基于生物力学的膝骨性关节的康复治疗

基于生物力学的膝骨性关节的康复治疗一、前言膝关节骨性关节炎（osteoarthritis,OA）即膝关节软骨的非炎症性退行改变，并引起膝关节痛。骨科、康复科、针灸科、疼痛科常见病。占以上科室门诊病人的第三位。多见于老年人，（实际上45岁以上的好发），女性多于男性（10：3）。治疗较困难。二、膝关节运动解剖学1.膝关节解剖膝关节是人体负重最多，运动量最大，结构最完善又最复杂的关节之一。主要结构：骨关节面、关节腔、关节囊。辅助结构：肌肉、韧带、半月板、滑囊、脂肪垫、滑膜褶皱。2.运动时膝关节的负重倍数：躺下来的时候，膝盖的负重几乎是０。站起来和走路的时候，膝盖的负重大约是１～２倍。上下坡或上下阶梯的时候，膝盖的负重大约是３～４倍

。跑步时，膝盖的负重大约是４倍。打球时，膝盖的负重大约是６倍。蹲和跪时，膝盖的负重大约是８倍。3.膝关节的寿命15岁以前：膝关节处于发育阶段，青春期的生长痛多发在膝关节附近。15岁~30岁：膝关节处于“完美状态”，运作起来可以说是不知疲倦。只要不破坏到膝关节组织，基本都感受不到它的存在。30岁~40岁：髌骨软骨产生了早期轻度磨损，会出现一次脆弱期，出现短期的膝关节酸痛，持续几个星期到几个月，有的人甚至还会觉察不到。髌骨软骨是人体膝关节内一层3~5毫米厚的透明软骨，可以为膝关节缓冲运动带来的冲击。但由于髌骨软骨没有神经分布，所以在全层磨损前只会在脆弱期拉响一次“预警信号”，在这段时期内要避免剧烈运动。也是从这个时候开始，对膝关节的使用不能再随心所欲。40岁~50岁：在走远路之后，膝关节内侧容易出现酸痛，用手轻揉之后会缓解。在膝关节中，半月板的作用是缓冲震动、保持稳定。人体的60%体重都是由膝关节内侧支撑，因此内侧半月板的退变发生也比较早。又因为半月板上有神经分布，在退变过程中人可以感受到酸痛。这个现象的到来提醒人们：该开始保养关节了。50岁以上：膝关节会感觉到明显疼痛，这是因为髌骨软骨的“使用寿命”已到，软骨全层磨损，关节炎已经产生。这时候应该节约使用关节，减少剧烈运动，尤其是上下楼梯和爬山，必要时可以使用拐杖来减轻膝关节承受的压力。三、病因、病理与危险因素病因随年龄的老化而发生关节性软骨退行性变继发于损伤、炎症、遗传和代谢内分泌因素病理软骨失去滑液、干燥、粗糙。软骨下骨质改变

、软骨边缘出现、赘生物、骨质增生、囊肿。关节滑膜和关节囊受脱落的软骨碎片的刺激而充血、水肿、增生、肥厚、滑液增多，产生继发性滑膜炎。关节周围软组织纤维化。膝关节关节软骨的主要功能是：

1、把施加于关节上的载荷扩散到较大的区域，以减少接触应力。2、是对应的关节面能以最小的摩擦磨损进行相对运动。生物力学1.1

软组织损伤膝关节生物力学主要依赖于关节正常软组织的结构和功能，各种原因导致膝关节软组织损伤或结构的改变，

均可使其生物力学发生紊乱，应力分布失衡，导致KOA

的发生或病情加重。股四头肌作用于髌骨甚至膝关节，内侧肌的斜行肌纤维无伸膝功能，但能发挥内侧动力作用，使髌骨恰当地运动于髌骨滑车内。膝关节的生物力学测试

发现在屈曲60°范围内股四头肌肌力量的增强有助于维持关节稳定。股四头肌肌力不平衡对髌股关节接触应力和分布状态以及髌骨的位移范围有较大影响。下肢肌力尤其是股四头肌肌力下降是引起

