基于“经筋–生物力学–炎症反应轴”探讨膝骨关节炎的发病机制

The Pathogenesis of Knee Osteoarthritis Was Explored Based on the “Meridian-Biomechanics-Inflammatory Response Axis”

摘要: 膝骨关节炎(KOA)是一种慢性退行性关节疾病，其发病机制涉及多系统间的复杂交互作用。本研究基于“经筋–生物力学–炎症反应轴”理论框架，将中医经筋学说与现代生物力学及分子病理学相结合，系统性地阐述了KOA的跨学科发病机制。研究发现，经筋系统功能紊乱(特别是足三阳经筋的张力异常)会直接引发下肢力线偏移和关节应力分布异常，力学失衡通过激活MAPK/NF-κB等关键信号通路，触发IL-1β和TNF-α等促炎因子的级联释放，炎症微环境通过痛觉敏化和神经血管新生等途径加重经筋系统功能失调，由此形成“筋结形成–力学失稳–炎症扩散”的恶性循环。本研究提出的理论为理解膝骨关节炎的发病机制和制定早期防治策略提供了跨学科研究框架。

Abstract: Knee osteoarthritis (KOA) is a chronic degenerative joint disease, whose pathogenesis involves complex interactions among multiple systems. This study, based on the theoretical framework of the “meridian-mechanobiology-inflammation axis”, combines traditional Chinese medicine meridian theory with modern biomechanics and molecular pathology to systematically expound the interdisciplinary pathogenesis of KOA. The research found that dysfunction of the meridian system (especially abnormal tension of the three yang meridians of the foot) directly leads to lower limb force line deviation and abnormal joint stress distribution. Mechanical imbalance activates key signaling pathways such as MAPK/NF-κB, triggering a cascade release of pro-inflammatory factors such as IL-1β and TNF-α. The inflammatory microenvironment aggravates meridian system dysfunction through pathways such as pain sensitization and neurovascular neogenesis, thereby forming a vicious cycle of “meridian knot formation-mechanical instability-inflammation spread”. The theory proposed in this study provides an interdisciplinary research framework for understanding the pathogenesis of knee osteoarthritis and formulating early prevention and treatment strategies.

1. 前言

膝骨关节炎是一种慢性退行性骨关节疾病，主要表现为关节周围肌肉、滑膜、韧带及软骨等结构的系统性损伤。流行病学调查显示，我国该病总体患病率已达14.6%，在40岁以上人群中发病率随年龄增长而上升，女性患者明显多于男性。由于该疾病具有高致残率和进行性发展的特点，已成为导致中老年人下肢疼痛和功能障碍的主要原因，造成重大社会经济负担[1] [2]。

在中医理论中，该病属于“筋痹”和“骨痹”范畴。《黄帝内经》提出的“宗筋主束骨而利机关”理论，说明了经筋系统对关节功能的调控作用。经筋学说在《灵枢·经筋》中建立了完整的诊疗体系，经过两千多年的临床实践不断发展完善[3]。现代医学研究表明[4]，下肢生物力线偏移导致的异常应力分布会激活MAPK、NF-κB等信号通路，引发炎性因子级联反应。这一病理过程不仅加速软骨基质降解，还会通过滑膜炎症促进骨赘形成，同时刺激外周痛觉感受器向中枢传递疼痛信号[5]。基于这些发现建立的“经筋–生物力学–炎症反应轴”理论，将中医整体观与现代病理机制相结合，为理解膝骨关节炎的发病机制和制定早期防治策略提供了跨学科研究框架。

2. “经筋–生物力学–炎症反应”理论概述

2.1. 经筋的定义与功能

经筋作为复合动力结构，在西医解剖学中被定义为由肌纤维、筋膜及关联神经血管构成的力学传导系统[6]。这种遵循特定走行规律的链条式结构，与《解剖列车》提出的张力传递路径在解剖学上具有相似性[7]。其核心功能在于维持骨骼动态平衡与力学传导，通过整体性应力分布调节肢体运动。

运动生物力学研究表明，膝关节重复负荷易导致足三阳经筋出现应力代偿，形成以压痛、条索样改变为特征的筋结点。中医理论强调经筋通过“束骨利节”功能参与气血输布，此生理特性为临床治疗提供依据：如燔针疗法通过激发针感传导实现“通络止痛”[8]；房敏团队创立的“调筋为先”推拿法则，通过缓解软组织痉挛改善局部微循环[9]。

