膝关节骨关节炎患者在步态过程中，膝关节肌肉激活与髌下脂肪垫形态变化之间的关系

《Journal of Electrocardiology》：Relationship between knee muscle activation and morphological changes in the infrapatellar fat pad in patients with knee osteoarthritis during gait

膝关节骨关节炎患者行走时髌下脂肪垫（IFP）形态变化与股四头肌激活无显著关联，但侧向腘绳肌协同收缩与IFP形态变化呈显著负相关，提示肌肉协同收缩可能影响IFP动态并参与OA机械病理过程发展。

　　

Kexin Zhu | Yoshuke Ishii | Akinori Nekomoto | Goki Kamei | Riko Okinaka | Takato Hashizume | Kohei Matsumura | Miharu Sugimoto | Minoru Toriyama | Yuko Nakashima | Makoto Takahashi | Nobuo Adachi

日本广岛大学生物医学与健康科学研究生院生物力学系

摘要

髌下脂肪垫（IFP）在膝关节骨关节炎（OA）患者的机械病理学中起着重要作用，其在行走过程中的形态变化可能作为检测该疾病的指标。然而，膝关节OA患者在行走时膝关节肌肉激活对IFP形态的影响仍不清楚。本研究探讨了膝关节OA患者在行走过程中肌肉激活与IFP形态变化之间的关系。共有22名膝关节OA患者参与了这项横断面研究。通过超声成像和三维运动分析系统测量了患者在行走过程中的IFP厚度以及运动学和动力学数据。同时记录了股四头肌和腘绳肌的活动情况，并计算了肌肉协同收缩指数。研究未发现股四头肌激活与IFP参数之间存在相关性。相反，在站立阶段观察到IFP形态变化与外侧肌肉协同收缩之间存在显著的负相关关系。这些结果表明，膝关节肌肉的协同收缩可能导致行走过程中IFP动态性能下降，从而可能在膝关节OA患者的机械病理学变化发展中起作用。

引言

膝关节骨关节炎（OA）是一种影响整个关节的退行性关节疾病，涉及所有关节组织，会限制日常生活活动（ADL）并降低生活质量（Guccione等人，1994年；Heiden等人，2009年；Muraki等人，2010年）。膝关节OA患者在行走时常会出现稳定性下降和肌肉无力，这与膝关节所承受的机械应力有关（Ghazwan等人，2022年；Henriksen等人，2010年；Li等人，2004年）。阐明行走过程中负荷分布的变化是预防疾病进展和解决膝关节OA相关功能障碍的第一步。

膝关节内的负荷分散是一个涉及多种组织和结构的复杂过程，其中髌下脂肪垫（IFP）起着重要作用。IFP是一种位于膝关节前部的脂肪组织，在膝关节屈伸过程中会发生形态变化。据推测，该结构能够缓冲负荷并有助于髌骨在髌股关节内的稳定（Chang等人，2018年；Dragoo等人，2012年）。然而，在OA患者中，IFP的炎症和僵硬会导致关节活动受限和负荷传递功能障碍（Pettenuzzo等人，2025年）。尽管在负重条件下进行动态评估较为困难，但通常使用磁共振成像（MRI）来评估IFP的形态（Li等人，2022年）。大多数现有研究都是在静态、非负重状态下研究IFP的（Bohnsack等人，2005年；Dragoo等人，2010年；Naredo等人，2021年），关于其在动态、负重状态下的行为的研究较少。因此，了解IFP在运动过程中的形态特征对于理解其在负荷分散机制中的作用非常重要。

IFP附着在髌骨近端肌腱上，并间接与股四头肌相连（Dragoo等人，2012年），其形态会随着股四头肌的活动而发生变化（Naredo等人，2021年）。在正常的步态周期中，股四头肌在负荷响应阶段进行离心收缩以缓冲脚跟着地时产生的冲击，同时也会引起IFP的形态变化。然而，肌肉活动与IFP形态之间的关系仍不明确。膝关节OA引起的肌肉活动变化或异常可能对膝关节的内部负荷环境产生负面影响（Trepczynski等人，2018年），并可能影响IFP的形态变化过程。研究肌肉激活与IFP之间的关系有助于阐明膝关节OA患者在行走过程中的负荷分布机制，从而为治疗或干预策略提供依据。

本研究旨在探讨膝关节OA患者在站立阶段IFP的动态变化与股四头肌激活之间的关系，并进一步明确IFP在负重中的作用。我们假设IFP的形态变化与负荷响应阶段的肌肉活动有关。

参与者

共有22名单侧或双侧内侧膝关节OA患者参与了本研究（平均年龄：66.9±11.6岁）。所有参与者均接受了放射学诊断，OA的严重程度使用Kellgren–Lawrence（K/L）分级系统进行评估（Kellgren和Lawrence，1957年），并通过股胫角（FTA）（McDaniel等人，2010年）评估膝关节对齐情况。

纳入标准如下：（1）主要影响膝关节内侧间室的原发性胫股关节OA；（2）

参与者人口统计数据

基本人口统计数据见表1。研究共纳入22名K/L分级为Ⅰ–Ⅲ级的患者，平均FTA为178.6±2.8°。

IFP的形态变化

图3A显示了站立阶段IFP厚度的波形。IFP的最大厚度出现在站立阶段的平均23.9±4.7%时，平均ΔIFP值为0.9±0.3毫米。

运动学和动力学数据与IFP的相关性

基于膝关节屈曲角度和屈曲力矩的波形，分析了膝关节屈曲角度、屈曲力矩以及IFP厚度的变化

讨论

据我们所知，这是首次探讨膝关节OA患者在步态过程中IFP动态变化与肌肉活动之间关系的研究。我们的研究未发现站立阶段IFP厚度变化与股四头肌激活之间存在相关性。然而，观察到了与外侧腘绳肌激活相关的CCI（肌肉协同收缩指数）的相关性。这些结果与我们的初始假设相矛盾。

对IFP形态的分析

结论

外侧肌肉的协同收缩可能导致膝关节OA患者IFP的形态变化，表明肌肉活动与IFP行为之间存在潜在的生物力学联系。

人权声明和知情同意

本研究获得了广岛大学研究伦理委员会的批准（批准编号：E2021-2498-02），符合1964年《赫尔辛基宣言》及其后续版本的规定。本研究是在获得每位参与者知情同意的基础上进行的。

资金来源

本研究得到了柯尼卡美能达科学技术基金会的科学研究资助。

作者贡献声明

Kexin Zhu：撰写——初稿、方法学、研究设计、数据分析。Yosuke Ishii：撰写——审稿与编辑、方法学、资金获取、数据分析。Akinori Nekomoto：撰写——审稿与编辑、资源协调。Goki Kamei：撰写——审稿与编辑、资源协调。Riko Okinaka：研究设计、数据分析。Takato Hashizume：方法学、数据分析。Kohei Matsumura：研究设计、数据分析。Miharu Sugimoto：研究设计、数据分析。Minoru Toriyama：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢柯尼卡美能达公司的Kaoru Okada和Kazuya Takagi对超声测量的支持。