青年男性下肢力线和髌股疼痛综合征危险因素的相关性

doi:10.12307/2023.858

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

组织内环境的稳定学说：由美国加州大学SCOTTF.DYE提出，认为关节不只是一个机械结构，它是有生命的、代谢活跃的系统。疼痛产生的原因是因为病理状态导致的“外壳作用”的下降。
功能外壳：指的是在一定的活动强度范围内进行活动，关节不会出现症状，超出了活动强度的上限，会出现关节功能的内环境紊乱，从而出现疼痛等症状。功能外壳由解剖因素、运动学因素、生理因素及治疗干预等因素共同决定。功能外壳由内在因素(解剖结构、肌肉力量、身体的柔韧性及灵活性)和外在因素(活动的强度、场地条件、自身装备等情况)共同决定。

背景：目前有关髌股疼痛综合征的危险因素尚不明确，为提高该病的治疗效果，危险因素的研究逐渐成为一个热点。

目的：探讨青年男性跑步人群下肢力线和髌股疼痛综合征之间的关系。
方法：于2021年1月至2022年7月选择同一个跑步人群中的男性受试者70名，其中双膝痛者21名，单膝痛者29名，正常者20名。对所有受试者进行站立位双下肢全长X射线片检查，测量外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角、生理外翻角，进行统计学分析。

结果与结论：①各组组内，左膝与右膝的各指标检测值比较差异均无显著性意义(P > 0.05)；②与正常组比较，单膝痛组、双膝痛组的外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角无明显变化(P > 0.05)，生理外翻角增大(P < 0.05)；③结果显示，生理外翻角的增大或许是髌股疼痛综合征的危险因素。

https://orcid.org/0000-0001-7475-5519(韩冰)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 下肢力线, 髌股疼痛综合征, 生理外翻角, 危险因素, 相关性研究

Abstract: BACKGROUND: The risk factors for patellofemoral pain syndrome are still unclear and research on risk factors is gradually becoming a hot topic in order to improve the therapeutic outcome of this disease.
OBJECTIVE: To investigate the relationship between lower limb alignment and patellofemoral pain syndrome in young male runners.
METHODS: In the same running population, 21 patients with bilateral knee pain, 29 patients with single knee pain and 20 normal runners were collected from January 2021 to July 2022. Full-length X-ray examination of both lower limbs in standing position was performed in all subjects. The lateral distal femoral angle, medial tibial proximal angle, joint line congruence angle, hip-knee-ankle angle, and knee physical valgus angle were measured and statistically analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: There was no significant difference in the parameters between the left and right knees in each group (P > 0.05). Compared with the normal group, no significant changes in lateral distal femoral angle, medial tibial proximal angle, joint line congruence angle, and hip-knee-ankle angle were observed in the single knee pain group and double knee pain group, while the knee physical valgus angle was significantly increased in these two groups (P < 0.05). To conclude, increased knee physical valgus angle may be a risk factor for patellofemoral pain syndrome.

Key words: lower limb alignment, patellofemoral pain syndrome, knee physical valgus angle, risk factor, correlation research

中图分类号:

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图/表（结果） 9

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引言

材料方法

1.1 设计对比观察试验，组内比较采用配对样本的t检验，组间分析采用方程的Levene检验与独立样本的t检验。
1.2 时间及地点试验于2021年1月至2022年7月在解放军第71集团军医院骨科完成。
1.3 对象于2021年1月至2022年7月在某训练基地收集髌股疼痛综合征双膝痛受试者21名，单膝痛受试者29名，并在该训练基地中随机抽选无膝关节疼痛受试者20名，均为男性，年龄19-28岁。所有受试者被告知研究内容并签署知情同意书。研究已通过解放军陆军第71集团军医院伦理委员会批准。
纳入标准：男性，19-28岁，训练量相同、场地相同、装备相同的运动群体；既往无膝关节创伤史，既往无膝关节疼痛病史；膝关节疼痛3个月以上；临床表现：髌骨周围及后方的疼痛，在下蹲、跑步、上下楼、跳跃时疼痛或疼痛加重；下蹲试验阳性。
排除标准：骨性关节炎、骨折、骨肿瘤、髌腱炎、髂胫束综合征、关节游离体、半月板撕裂伤、胫骨结节炎等疾病。
样本量计算：各组的样本数为40，42，29，58(膝)，按照估计总体均值时样本容量确定公式n=[(Zα/2)2σ2]/E2进行计算，其中E为边际误差(极限误差)，该文假设可接受的均值极限误差为0.6°，Zα/2=1.96，是大样本状态下置信度为95%的分位数，σ=1.5，是依据已有样本信息获得的平均标准差，由该公式计算而得n=24，也就是每组样本量超过24，即可满足该文的统计学要求。
1.4 方法对正常组、单膝痛组和双膝痛组受试者行双下肢站立位全长X射线片检查，所有膝关节测量外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角、生理外翻角。由同一名副主任医师给予测量，每个指标测量2遍并取平均值。测量时胫骨结节朝向正前方，下肢不内旋不外旋。各组各指标先进行组内比较，然后再进行各组间比较。