2.2. 生物力学

2.2.1. 下肢力线异常

下肢力线指股骨头中心至踝关节中心的连线，正常膝关节轻度内翻以适应重力线[10]。生物力学失衡时，胫骨角破坏导致关节软骨异常应力集中，加速退变并引发畸形。研究表明，KOA患者步态异常与疼痛程度显著相关，额状面内收力矩峰值及屈伸力矩异常是疼痛加剧的独立预测因子[11]。力线矫正对恢复关节力学平衡至关重要。

2.2.2. 膝关节稳定性下降

KOA本质上是动静复合稳定系统失衡：骨–韧带系统构成静力稳定基础，肌肉–筋膜系统提供动力调节。稳定性丧失引发关节应力重分布，表现为股四头肌萎缩、韧带松弛及软骨退变等病理特征[12]。这种力学紊乱形成“关节不稳–应力异常–组织损伤”的恶性循环。

2.3. 炎症反应

KOA以慢性炎症为核心病理特征，滑膜炎症与软骨降解相互影响。炎性介质网络通过激活软骨细胞降解酶，加剧关节破坏[13]。值得注意的是，疼痛引起的步态代偿会加重力学异常，而力学失衡又进一步促进炎性因子释放，形成“炎症–力学失衡”的相互作用链。虽然炎性标志物与疼痛的相关性为弱至中度[14]，但其级联反应仍是治疗的关键靶点。

3. “经筋–生物力学–炎症反应”的交互作用机制

3.1. 经筋失衡的直接力学效应

中医经筋与现代医学肌筋膜链在解剖结构与功能中表现出高度对应[7]，经筋失衡可表现为肌肉-筋膜链张力异常。十二经筋中的足六经筋起于足部，必经膝关节，与KOA的发生发展密切相关。其中早期以足三阳经筋为主[15]。

3.1.1. 足太阳经筋

“起于足小趾，上结于踝，斜上结于膝，……上至腘窝内侧，与腘中并行，上结于臀部。”[16]其主要分布于小腿后侧及腘窝，主导踝膝关节屈伸及轻微外旋功能。长期从事负重行走工作腘绳肌、小腿三头肌等肌肉因反复牵拉痉挛而导致挛缩，使患肢无法伸直[17]。步态分析显示[18]，腘绳肌损伤会导致屈膝力矩下降、内收力矩增加，支撑相膝关节屈曲角度减小，进而增加关节前侧压力，加速软骨磨损。

3.1.2. 足少阳经筋

“起于第四足趾，上结于踝。……前支结于股四头肌上方，后支结于骶骨。”长期进行膝关节负重屈伸活动，可导致腓侧副韧带、髂胫束、梨状肌等结构疲劳损伤，引发小腿内旋、大腿外旋，形成X型腿。髂胫束上方起自髂嵴外唇，下方止于胫骨外侧髁。研究表明[19]，当长期反复刺激髂胫束，使其紧张时，可增加股骨内收角度，导致膝关节外翻力矩上升，外侧间室峰值压力增加18%。此时异常力线可直接加重外侧关节软骨磨损。

3.1.3. 足阳明经筋

“起于中三趾，结于跗上，斜外上加于辅骨，上结于膝外廉，……上循伏兔，上结于髀，聚于阴器，上腹而布。”长期从事负重屈膝活动，可使股四头肌长期处于牵拉状态并导致疲劳。股四头肌不仅能够控制膝关节屈曲运动及维持膝关节稳定性，其肌肉力量与膝关节屈曲峰值力矩呈显著正相关。此外，股四头肌的肌肉结构和质量对膝关节外收力矩和内收力矩具有重要影响[20]。当股四头肌肌力下降时，会导致膝关节屈伸功能障碍，进而引起负重期胫股关节的异常偏移[21]。

3.2. 膝关节稳定性下降

膝关节的稳定性分为以肌肉为主的“动态系统”与以骨、关节软骨、半月板等为主的“静态系统”。

3.2.1. 肌肉的动态平衡

肌肉在运动过程中的应力大小主要由两部分构成[22]：① 肌肉协同收缩产生的肌力；② 地面反作用力产生的关节反作用力。KOA早期患者往往由于长期负重或重复动作导致特定肌肉疲劳、牵拉，此时关节稳定性下降，屈伸肌群的协同收缩率增加。然而，协同收缩率升高会增大关节接触力，同时膝关节外收力矩增高导致过度负荷，进而加速关节软骨磨损[23] [24]，形成恶性循环。

