膝关节退变与早期骨关节炎的探秘：生物力学与生化变化的关键意义

《Arthroskopie》：Biomechanische und biochemische Ver?nderungen bei Degeneration und Früharthrose des Kniegelenks

为解决膝关节退变和早期骨关节炎（OA）的诊断及治疗问题，研究人员开展了膝关节 OA 的生物力学和生化过程研究。结果发现，OA 进展时载荷转移不对称，MRT 技术和生物标志物可用于早期诊断和预后评估。这为正确选择患者、提高重建手术成功率提供了依据。

　　在人体的运动系统中，膝关节就像一台精密却又极易劳损的 “机器”，承担着举足轻重的作用。在日常的跑跳、行走等动态活动时，膝关节所承受的压力常常超过人体自身的重量。正常情况下，韧带、肌腱和肌肉共同协作，维持着膝关节的稳定，而软骨和滑膜液则保障了关节能够灵活地运动。然而，随着年龄增长、过度使用等因素的影响，膝关节开始出现退变，原本和谐的 “工作秩序” 被打破，骨关节炎这一顽疾也悄然来袭。骨关节炎不仅会给患者带来疼痛和行动不便，严重影响生活质量，而且由于其早期症状隐匿，诊断困难，往往导致病情延误，错过最佳治疗时机。目前，对于膝关节骨关节炎的早期诊断和精准治疗，医学界仍面临诸多挑战。在此背景下，来自瑞士巴塞尔大学医院骨科和创伤外科的 Anna Bartsch 等研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Arthroskopie》上，为膝关节骨关节炎的诊疗带来了新的曙光。

研究人员为探究膝关节骨关节炎的生物力学和生化过程，尤其是其对载荷转移、亚骨硬化和骨赘形成的影响，特别关注了磁共振成像（MRT）技术和生物标志物在早期诊断和预后评估方面的应用。该研究对于正确选择患者、提高重建手术成功率具有重要意义。

在研究方法上，研究人员主要采用了磁共振成像（MRT）技术和生物标志物检测。MRT 技术中的 T1ρ 和 T2 映射序列，可用于观察软骨的生化变化；生物标志物检测则通过分析血清和关节液中的相关指标，如 s - Coll2 - 1NO₂、u - CTXII 等，评估骨关节炎的严重程度和进展情况。研究涉及的样本来源于相关临床病例，但文中未详细说明具体队列信息。

下面来看具体的研究结果：

1. 生物力学变化
   • 形态学变化：疼痛是骨关节炎的主要症状，而 X 线检查能提供关节退变的重要形态学信息。现代基于三维成像的骨骼结构分类，可分析早期至中期骨关节炎的三维形态并预测病情进展。通过 X 线影像特征，能区分关节间隙变窄是由炎症还是退变引起12。
   • 软骨退变与载荷转移：随着膝关节退变，透明软骨逐渐磨损，半月板的放射状张力降低，导致载荷转移不对称。内侧间室承受 70% 的总载荷，因此膝关节骨关节炎在内侧间室的发生率是其他部位的 4 倍。压力峰值还会引起亚骨微观结构变化，加速软骨退变3。
   • 亚骨硬化、骨赘形成和疼痛性关节囊张力：软骨丢失会促使亚骨硬化和骨赘形成，亚骨硬化影响软骨营养供应，进一步加重退变。骨赘虽能扩大关节接触面积、维持关节稳定，但会导致关节活动受限，改变关节囊张力，引发疼痛和功能障碍4。
   • 力线改变：关节间隙不对称变窄会导致膝关节力线异常，如内翻畸形。这会改变关节的生物力学杠杆关系，影响关节载荷分布，导致韧带结构慢性受力不均，进一步破坏膝关节稳定性，加重骨关节炎病情5。
   • 肌肉和肌腱萎缩：50 岁左右开始出现线性肌肉萎缩，会影响膝关节生物力学功能。股四头肌和腘绳肌之间的平衡失调，会增加交叉韧带的负荷和膝关节不稳定。同时，肌腱的强度和弹性随年龄下降，也会导致膝关节力量失衡，加速骨关节炎进展67。
   • 运动学变化：膝关节退变患者在行走时表现出典型的生物力学异常，如步长缩短、活动范围受限、足跟着地时膝关节屈曲角度增大、站立相膝关节角度波动增加、膝关节内收力矩增大等，这些变化会增加膝关节内侧间室的负荷，促进骨关节炎进展8。
   
   
2. 生化变化
   • 细胞因子和生长因子的平衡：在健康软骨中，合成代谢细胞因子和生长因子促进细胞外基质合成，而分解代谢的促炎细胞因子则促进基质降解。骨关节炎患者体内基质金属蛋白酶（MMPs）活性增强，打破了软骨合成与降解的平衡，导致软骨结构破坏9。
   • 生物标志物：研究发现多种生物标志物与膝关节骨关节炎相关。如 s - Coll2 - 1NO₂与骨关节炎的影像学和临床严重程度相关，可作为预后标志物；u - CTXII 水平升高预示着病情快速进展和需要膝关节置换手术；血清中的一些蛋白，如脂多糖结合蛋白（LBP）、CD14 蛋白、白细胞介素 6（IL - 6）、肿瘤坏死因子 α（TNF - α）等，也与骨关节炎的不同病变相关10。
   
   

研究结论表明，现代诊断技术如三维成像和生物标志物，有助于膝关节骨关节炎的早期检测和预后评估，进而改善治疗和预防措施，优化患者护理。同时，早期诊断和针对性的患者选择对于制定个性化治疗方案至关重要，可在退行性病变不可逆转之前，选择合适的保关节治疗措施，提高重建手术成功率。此外，研究还发现生物力学和生化因素相互影响，早期干预能够延缓膝关节的进一步损伤。

这项研究为膝关节骨关节炎的诊疗开辟了新的方向。通过深入了解膝关节退变和早期骨关节炎的生物力学与生化变化机制，利用先进的诊断技术实现早期精准诊断，为后续的个性化治疗提供了科学依据，有望为广大骨关节炎患者带来更好的治疗效果和生活质量的改善。