各角度使用Digimizer软件测量，选点及角度定义如下[10-11]，见图1。

选点：髋关节中点为股骨头的中心(Mose圆法)，膝关节中心点选用的是髁间窝的中点及胫骨平台髁间棘的中点，前一个点测量股骨机械轴使用，后一个点测量胫骨轴线使用。踝关节中心为距骨上关节面骨皮质连线的中点。
股骨的解剖轴：股骨中上段髓腔的任一中点，再选取距离该点远端10 cm处的髓腔中点为另一个点，两点的连线即为解剖轴。
股骨的机械轴：股骨头中心和髁间窝中点的连线。
胫骨的解剖轴及机械轴：两轴重叠为同一轴线，为髁间棘中点和距骨上关节面骨皮质连线中点的连线。
生理外翻角：为股骨机械轴和股骨解剖轴所成的夹角。
外侧远端股骨角：为股骨机械轴和股骨远端切线形成的外侧夹角。
内侧近端胫骨角：为胫骨机械轴和胫骨平台平面形成的内侧夹角。
关节间隙角：为股骨远端的切线和胫骨平台平面形成的夹角。
髋膝踝角：为股骨机械轴和胫骨机械轴形成的内侧钝角。
1.5 主要观察指标各组受试者的外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角及生理外翻角。
1.6 统计学分析组内比较采用配对样本的t检验，组间分析采用方差方程的Levene检验与独立样本的t检验。以上数据使用SPSS 22.0软件进行统计学分析，结果使用x±s表示，P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学方法已通过江苏师范大学统计学专家审核。

