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编号:10280679
骨关节炎和力学因素
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 1998年第4期
     作者:李放 综述 屠丹云 范振华 审校

    单位:

    关键词:李放;综述;屠丹云;范振华;审校;(上海医科大学华山医院运动医学科(200040))

    骨关节炎和力学因素 骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种古老的疾病,二百万年前的短尾猿人和埃及木乃伊都存在此病的征象,但OA的病因迄今尚未阐明。55岁以上的老年人中,OA的患病率约44%~70%,其中10%为症状性或称功能限制性。在对OA的研究领域中,OA与力学因素或与力有关的某些方面的研究一直是研究的热点。研究方法从流行病学、病理生理学、生物力学、形态学到其它一些基础研究及治疗方面都有涉及,内容大致包括:(1)探讨力学因素是否成为OA的致病因子;(2)分析OA的骨关节和肌肉力学性质方面的改变;(3)使用一些与力有关的方法对OA进行康复治疗。本文将对这三方面作一文献回顾。
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    1 力学因素是否为OA的致病因子

    某些力学因素可导致OA。体重负荷是一个重要方面。Hart等对1000余名妇女调查发现,X线显示的膝关节OA与体重指数(body massindex ,BMI kg/m2)有关,较高的体重指数发生膝关节OA的比数比(odd ratio,OR)较大[9]。肥胖者显然比正常者更易发生OA。一侧已发生负重关节OA的患者另一侧也会较快发生OA,原因可能是自行调节增加另一侧肢体负重的缘故,肥胖者这种倾向更明显[14]。肥胖者发生负重关节OA显然是重力负荷的关系而非其它原因,因为肥胖者的手指和腕关节的OA并不比常人多[19]。有的作者认为负重关节OA与体重负荷有关,但这种关系仅发生于女性患者,并据此认为与激素水平有关[23]。生物力学的研究表明,骨软骨的硬度和所受的应力相关,有迹象表明,非经常性但较大的应力更易诱发OA[41]
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    关节不稳定可导致OA发生。将犬前十字韧带切断后3个月就可成为理想的OA动物模型[28]。并非负重关节独有这种情况,不负重关节也是如此,如Wright等发现,舟月关节、月骨三角骨关节或三角软骨有退行性变者,其关节处的韧带多有撕裂损伤[22]

    某些行为方式可能成为OA的致病因素。Kujala等对2049例男性退役运动员进行调查发现,从事过耐力、力量和混合性运动的运动员,其下肢负重关节如髋、膝、踝等的OA的发病住院率要明显高于对照组[20]。另有研究表明,射击运动员的下肢OA发病明显低于上述运动员[42]。运动员发生OA的机制可能与损伤及负重两者有关。跑步是否会造成OA发病增加是有争议的问题[24]。如有的实验表明终身性的长跑可使B57CL鼠患上OA[36]。但Lane等对35例长跑者和38例对照进行了5年的前瞻性调查后认为,跑步并不增加OA的发病风险,因为跑步是一种低撞击性的运动[8]。但他们认为已经有损坏的关节从事剧烈运动可增加OA发病率[43]。体力活动可能是另一种致病的行为方式。Stenlund等对207例从事工业劳动的男性进行交叉横断面研究后发现,经常提重物上举的工作导致肩锁关节OA的发病率增加[7]。Copper等调查后认为,每天蹲或跪30分钟以上者,膝关节OA患病率明显多于对照[21]。White等对中年女性体育教师调查发现,腰椎OA的发病率明显高于对照,膝关节OA低于对照,而髋关节OA则与对照相仿,认为这种OA发生状况和她们的职业有关[12]。经常从事屈膝负重者易发生膝关节OA[15],经常从事家务劳动的妇女显然比其它人更易发生近指关节和远指关节的OA[17]
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    流行病学调查使人们得出的运动与OA关系的概念,在实验室也得到证实。重力负荷可以改变关节液的分泌和流转,影响软骨的密度、渗透压和水含量[32]。软骨细胞在生理范围内的周期性负荷(5~15mPa)作用下,蛋白多糖(PG)合成增加[33],但如承担更大的周期性或静止式负荷,PG的合成就会减少[39]。一定份量的一次性或反复的撞击式负荷可发生OA,据此人们设计了新的动物模型[29,30]

    正常关节的活动不容易发生OA。实验发现,中等强度的跑步(4km/d,5d/w,40w)可以增加关节软骨的厚度和PG的含量[34],但稍大强度的跑步(20km/d,5d/w,15w)可减少软骨厚度和PG含量[38]。有报道长期的跑步(40km/d,1y)可减少PG含量,并使软骨下骨重新塑型,但并不引起OA[35]。也有报道终生性的负重跑步(4km/d,5d/w,550w,增加相当于动物130%体重的负荷)不引起OA[37],但也有相反报道表明,B57CL鼠的终生性跑步(13.3m/min,1000m/d)可以造成OA发病和严重程度的增加[36]
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    异常的关节,如不稳定关节、神经疾病累及的关节和解剖变异的关节等,在一定强度的活动影响下可发生OA[31]。如神经后根切断的犬16个月内并不发生OA,但如再行前十字韧带切断,则3周内就造成严重的OA[27]