KOA的重要因素，下肢肌群肌力的改变，能干扰膝关节正常载荷的分布，而良好的肌力能有效降低

KOA

的发病风险，减缓关节间隙狭窄的进程以及预防

KOA

患者的软骨磨损。膝关节周围韧带、筋膜肌肉等其它软组织组成了膝关节的外源稳定系统。局部组织产生的张力维持了膝关节的稳定和运动。这些张力是由软组织在静息状态下的一种不随意的、持续的、微小的收缩产生。人体软组织张力的增加和减少直接反映着局部的功能状态及病变程度。特别是筋膜层的张力变化，在急慢性软组织损伤的临床表现中起到非常重要的作用。膝关节韧带作为关节之间维持稳定的组织，在保护关节面的应力平衡方面起着非常重要的作用，这种力的维持有助于保护关节软骨，防止软骨退变。膝关节韧带的力学特性可以通过拉伸、蠕变、应力松弛等试验数据进行表达，韧带之间力学互相影响，病变时韧带力学会发生改变，对关节稳定产生影响，最终导致软骨病变。下肢力线（膝内翻角）：即股骨机械轴与胫骨机械轴的夹角，理想的角度为0°~5°，国人参考值为：男性2.2°±2.7°，女性2.2°±2.5°。股骨机械轴为股骨头圆心与股骨髁间窝顶点的连线，胫骨机械轴为胫骨髁间嵴中点与踝关节中心的连线,踝关节中心取内外踝的中点。

从生物力学来说，下肢力线就是“双腿的重力线”。正常情况下，下肢力线是通过股骨头中心、膝关节中心及踝关节中心的连线，该线过髌骨中心稍内侧。膝关节负荷分布主要由膝关节力线决定，力线不良使局部关节软骨和软骨下骨所受应力增加并发生磨损，是KOA早期发病的重要因素。1.2

下肢力线的改变下肢是一个整体的运动单元，任何一个部位的变化都会引起整个下肢的变化，髋踝足的力学也影响了膝关节在步态中的负重。新近的肌筋膜链理论表明，经过膝关节的肌筋膜链往往贯穿整个下肢，其中任何一条肌筋膜链的松弛或紧绷都能在一定程度上影响下肢的力学轴线，从而诱发膝关节局部乃至腰、髋、踝及足的受力不均衡，从而产生相应的临床症状。膝关节力学结构失衡后，