3.2.2. 半月板

下肢力线异常及膝关节负荷过重会造成慢性超负荷，这种超负荷导致半月板发生生物力学退变，病变部位主要集中于内侧半月板后角或体部，表现为厚度差异[25]。现代研究表明膝内翻每增加一度，内侧半月板退变性损伤的风险增加约1.3倍[26]。过度负荷首先造成内侧半月板撕裂，继而损害其缓冲和稳定功能。这种生物力学负荷的持续增加会直接导致关节软骨损伤，而软骨损伤又会进一步加重膝内翻畸形，从而形成恶性循环。

3.2.3. 前交叉韧带

前交叉韧带的损伤与KOA存在双重机制关系：原发性KOA可引起前交叉韧带退行性病变，而前交叉韧带原发损伤也可能导致KOA [27]。从组织学角度来看，Nakamura Y [28]等人的研究表明，KOA患者的骨赘形成后，其持续的摩擦力会引发前交叉韧带退行性病变，表现为黏液样改变。这些变化会导致膝关节后侧疼痛，进而出现囊性病变。终末期KOA由于前交叉韧带胶原变性而不能完全恢复膝关节功能，从而引起关节变形和疼痛。

3.2.4. 关节软骨

作为特殊的弹性组织，关节软骨不仅能够有效缓冲运动冲击，还在维持关节稳定性方面发挥关键保护作用。当应力分布失衡时，关节软骨承重面转移至非频繁承重面，导致其周围的软骨下骨的骨小梁断裂，引发疼痛[29]。此时患者会通过改变步态来缓解应力分布失衡，从而形成恶性循环。研究表明[30]，在骨关节炎指数(WOMAC)评分量表上，24个月内软骨厚度每减少0.1 mm，则WOMAC疼痛评分相应提高0.32分。还发现软骨厚度减少与滑膜炎评分升高呈显著相关。

针刀疗法[31]可以有效提升腘绳肌、腓肠肌、胫骨前肌肌力，针刀松解合阳内治疗KOA可濡养膝周组织，束骨利关节，达到调筋治骨、筋骨平衡之效。

3.3. 力学改变所产生的炎症反应

3.3.1. 促进炎症因子分泌，加速关节软骨退化

研究表明关节损伤会刺激机体释放炎症介质，加速软骨基质水解，影响局部微循环，从而进一步刺激周围组织发生炎症反应[32]。炎症因子参与膝关节微循环，维持其内环境的稳定。常见的炎症因子有白细胞介素(InterleukinIL) IL-1β、IL-6、IL-15、IL-17以及肿瘤坏死因子(TNF)-α，此外，趋化因子及其受体，如MCP-1/CCL2、IL-8/CXCL8和GRO-α/CXCL1也参与其中[33]。值得注意的是，IL-1β与PGE2存在协同作用，能显著加速软骨细胞凋亡和基质降解。TNF-α则主要通过诱导前列腺素E合成、引发软骨细胞过氧化反应和刺激骨母细胞分泌破骨细胞活化因子，从而促进对软骨的吸收作用，同时能够抑制基质大分子的合成、刺激软骨降解酶、介导前列腺素(PGE2)的合成和分泌，也可以导致软骨破坏与骨的吸收[34]。

3.3.2. 信号通路调控与软骨细胞凋亡

目前研究较多的涉及促进或抑制KOA发生相关的信号通路有十余条，如NF-κB信号通路、MAPK信号通路、PI3K-Akt信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、Notch信号通路等。NF-κB作为异源二聚体转录因子，通过结合特定DNA序列(κB位点)反式激活众多免疫调节基因的转录。NF-κB信号通路最终影响膝关节软骨基质重塑、软骨细胞凋亡、滑膜炎症，并对终末软骨细胞分化的上下游调节因子也具有间接刺激作用[35]。MAPK信号通路主要可分为MAPK/ERK和MAPK/p38两种。MAPK/ERK信号通路的激活与软骨修复机制、软骨过度生长以及骨软骨病的形成发展密切相关。研究发现[36]成骨细胞分化的关键调节因子Runx2转录因子的激活可通过机械应力诱导的MAPK通路激活来实现，从而促进成骨细胞分化。MAPK/p38信号通路则与软骨变性过程相关，p38-MAPK信号通路的激活可引发线粒体功能障碍，进而导致人软骨细胞氧化应激、细胞凋亡及软骨变性[37]。