讨论

髌股疼痛综合征的病因目前并不清楚，一般认为是多因素的综合结果，这些因素可能改变了髌股关节的压力或者和髌股疼痛综合征患者的心理因素有关，从而导致对疼痛的敏感性增强所致。这些因素可以分为所谓的内在因素和外在因素，内在因素指解剖结构、肌肉力量、身体的柔韧性及灵活性等因素；外在因素指的是活动的强度、场地条件、装备等因素。作者按髌股疼痛综合征病因理论演变、危险因素、分型、设计理念及研究内容分析、研究缺陷、研究意义进行叙述及讨论。
3.1 髌股疼痛综合征病因理论学说及理论演变理论学说主要有膝关节内紊乱和髌骨软化学说、髌股关节力线异常学说、组织内环境的稳定学说、其他理论如神经支配学说等。膝关节内紊乱和髌骨软化学说是英国外科医师WILLIAM HEY在1784年提出，1924年，KOENIG首次使用了髌骨软骨软化这一术语并给予推广，至20世纪60年代，髌股疼痛综合征被归因为髌骨软骨软化。1978年，LESLIE和BENTLEY在给髌股疼痛综合征患者进行关节镜检查时，仅有51%的患者有髌骨软骨改变，所以这个学说受到质疑。1991年，ROYLE、DYE及国际髌股关节学组意见：髌骨软化症并不等同于髌股关节痛，所以这个概念被淘汰。1983年，INSALL和同事报道了外科手术中，髌股疼痛综合征与髌股关节力线异常之间的联系大于和软骨软化严重性的联系；FULKERSON和同事也强调了髌股关节力线异常和外侧支持带过紧是髌股疼痛综合征的重要原因之一，所以髌股关节力线异常学说这个理论被大家认可，并由此设计了外科手术去纠正髌股关节力线异常，但疗效大相径庭，近年来髌股关节力线重排手术数量下降。另外，医师们还发现一个现象，即髌股关节力线异常的人并不一定会出现髌股疼痛综合征，有髌股疼痛综合征的也未必有髌股力线异常，所以这个理论又遭到了质疑。
直至20世纪90年代，美国加州大学ScottF.Dye提出：关节不只是一个机械结构，它是有生命的、代谢活跃的系统。疼痛产生的原因是因为病理状态导致的“外壳作用”的下降。所谓的功能外壳[12]，指的是在一定的活动强度范围内进行活动，关节不会出现症状；超出了活动强度的上限，会出现关节功能的内环境紊乱，从而出现疼痛等症状。功能外壳由解剖因素、运动学因素、生理因素及治疗干预等因素共同决定，这就是组织内环境的稳定学说。这个学说的提出并不是对髌股关节力线异常学说的否定，而是相辅相成，相互补充；髌股关节力线的异常，降低了功能外壳的下限，这个学说被广大学者所接受，其核心内容“功能外壳”可能是具有个性化的，这种功能外壳由内在因素(解剖结构、肌肉力量、身体的柔韧性及灵活性)和外在因素(活动的强度、场地条件、自身装备等情况)共同决定，其界限可能是不一样的，它的界限是由哪些指标所决定的，这个学说并没有给出。
3.2 危险因素髌股疼痛综合征危险因素复杂而且多有争议，可分为基于解剖位置的危险因素、基于人体测量学的危险因素和基于性别的危险因素。该文主要探讨基于人体测量学的危险因素。
3.2.1 基于解剖位置的危险因素国际髌股关节疼痛研究协会(international patellofemoral pain reserch retreats，IPFPRR)提出，髌股疼痛综合征生物力学的危险因素按相对于膝关节的解剖位置分为3类：膝关节的危险因素(在髌股关节和髌骨附近的)、近端的危险因素(股骨上段、髋关节和躯干)和远端的危险因素(踝、足)[3，13-14]。
膝关节的危险因素主要有以下几点：膝关节伸肌力量的减弱可能和髌股疼痛综合征有关[15-16]；Q角是不是髌股疼痛综合征的危险因素，目前存在争议；髌骨活动度和髌股疼痛综合征之间有没有相关性，存在争议[17-18]；髌股关节的某些特性可能和髌股疼痛综合征有关。
近端的危险因素：主要在研究髋部肌力上，但臀肌减弱在髌股疼痛综合征发生的关系并不清楚[19-21]。
远端的危险因素：指的是足的危险因素，高弓足不是危险因素，足部姿势、足舟状骨的下沉、足底的负荷(反冲力)可能是危险因素。
3.2.2 基于人体测量学的危险因素这方面的相关文献较少，且主要观点尚未达成共识。常见的相关的测量包括髌股关节的测量、下肢力线的测量及足的测量。