关节面应力将重新分布，

局部出现应力集中现象，导致膝关节周围出现许多敏感压痛点。下肢力学轴线异常可导致下肢应力传导异常，使膝关节面的软骨发生磨损、

破坏，

并可使膝关节发生退变，进而可诱发

KOA

。临床上常将下肢力学轴线是否正常作为评估膝关节筋骨平衡性的主要生物力学指标，同时也将纠正异常的下肢力学轴线作为治疗KOA的一种手段。1.3

体重和长期负重体型肥胖和长期负重的人，

膝关节受力面相对不会增加，

自身重力和行走时地面的反作用力都会增大，

作用在膝关节面的应力也会增加，膝关节负荷增加，

加快了软骨退变，促进KOA的发生。由于肥胖者自身重力负荷能增加膝关节面的压力，

肥胖者比正常人患膝关节骨性关节炎的风险几率增高

69%。因此体重指数和长期从事高负荷、

过度屈曲等工作，是骨性关节炎(OA)发病最重要的危险因素。1.4

髌股关节失稳1、静力稳定结构：髌骨的内外侧支持带是维持髌骨排列的静力性平衡机制。2、动力稳定结构：股四头肌内侧头和外侧头收缩时的力学平衡是保持运动中髌股对合的动力结构。3、生物力学特点：髌股关节的对合:膝关节伸直时，髌股关节面是分离的，接触自屈膝15°开始，屈膝30°以内，髌股关节尚未进入髁间沟内，易脱位。屈膝超过30°，髌骨进入股骨髁间沟内，相对稳定。屈膝80°以上，形成“腱股接触”。髌股关节接触应力:平地行走时，髌股关节面之间的应力约为人体一半；行走时占人体重量的3倍，上楼时可达体重的4.3倍；深度屈膝时，由于“腱股接触”的参与，有效地增大了接触面积，分担了髌股关节的接触压力，关节面的压强变化不大，对保护关节软骨的正常应力有重要意义。髌股关节的稳定不仅受髌股关节关节面的几何形态，而且受周围软组织的状况影响。髌周软组织在膝关节活动时提供动力性和静力性保护。髌骨的外侧倾斜和外侧移位是髌股对线异常的主要存在形式，其原因可能包括股骨髁的发育异常、髌骨发育异常及高位髌骨、膝外翻和Q角异常增大、内侧支持带松弛、外侧支持带挛缩等多种因素。正常情况下，髌骨具有向外侧移位的趋势；而维持正常的运动轨迹、对抗外侧移位，则主要依赖髌骨的内侧稳定结构。包括髌骨内侧支持带和股内侧肌的斜行纤维。在屈膝的早期，软组织对髌骨起主要的引导作用，屈膝后股骨远端的滑车沟对髌骨的运动产生影响，所以髌骨脱位主要发生于最初的屈膝过程中。各年龄组膝关节疼痛常见原因少年儿童成人老年人髌骨半脱位髌骨软化症骨关节炎胫骨结节骨骺炎内侧滑膜皱襞综合症结晶引起的炎症性关节炎髌腱炎鹅足滑囊炎腘窝囊肿牵涉痛：股骨头骨骺滑脱损伤：韧带损伤，半月板损伤剥脱性骨软骨炎炎症性关节病，类风湿感染性关节炎不同解剖部位疼痛常见原因膝前痛膝内侧痛膝外侧痛膝后痛髌骨半脱位或脱位内侧副韧带损伤外侧副韧带损伤腘窝囊肿胫骨结节骨骺炎内侧半月板损伤外侧半月板损伤后交叉韧带损伤髌腱炎鹅足滑囊炎髌骨软化症内侧滑膜皱襞综合症膝关节软组织磨损的危险因素高龄：50岁以上女性多于男性（10:3）遗传重力劳动、体育运动肥胖膝内翻膝关节外伤膝关节手术四、病史根据主诉可作出初步诊断：深蹲或起立瞬间膝关节后方痛---半月板后角损伤下坡或急停时膝关节不稳感---前交叉韧带损伤膝关节交锁---半月板体部损伤游离体打软腿---上下坡或台阶时打软腿，髌骨后方病变快跑或快走改变方向时打软腿---前交叉韧带损伤、髌股关节紊乱等。弹响－关节内：盘状半月板、半月板损伤。－关节外：肌腱滑动、内固定物。引起膝关节症状的原因常具有提示性外伤性 关节内外稳定结构劳损性 肌肉肌腱止点病退变性 关节软骨受伤机制在诊断膝关节损伤很有价值过屈位损伤过伸位损伤内旋内翻外旋外翻———后交叉韧带———前交叉韧带、后交叉韧带———外侧副韧带、前交叉韧带———侧副韧带、前交叉韧带各种不同方向的撞击伤常意味着相应组织结构的破坏；半月板损伤也常与膝部的旋转活动有关；发病或受伤时间在诊断中具有重要意义半月板损伤在急性期有典型的症状和体征，但是在转为陈旧性以后可能仅有打软腿和关节内异物嵌夹的感觉。前交叉韧带损伤在早期可能仅有关节不稳定的感觉，当产生较为复杂的痛感时，就意味着关节软骨、半月板和辅助的关节稳定结构的进一步损伤；轻度的后交叉韧带损伤在早期由于股四头肌的代偿一般无特殊不适，但当出现膝前痛时常意味着髌股关节的严重退变。五、临床表现多见于50岁以上，女性多于男性，（60岁以上人群

