名医师和技师连续测量3次,取其平均值作为最后结果。

1.5 观察指标 (1)LOD:L1椎体中点到骶骨中点铅垂线的距离,理想状态下为0。(2)WKOD:L1椎体中点向下做1条铅垂线,双膝关节股骨内侧髁到铅垂线的距离之差的绝对值,理想状态下为0。(3)HKA:股骨头中心点和股骨髁顶点中点的连线与股骨髁间窝顶点中点和距骨中心点的连线所形成的夹角。(4)MAD:HKA与胫骨髁间嵴的中点之间的距离。(5)JLCA:股骨远端关节线与胫骨平台关节线的夹角。(6)西安大略和麦克马斯特大学(the Western Ontario and McMaster universities,WOMAC)骨关节炎指数评分:共24个项目,单项计分0～4分,从疼痛、僵硬及关节功能状况等几个方面评估膝关节的结构和功能。总评分与KOA症状呈正相关[11]。

2 结 果

2.1 Pearson相关性分析结果 腰骶偏移方向与KOA疼痛侧具有相关性,差异有统计学意义(P<0.05,r=0.569,见表1)。

表1 腰骶偏移方向与KOA疼痛侧之间的相关性

2.2. WOMAC评分与LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程的相关性检验结果 WOMAC总评分、疼痛评分、功能评分与LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程均存在相关性,差异均有统计学意义(P<0.05)。WOMAC僵硬评分与病程存在相关性,差异有统计学意义(P<0.05,见表2)。

表2 WOMAC评分与LOD、WKOD、HKA、MAD、JLCA、病程的相关性

3 讨 论

人体平衡由脊柱-骨盆-下肢共同协调完成,其中任何一节段平衡失调,势必会影响其他节段的代偿性变化[12]。KOA作为一种慢性关节疾病,往往存在下肢力线的改变,从而影响下肢稳定,平衡性失调[13]。Obeid等[14]证明当下肢功能障碍时,膝关节屈曲会导致腰椎前凸角代偿性减小,从而影响脊柱-骨盆矢状面平衡。膝关节-脊柱综合征的概念[15],进一步表明膝关节退行性改变与腰椎矢状面平衡的密切关系。国内外相关学者[16-18]认为KOA与LDD存在密切相关性,且具有较高的共存患病率(57.40%),且当这两种疾病合并出现时膝关节疼痛强度较单纯KOA患者疼痛感更为剧烈,但其具体发生机制尚未明确。本研究结果显示,腰椎侧弯方向与膝关节疼痛严重侧具有相关性,LOD、WKOD与WOMAC总评分、疼痛、功能评分均具有相关性。LOD代表腰椎侧弯的严重程度,同时也说明腰椎冠状位重心的偏移,WKOD代表腰椎侧弯后对膝关节畸形所造成的严重程度。从综合角度分析,腰椎-骨盆是连接人体躯干和下肢的中心枢纽,腰椎的稳定性使机体功能保持正常的同时也与下肢之间力量传递相关[19]。当腰椎发生侧弯时,腰椎椎体会出现旋转、移位,软组织会紧张和损伤,由于作用力点发生变化,人体冠状位重心也势必会偏离前正中线,导致力的不正常传导,向下则会影响髋关节、膝关节甚至踝关节等[20]。人体为了维持平衡状态,会产生避痛及代偿机制,通过腰椎-骨盆中枢的传导使下肢产生相应的力学改变,当下肢力学传导失衡后,致使双膝关节受力应点发生改变,多以膝关节屈曲表现最为明显。当人体承受能力达到极限,代偿机制溃散形成失代偿状态,则会加重膝关节形态学改变,出现内外翻畸形,从而引发膝关节疼痛的加重。Omori等[21]研究发现当腰椎间盘突出使L2～4神经受压,而受其支配股四头肌肌力下降,使膝关节不稳,会加速膝关节退变。Malahias等[22]研究证明LDD患者行腰椎融合术后会引发或加重膝关节症状,同时LDD是初次全膝关节置换术后2年内翻修的重要危险因素。上述研究及LOD、WKOD与WOMAC总评分、疼痛、功能评分存在中度相关,这也客观说明腰椎重心的偏移以致力的不正常传导对KOA的发生、发展具有一定的影响,所以在临床诊治KOA时要着重关注腰椎节段的变化。

下肢力线角度中,HKA、MAD主要用于判断下肢力线对齐情况,作为衡量下肢的重要标志,与KOA的严重程度及分类分型相关[23-24]。本研究中,HKA、MAD与WOMAC总评分、疼痛、功能评分存在相关性,表明KOA患者内翻畸形程度与膝关节疼痛、功能受限呈正相关。JLCA主要用于判断膝关节间隙狭窄情况,KOA患者因长期膝关节受力不均,导致下肢负重线逐渐移向膝关节内侧间室,引发JLCA异常[25-26],JLCA与WOMAC总评分、疼痛、功能评分存在相关性,表明膝关节间隙狭窄与膝关节疼痛、功能受限呈正相关。KOA患者关节僵硬程度与腰椎重心的偏移及下肢力线各角度无明显相关性,与KOA患者病程有相关性。上述下肢力线角度与膝关节疼痛、功能活动均存在弱相关,而大多数学者所认为的关节间隙狭窄是导致膝关节疼痛及功能受限的主要因素,在此次研究中并非占据主导因素,这是临床诊治KOA时值得深思的一个问题。

综上所述,KOA与LDD的相互关系是具有较大临床意义的研究方向,腰椎冠状位重心的偏移是临床诊治KOA时不容忽视的一个关键因素。因此,此次研究也指导临床医生在诊治KOA时切勿仅着眼于局部,应从机体整体平衡考虑,为KOA的防治提供了一种新思路、新方法。