髌股关节的测量：CARLSON等[22]在髌股疼痛综合征组(50膝)和正常组(60膝)中测量了胫骨结节到股骨滑车之间的距离，发现两组存在统计学差异。AYSIN等[23]使用MRI测量了滑车沟角、滑车沟的深度及髌韧带和髌骨最长的对角线(即Insall-Salvati 比率)、外侧的髌股关节角，在早期(1-2期)髌骨软化症患者与非早期(3-4期)的患者之间没有统计学意义。
下肢力线的测量：在国外，该方面的文献少而且主要观点未达成共识。ERDOGANOGLU等[24]将62例单膝痛患者进行分组，疼痛膝为第一组，非疼痛膝为第二组，进行两组的比较分析，发现两组外侧远端股骨角具有统计学差异，内侧近端胫骨角无统计学意义。需要说明的是，这篇文章所选取的患者资料为53例女性、9例男性，平均年龄(44.1±6.1)岁，年龄的中位数为44.1岁，没有区分男性和女性，对于运动水平也未能做到统一化。CITAKER等[25]在门诊收集了52例单膝痛女性，平均年龄(42.01±10.11)岁，经统计，单膝痛患者的两膝外侧远端股骨角和内侧近端胫骨角没有统计学意义，Q角存在统计学差异，该文章也未注意同一运动水平问题。NGUYEN等[26]收集了218名患者及志愿者，其中102名男性，年龄(23.1±3.2)岁；116名女性，年龄(21.8±2.7)岁，作者测量了骨盆角、股骨的前倾角、Q角、胫股角、膝反张、胫骨的旋转、足舟骨下沉，结果显示与正常组相比，髌股疼痛综合征组骨盆角度、Q角、胫股角的增加，仰卧位的膝反张增加，胫骨扭转减少，足舟骨下沉增加，股骨的旋转增加是危险因素。上述文章均提及到Q角在分组中存在统计学差异问题，这是一个有争议的方面，亦有文献和这一观点持相反意见[27-28]。在国内，凡廷旭等[29]在门诊收集21例女性患者，年龄18-55岁，以22例健康女性为对照，使用CT采集了股骨前倾角、颈干角、后髁角、股骨相对胫骨旋转角、胫骨扭转角及髌骨倾斜角的数据，研究结果显示：股骨前倾角、股骨相对胫骨旋转角、后髁角、胫骨扭转角、髌骨倾斜角均有统计学差异。该文献使用CT的方法对下肢旋转力线和髌股关节力线(如髌骨倾斜角)进行了评估，但存在门诊收集患者年龄跨度大、运动量的不统一、对照组未交代年龄等缺陷。
足的测量：和该文研究联系小，故不详述。
3.2.3 基于性别的危险因素性别本身就是危险因素，女性髌股疼痛综合征发病率及患病率要比男性高[2，30]，这是少数能够得到公认的结论之一。BOLINGL等[2]报道，在美国海军学员上髌股疼痛综合征发病率女性是男性的2.23倍。而且做单一运动的女性比做多种运动的女性患病概率要高。关于性别差异问题研究文献很多，因该文纳入的是男性患者，故不展开论述。
3.3 分型对于一个疾病来说，分型(亚群)是极其重要的，因为分型指导了治疗，也使得科研人员能将相同亚型的患者进行分类研究。那髌股疼痛综合征这个疾病的分型研究现状又是什么样的呢？
SELFE等[31]做了一项横向观察研究，研究了髌股疼痛综合征的分组，提出了6个亚组，并有针对性地干预髌股疼痛综合征。这个6个亚组组成的分类系统是基于专家共识以及临床试验[32]，因为这6个亚组之间有重叠，并没有做到相互独立，所以又被重新修改并合并成3个亚组，即减弱和紧张、减弱和足的旋前、增强[31]。目前这个分类系统还没有运用到临床。另外的一个髌股疼痛综合征的分类系统由SELHORST等[33]提出，作者使用恐惧-回避-信念问卷调查以及使用损伤、神经肌肉缺失对髌股疼痛综合征患者进行分类，患者人群为(14.10±1.38)岁的青少年。还有学者总结了文献提出分类建议：过度使用或过度负荷，不伴有其他的损伤；肌力不足；运动的协调障碍；活动性的损害(过度或不足)。目前在分类上并没有做到统一，也没有运用到临床及科研上，这样会带来一个问题，就是科研人员所收集的患者是不是在同一个亚群中，或者众多矛盾的研究结果来源于不同的亚群。