35%~50%；75岁以上80%。）。膝关节疼痛。膝关节周围压痛（多个痛点）。膝关节肿胀、积液、软组织增生、骨质增生。膝关节畸形、膝内翻

。膝关节功能障碍、关节僵硬、不能下蹲、上下楼梯困难。疼痛特点:1.始动痛:膝关节处于某一静止体位较长时间,刚一开始变换体位时疼痛,也有人称之为“胶滞现象”,活动后减轻,负重和活动多时又加重,具有“重一轻一重”的规律。2.负重痛:患者常诉说游泳、骑自行车时膝不痛,而上下楼、上下坡时膝痛,或由坐位或蹲位时站起时痛,或是拉孩子、提担重物时膝痛。3.主动活动痛:因主动活动时肌肉收缩加重了关节负担。4.休息痛:膝关节长时间处于某一体位静止不动或夜间睡觉时疼痛,又称静止痛。症状疼痛开始时多为轻度、间歇性，以后逐渐加重且呈持续性，最后发生活动受限。体征关节肿大触痛活动响声畸形和功能障碍膝关节痛的致痛源滑膜关节囊（关节内疼痛）纤维性关节囊（关节周围疼痛）韧带（关节周围疼痛）肌肉（膝关节支持软组织疼痛）肌腱附着部位、筋膜（骨膜疼痛）骨膜、骨骼（骨痛、关节周围疼痛）六、检查1.

体查（两侧对照）患者步态：跛行膝关节外形：变形、肿胀触诊：压痛、波动感（积液）被动活动：可能受限、摩擦音、响声查体—外观肿胀、炎性积液、滑膜增生、萎缩；排除神经、骨骼因素外，严重的股四头肌萎缩，多有关节内结构损伤，股四头肌萎缩以股内侧肌最早。前交叉韧带损伤股内侧肌萎缩特别明显。膝关节力线膝关节不能并拢：膝内翻踝关节间距过大：膝外翻查体—关节活动真性交锁－关节内嵌夹断裂的交叉韧带残端；破裂的半月板（半月板前角损伤不产生交锁症状）；游离体；异常增生的滑膜；破裂的滑膜皱襞。假性交锁－疼痛性伸屈膝受限关节内血肿；急性关节积液；内侧副韧带损伤。查体—压痛外

侧

：腓骨头---股二头肌腱止点炎外侧副韧带---外侧副韧带损伤股骨外上髁---髂胫束磨擦征腘肌止点---腘肌止点炎前

侧：股四头肌腱止点---股四头肌腱止点炎髌骨下极---髌尖炎（跳跃膝）髌韧带中部及两侧

---髌韧带炎、髌下脂肪垫肥厚胫骨结节---胫骨结节骨骺炎髌骨内侧---髌骨关节脱位／内侧滑膜皱襞综合征髌骨表面---急性外伤髌骨骨折／无外伤疼痛性二分髌骨（外上极）内

侧：鹅足---鹅足炎半膜肌止点---半膜肌止点炎内侧副韧带---内侧内侧副韧带损伤内侧关节间隙---内侧半月板损伤胫骨上端内侧干骺端部---骨软骨瘤髋关节疾病引发膝内侧痛（闭孔神经支配）---无明显压痛点，髋关节功能障碍，少儿多见后

侧:腘窝---腘窝囊肿---腘窝脂肪垫炎---腘动脉挤压综合征腘绳肌

---腘绳肌止点炎---腘绳肌痉挛OA膝关节前部压痛点OA膝关节内侧压痛点OA膝关节外侧压痛点OA膝关节后部压痛点与膝关节有关的激痛点短收肌长收肌內收肌群股薄肌內收肌群耻骨肌肌縫匠內收肌群內收肌群大收肌前面观后面观侧面观2.实验室检查白细胞血沉类风湿因子血尿酸一般无异常发现3.