3.4. 炎症微环境对经筋–力学的反馈

不通则痛，是中医对疼痛病机的核心阐释。《灵枢·周痹》有云：“……迫切而为沫，沫得寒则聚，聚则排分肉而肉裂，肉裂则痛，痛则神归之……”此段明确指出疼痛源于组织病理渗出对经脉的病理性刺激。现代研究表明，当肌肉长期处于劳损或超负荷状态时，可导致肌肉萎缩、疲劳性筋损。经脉伏行于分肉(经筋)之间，经筋损伤会间接影响经脉通畅性，这种横络卡压导致的气血阻滞正是疼痛产生的关键机制。

在现代医学视角下[29]，虽然软骨组织本身是无血管的疼痛神经纤维分布区，但关节软骨损伤后，在软骨与滑膜组织、骨质基底及半月板接合区域会形成特殊的生物通道。这些病理结构为新生血管浸润提供了途径。在此过程中，具有再生潜能的软骨细胞会大量分泌血管内皮生长因子。同时，受损细胞释放的神经肽等物质与生长因子协同作用，共同诱导感觉神经末梢生长，形成新的痛觉感受器。此外，肌肉、韧带等其他组织出现黏连，牵拉膝关节相关血管与神经，通过痛觉敏化引发疼痛。此为膝骨关节炎经脉痹阻的病理基础[38]，与“不通则痛”理论不谋而合。

KOA患者步态周期的支撑相百分比增加[39]，提示患者为减轻因关节面载荷增加引发的疼痛刺激，通过加快健侧下肢的支撑转换速度来缩短患肢单腿负重时间。这种适应性步态调整可使身体重心在冠状面上的偏移量减小，进而降低地面反作用力矢量与膝关节旋转中心间的横向距离，最终实现降低膝关节内侧间室接触应力的保护性效应。研究表明[40] KOA患者会通过代偿性步态来缓解疼痛、减轻膝关节内负荷。通过结筋点刃针松解法对膝骨关节炎兔股四头肌进行干预[41]，可有效降低炎症水平，减轻组织张力，改善肌肉萎缩，从而改善生物力学行为。针刀松解激痛点联合经筋推拿[42]治疗能够降低血清中TNF-α、IL-6水平，从而减轻疼痛，提高患者生活质量。针刀疗法[43]可有效改善木瓜蛋白酶诱导的兔KOA模型。其分子机制可能与A3R活化进而抑制促炎因子IL-1β、TNF-α的表达以及MAPK/ERK信号通路的激活相关，从而减轻炎症反应，延缓KOA进展。

4. 展望

KOA作为慢性疾病，具有三高特征：高发病率、高机制复杂性和高治疗周期需求。在临床实践中，缓解患者疼痛以恢复其正常运动功能是一个重要挑战。“经筋–生物力学–炎症反应轴”理论揭示：经筋系统失衡引发关节力学异常，异常应力通过MAPK/NF-κB等通路激活炎性级联反应，形成“筋结形成–软骨磨损–滑膜炎”的闭环病理。本文所述经筋系统失衡所致的下肢生物力学异常是KOA发病的始动因素，然而，临床上观察到一部分骨质疏松患者，骨强度降低的情况下，早期软骨下骨吸收增加会进一步加重软骨退化程度[44]，其也可造成KOA的发生发展。但两者之间的发病机制，现有研究尚未阐述清楚。现代研究证实，经筋系统与现代筋膜理论的解剖功能对应性可解释膝关节运动学异常，但经筋调控软骨负荷的量化模型尚未建立。临床实践显示，针刀推拿等疗法虽能通过调节IL-1β/TNF-α水平改善炎症微环境，但其恢复下肢力线的生物力学机制仍需跨学科研究验证。未来研究仍需深入探索经筋理论与现代生物力学相结合的具体应用，进一步优化个体化诊疗方案，从而为膝骨关节炎的综合治疗提供新的视角与方法。

NOTES

^*通讯作者。