3.4 设计理念及研究内容分析基于组织内环境稳定学说的功能外壳概念，需要尽可能统一其外在因素，在同一化外在因素的前提下进行内在因素的比较。此外，髌股疼痛综合征分型的现状告诉大家，目前分型并不清楚，需要尽可能在相近的人群中进行研究，避免来自于各亚型的人群混杂在一起进行分析比较。所以，此次研究选择了同一个训练基地的群体，按照纳入标准选择青年人(年龄跨度小)、男性(规避性别的危险因素的影响)，他们生活作息统一，训练量及训练强度统一，装备统一，场地统一，故认为尽可能的同化了其外在因素。在此基础上，去研究其力线的差异。首先进行了组内比较，统计学分析显示：3组的组内各指标无统计学差异(P > 0.05)，提示各组的左膝和右膝各指标检测值无统计学差异。又进行了组间比较，统计学分析显示：单膝痛组(包含2个亚组：单膝痛全部膝、单膝组疼痛膝)和正常组相比，外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角无统计学差异(P > 0.05)，生理外翻角存在统计学差异(P < 0.05)；双膝痛组和正常组相比，外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角无统计学差异(P > 0.05)，生理外翻角存在统计学差异(P < 0.05)。生理外翻角为股骨机械轴和股骨解剖轴所成的夹角。此次研究结果显示正常组[男性，年龄(23.45±1.87)岁]的生理外翻角为(5.842±1.514)°。孙茂淋等[10]报道健康男性年龄(22.1±1.2)岁、生理外翻角为(5.7±0.2)°，和此次研究的正常组生理外翻角相近，具有可比性。髌股疼痛综合征患者的生理外翻角国内外均未检索到相关报道。此次研究结果显示，无论是双膝痛组还是单膝痛组，生理外翻角较正常组增大，提示生理外翻角的增大可能是髌股疼痛综合征的一个危险因素，生理外翻角可能影响了髌骨轨迹或髌骨应力的分布，从而出现了髌股疼痛综合征，但它们之间的关系需要进一步研究。此外，也可以理解为增大的生理外翻角可能降低了功能外壳的上限，在一定强度的训练下出现了膝前痛。值得一提的是，在单膝痛组组内比较时，疼痛膝和无症状膝在外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角、生理外翻角上均无统计学差异(P > 0.05)，与CITAKER等所报导的文献结果相似，即CITAKER等[34]在门诊收集52名单膝痛的女性，平均年龄(42.01±10.11)岁，测量了外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角，经统计，单膝痛患者的两膝外侧远端股骨角和内侧近端胫骨角没有统计学意义。而且此次研究结果显示，无论是单膝痛组的全部膝还是单膝痛组有症状膝和正常组相比，外侧远端股骨角、内侧近端胫骨角、关节间隙角、髋膝踝角均无统计学差异(P > 0.05)，生理外翻角具有统计学差异(P < 0.05)，以上说明了单膝痛患者的无症状膝并不等同于正常组的膝关节，不适宜作为正常对照组使用。单膝痛患者两个膝关节组内比较示各角度在统计学上没有差异，但为什么只出现了一个膝关节痛？单膝痛和双膝痛之间是什么关系仍需要进一步研究。
3.5 研究缺陷在国内外未检索到髌股疼痛综合征患者生理外翻角数值的报道，使研究具有很好的创新性，但同时没有相关文献的数据支撑，使得该文结果需要更多的研究去证实。另外，研究选用的人群较为局限，研究结果可能只适用于青年男性高运动量人群。此外，研究样本量也不够大，需要进一步的进行大样本研究。
3.6 研究意义 “功能外壳”的概念关键在于其提出了“阈值”的理念，也就是说只要活动的强度不超过其耐受度(不打破其生理稳态)就不会出现膝关节疼痛的症状。即生理稳态阈值较低的人群，如果其活动量很少，未破坏其生理稳态，也不会出现膝关节疼痛症状；反之，即使生理稳态阈值较高的人群，给予其足够大的运动强度，也会出现膝关节疼痛。那么哪些人体结构和生理稳态阈值密切相关呢？能够降低生理稳态阈值的因素即为危险因素，而研究危险因素就必须尽可能的统一其外在因素(活动的强度、场地条件、自身装备等情况)。该文的研究意义在于识别所谓的危险因素从而达到医学上的预判，即存在这种危险因素的人群其生理稳态的阈值就会低，可能不能适应某种强度的运动量，就像已知扁平足不适于高强度的跑步训练一样。
总之，该文在尽可能同化外在因素的前提下进行了双下肢冠状位力线和髌股疼痛综合征的关系分析，寻找髌股疼痛综合征在下肢力线上的危险因素，结果提示：外翻角的增大可能是髌股疼痛综合征的一个危险因素，或者说外翻角增大降低了功能外壳的上限，使得在一定强度的运动量下出现了髌股疼痛综合征。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程