    2 OA的骨关节和肌肉力学性质方面的改变

    OA可造成关节附近肌肉的抑制、萎缩,肌力下降,由反射因素造成的肌肉抑制称为关节源性的肌肉抑制(arthrogenous muscle inhibition,AMI)。实验表明这种抑制是多种因素综合的结果,对OA来说,可能是分布于关节的传入纤维兴奋增加,支配前角细胞的下行通路抑制的下调,屈曲反射易化引起的交替性抑制,疼痛等伤害刺激引起的反射抑制等。对运动神经元的抑制可能有选择性,如对支配股四头肌的运动神经元的抑制要多于b.GIF (883 bytes)绳肌[10]。Hall等对21例膝关节OA进行了等长肌力测定的配对研究后认为,OA有明显的股四头肌肌力下降,但b.GIF (883 bytes)绳肌肌力和股四头肌与b.GIF (883 bytes)绳肌肌力比(Q/H)无明显下降[11]。本文作者曾对21例患者进行了等速肌力测定的配对研究,发现膝关节OA屈伸肌群的峰力矩、Q/H值、单次最佳作功和爆发力等力学参数均明显低于对照[1]。因此在b.GIF (883 bytes)绳肌肌力是否下降的问题上有不同的观察结果,可能是病例选择和测定方法不同的缘故。另外,AMI究竟是Ⅰ型纤维抑制还是Ⅱ型纤维抑制有不同报道,尚未找出普遍规律。OA肌力下降造成关节力学环境即稳定性的改变,反过来可加重OA的严重程度,形成恶性循环。
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    肌肉功能的下降导致活动能力下降,Hochberg列举的13项活动功能的降低如抬肩、爬楼梯等均与此有关[16]。由于肌肉力学性质的改变甚至引起机体更严重的一些病理变化[18]

    OA对骨的硬度也有影响。如Dequeker等的研究发现,OA患者股骨颈骨折的风险要明显低于同样年龄的骨质疏松症(osteoporosis ,OP)患者,说明OA对老年的股骨颈骨折可能有保护作用[13]

    OA患者软骨的物理特性也发生变化,研究表明单侧OA患者的患侧软骨薄而软,机械强度明显弱于对照,单侧OA的非患侧(无X线征象)软骨介于患侧和正常软骨之间[40]

    3 与力有关的OA的康复治疗

    关节的运动是关节软骨营养的源泉。另外,关节附近的某些肌肉是维持关节稳定 的重要因素,如股四头肌对于膝关节,臀肌对于髋关节等。再者,OA引起的AMI可对患者的活动功能造成不同程度的影响。因此在OA的康复治疗中,肌力练习有很高的地位。Dieppe认为OA的疼痛性和致残性主要源于心理和肌肉力量两方面,因此高度强调作针对性的肌肉力量练习[4]
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    练习方法包括静力性和动力性两种。Fisher等设计了渐近强度的等长和等张练习,对40例膝关节OA患者进行治疗,治疗后男性和女性屈膝峰力矩各增加9%和19%,耐力各增加18%和28%,伸膝峰力矩各增加8%和24%,耐力各增加26%和39%,活动能力评分(以Jette功能评分指数)明显改善[6]。Marks设计了练习椅上中间活动范围内的等长练习,对个例膝关节OA进行6周治疗,患者的肌力和活动能力评分均有改善[5]。本文作者对14例膝关节OA进行了3~6周的治疗,方法为自行设计的多点间歇等长练习,治疗后患者在慢、中、快速等速测定中屈肌峰力矩各增加36%、56%和90%,伸肌峰力矩各增加21%、34%和41%,活动能力评分同样得到改善[2]。尝试简单的治疗有时也能成功,如Chamberlain等报道膝关节OA患者于家中自行练习靠墙半蹲(Quad-setting),症状得到改善[3]。练习的另一分类为开链和闭链,膝关节OA多用开链练习以免去体重负荷,但也有用不同负荷的闭链练习来加强本体感觉的。
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    髋关节OA需要加强髋外展和后伸肌,但与膝关节OA相反,肌力练习很少可以起到与后者相同的效果。

    其它适当的活动对改善OA的症状也有一定益处[26],如前述White等的研究表明,较积极参加活动的女教师比缺乏活动的其他教师而言,她们的关节疼痛和僵硬症状更轻微[12]。减轻负荷是另一项治疗措施,如使用免荷支具、手杖,调高坐椅和坐厕,及使用其它一些日常生活辅助等。

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    (1997.05.26收稿), 百拇医药