影像学检查X线

四个方向X线影像早期可无改变关节间隙变窄、不均匀、消失（成人＜3mm;

老年人＜2mm）。骨赘形成关节内游离体、骨质疏松软骨下骨板硬化、囊性变膝关节退行性变（胫骨平台软骨下钙化)膝关节退行性变(骨赘形成)膝关节退行性变（半月板钙化、膝关节变形）股骨内翻内旋

, 胫骨平台内侧

, 压力加大

, 磨损变窄股二头肌阔筋膜张肌缝匠肌半腱肌半膜肌股薄肌胫骨内旋,

髌骨侧倾,

造成髌股关节炎,

髌骨软化症膝关节骨性关节炎分期（阶段）1期：正常期2期：急性炎症期3期：慢性炎症期炎症活动期炎症静止期4期：骨痛期七、诊断年龄50以上（中老年人）膝关节疼痛、活动痛、功能障碍可有压痛，膝关节肿胀增大X线的改变鉴别诊断：风湿性关节炎、痛风性关节炎、结核、膝滑囊炎、韧带损伤、半月板损伤八、治疗一般治疗（保守治疗）药物治疗(口服药)适当休息理疗；针灸；中药外敷运动疗法肥胖者减肥推荐综合治疗髌骨包扎技术:通常是要对髌骨施加向内侧方向的力。患者仰卧

,

保持一个舒适的体位

,

膝关节伸直，用一条胶带黏在髌骨中央

,

尽量保持胶带的中央与髌骨的中央相对

,

胶带的内外侧边要与膝关节的内外缘对齐

,

胶带的长度要为患者膝关节围度的50%

。在固定黏带时要保持髌骨在内侧

,

故在固定髌骨后

,

在膝关节内侧会出现一个明显的皱痕

，一般将皱褶的宽度定为2cm,

目的是将黏带对髌骨的向内侧的力定量化、标准化。运动疗法一般主要包括等长、

等张和等速肌力训练。由于等长训练不需要关节活动，

能够提高关节的稳定性，

因此适合老年人、关节积液多、炎性反应重和关节肌力较弱的采用。等速肌力训练是提高肌肉力量最好的方法，

而且具有更好的疗效和安全性。膝关节骨性关节炎患者由于长时间疼痛导致肌肉废用性萎缩，

尤其以股四头肌萎缩最为明显，

造成膝关节周围拮抗肌肌力失衡，

影响了膝关节的稳定性。因而加强膝关节周围肌肉力量训练就显得尤为重要，

等速肌力训练是增强肌力、恢复关节稳定性重要的方法之一。股内侧肌斜束训练坐位训练：大腿屈曲45度外旋位，用枕头或毛巾卷垫在膝关节后方,放足够重的沙袋在踝关节（从1kg逐渐增加至5kg）,

用力收缩大腿内侧肌肉，克服踝关节重量伸膝，但是足不要抬起。用手放在大腿内侧感觉肌肉的收缩，但是其它大腿肌肉放松。收缩保持10秒钟，放松几秒钟,重复10分钟，每天2次。站立训练：站立位，两脚平行（或稍内八字）与肩等宽，双膝屈曲约15度，双腿间夹一小球，用力内收，保持20秒，放松几秒钟，重复10分钟。行走训练：将体重移向患肢,使股内侧肌收缩，保持患肢股内侧肌收缩的情况下迈出健侧下肢，膝关节稍外旋，并将重心移向患足，重复10分钟，每天2次。台阶训练：用小板凳作为台阶，患足站在30cm高的台阶上，重心位于患足稍外侧，膝关节位于患足的正上方，登上台阶，股内侧肌收缩以保持膝关