關(guān)節(jié)動力學因素誘發(fā)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的探討①

何志強 劉海斌 叢培信 蔡探探

(大連理工大學體育教學部 遼寧大連 116024)

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(Knee Osteoarthritis,KOA)是指由于膝關(guān)節(jié)軟骨變性、骨質(zhì)增生而引起的一種慢性骨關(guān)節(jié)疾患,又稱為膝關(guān)節(jié)增生性關(guān)節(jié)炎、退行性關(guān)節(jié)炎及骨性關(guān)節(jié)病等。膝關(guān)節(jié)炎在30歲以上人群發(fā)病率為6%,65歲以上人群發(fā)病率為11%[1]。女性膝關(guān)節(jié)炎發(fā)病率為男性2倍,膝關(guān)節(jié)置換術(shù)也為男性2倍。但髖關(guān)節(jié)炎發(fā)病率男性與女性幾乎相同[2]。

Kerrigan[3]等人從髖、膝、踝關(guān)節(jié)矢狀面內(nèi)運動學與動力學角度對健康青年群體進行了步態(tài)研究,結(jié)果為女性比男性髖關(guān)節(jié)活動度更大,骨盆更前傾,更少的膝伸展角度,更大的膝關(guān)節(jié)屈曲力矩,更小的步寬,額狀面與水平面內(nèi)膝關(guān)節(jié)活動的包羅軌跡更大。但Ferber[4]通過試驗證明男女之間的下肢骨骼解剖學因素如Q角度不是男女之間產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)炎發(fā)病率差異的原因。近些年,我國學者已從關(guān)節(jié)運動學、運動學和足底壓力分布等角度對膝關(guān)節(jié)炎患者步態(tài)特征進行了深入研究。

下肢關(guān)節(jié)力矩可作為揭示人體骨骼肌系統(tǒng)退變的一項重要指標[5-6]。近些年來,人們已開始從不同角度探討關(guān)節(jié)力矩特征與人體走路機制之間的關(guān)系[7-9]。研究發(fā)現(xiàn),人體走路機制可能是產(chǎn)生骨性關(guān)節(jié)炎的重要原因[1-2,7,10-11]。但多數(shù)有關(guān)膝關(guān)節(jié)力學負荷的研究多集中于老年人或是已經(jīng)帶有了某些下肢關(guān)節(jié)疾病的人群,而研究青年人群正常步態(tài)狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)力學關(guān)系的卻很少。

因此,本文利用逆向動力學法計算,比較與分析人體走路過程中膝關(guān)節(jié)所承受的力矩負荷,進而探討關(guān)節(jié)力矩與骨性關(guān)節(jié)炎誘發(fā)的可能性。

1 研究方法

1.1 研究對象

共招募24名志愿者作為試驗對象,男性12名:年齡(25.8±4.3)歲 ,身 高(170.8± 5.2)cm,體 重(68.5± 6.3)kg;女 性12名 ;年 齡(24.4± 3.1)歲 ,身 高 (165.8± 6.4)cm,體 重 (56.5± 7.3)kg,均 無 神 經(jīng) 系統(tǒng)和運動系統(tǒng)疾病。

1.2 實驗設(shè)備

運動學數(shù)據(jù)由Vicon Nexus運動捕捉/分析系統(tǒng)獲得,系統(tǒng)只對貼于人體表面的反光球進行自動識別與數(shù)字化處理。兩臺AMTI三維測力平臺測量足底壓力。

1.3 實驗過程

實驗采用Helen Hayes模型,15個反射球分別帖于試驗對象下肢解剖學標記點。然后,要求試驗對象赤足、沿地面坐標系方向正常行走步速走過8m長通道,攝像機和測力平臺同時記錄下受試者行走時的步態(tài)信息。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計均在SPSS 17.0(美國)環(huán)境內(nèi)完成,采用獨立t值進行假設(shè)檢驗,P＜0.05為差異顯著,P＜0.01為差異非常顯著。所有參數(shù)均除以本人體重:N.m/kg。

2 研究結(jié)果

2.1 矢狀面內(nèi)膝關(guān)節(jié)力矩變化特征

膝關(guān)節(jié)矢狀面內(nèi)伸展力矩與屈曲力矩各2個峰值,分別出現(xiàn)在3%,17%,35%和55%時相。男性和女性在峰值出現(xiàn)時相上均沒有統(tǒng)計學差異。伸展力矩2個峰值均表現(xiàn)為男性小于女性,但均沒有顯著性差異(0.40±0.09vs.0.49±0.11,P>0.05;0.31±0.08vs.0.35±0.07,P>0.05)。屈曲峰值1,男女基本相同(0.18±0.09vs.0.18±0.08,P>0.05)。屈曲峰值2,男性大于女性,但沒有統(tǒng)計學上的差異(0.24±0.09vs.0.16±0.08,P>0.05)。

2.2 額狀面內(nèi)膝關(guān)節(jié)力矩變化特征

膝關(guān)節(jié)額狀面內(nèi)共有2個內(nèi)收力矩峰值,分別出現(xiàn)在18%和50%時相。男性和女性在峰值出現(xiàn)時相上均沒有統(tǒng)計學差異。峰值1和波峰2,男性均小于女性,但均沒有統(tǒng)計學上的顯著性差異(0.32±0.08vs.0.35±0.11,P>0.05;0.48±0.12vs.0.51±0.15,P>0.05)。

2.3 水平面內(nèi)膝關(guān)節(jié)力矩變化特征

膝關(guān)節(jié)在水平面內(nèi)有2個外旋力矩峰值和1個內(nèi)旋力矩峰值分別出現(xiàn)在6%,55%和68%時相。男性和女性在峰值出現(xiàn)時相上均沒有統(tǒng)計學差異。外旋力矩峰值,男性與女性之間均沒有顯著性差異(0.02±0.01vs.0.02±0.01,P>0.05;0.02±0.01 vs.0.02±0.01,P>0.05)。內(nèi)旋力矩峰值,男性非常顯著的小于女性(0.10±0.03vs.0.13±0.02,P＜0.01)。

3 討論

正常人體平面行走支撐期內(nèi),股骨髕面和髕骨關(guān)節(jié)面構(gòu)成的股髕關(guān)節(jié)可以承受2.6倍的體重。由于地面反作用力矢量一直在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)。因此,膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)承受的關(guān)節(jié)力矩大于外側(cè)。膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩可有效的平衡人體膝關(guān)節(jié)的機械負荷。研究表明[8]膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)炎癥狀嚴重性和其內(nèi)收力矩的大小呈正相關(guān)。本文研究結(jié)果顯示,雖然不具有顯著性差異,但矢狀面與額狀面內(nèi)力矩特征基本表現(xiàn)出男性小于女性的總體趨勢。該研究結(jié)果與Kerrigan[3]的實驗結(jié)論基本相同。

可能是實驗儀器所限或是其它原因,Kerrigan并沒有研究膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)的力矩變化規(guī)律。因此,有關(guān)膝關(guān)節(jié)力矩性別差異的結(jié)論是不完整的。本文對膝關(guān)節(jié)水平面力矩研究結(jié)果證明:膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)最大力矩占矢狀面和額狀面內(nèi)最大力矩1/5。支撐期55%時相,女性比男性內(nèi)旋力矩峰值大30%,且呈非常顯著性差異。

從理論上講,女性膝關(guān)節(jié)韌帶較男性松弛。另外,動物實驗得出嚴重關(guān)節(jié)韌帶松弛會導致股性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生,并改變關(guān)節(jié)的力學結(jié)構(gòu)。膝關(guān)節(jié)炎會影響膝關(guān)節(jié),確切的說是脛股關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)囊,導致關(guān)節(jié)軟骨功能漸失。

學者們在研究身體活動能否誘發(fā)骨性關(guān)節(jié)炎時得出了相互矛盾的結(jié)論。原因可能是在他們的研究中實驗對象穿著了不同類型的鞋子。鑒于此,Bennell對男性穿著不同類型的運動鞋進行了比較與分析后得出:鞋的不同類型對人體髖、膝、踝關(guān)節(jié),特別是膝關(guān)節(jié)會產(chǎn)生不同的沖擊力。所以,為了減小不同鞋子對人體行走過程參數(shù)的干擾,此次研究選擇了赤足。

Ferber認為女性髖關(guān)節(jié)的Q角度不是男女膝關(guān)節(jié)炎發(fā)病率差異的解剖學原因。文獻資料顯示,女性額狀面與水平面內(nèi)膝關(guān)節(jié)活動的包羅軌跡比男性更大[7,]。也就是說,性別因素產(chǎn)生了女性膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)旋力矩大于男性。這種由性別差異產(chǎn)生的膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)重復性力矩負荷會對膝關(guān)節(jié)軟骨或韌帶產(chǎn)生負面影響。隨年齡的增長,這種負荷會呈不斷加重的趨勢。如與其它因素如內(nèi)分泌、滑液、創(chuàng)傷等共同作用,進而誘發(fā)膝關(guān)節(jié)炎。

4 結(jié)語

男女常速行走過程中膝關(guān)節(jié)矢狀面與額狀面力矩特征沒有差異,水平面青年女性內(nèi)旋力矩顯著性的大于青年男性。性別差異產(chǎn)生的膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)重復性力矩負荷會對膝關(guān)節(jié)軟骨或韌帶產(chǎn)生負面影響。隨年齡增長,這種負荷的侵蝕作用會逐漸顯現(xiàn)。因此,膝關(guān)節(jié)水平面內(nèi)重復性內(nèi)旋力矩負荷大可能是女性較男性更易誘發(fā)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的因素之一。

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