引用本文： 李松軍, 安榮澤, 王兆杰, 鄺立鵬, 譚偉源, 方存迅. 膝關節周圍骨挫傷骨髓水腫程度及血清炎性因子變化與膝關節疼痛癥狀的相關分析. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(5): 615-619. doi: 10.7507/1002-1892.20140137 復制
近年，由于MRI在骨關節病變診斷中的廣泛應用，膝關節周圍骨挫傷日益引起臨床醫生重視。膝關節周圍骨挫傷是一種自限性骨損傷，保守治療效果不理想，關節疼痛癥狀常持續存在。MRI檢查示骨髓水腫（bone marrow edema，BME）是膝關節周圍骨挫傷常見的信號改變，但BME是非特異性病理現象，感染、應力性骨折和一過性骨質疏松等疾病都存在這種信號改變[1-2]。為此，我們分析研究膝關節周圍骨挫傷MRI的BME信號改變及血清中炎性因子TNF-α和基質金屬蛋白酶 3（matrix metalloproteinase 3，MMP-3）含量與關節疼痛癥狀發生發展的相關性，為臨床治療膝關節周圍骨挫傷提供參考。
1 臨床資料
1.1 膝關節周圍骨挫傷診斷標準
① 有明顯膝部外傷史；② 傷后膝部疼痛反復發作，且經至少3個月保守治療無效；③ 影像學檢查顯示側副韌帶、半月板及交叉韌帶形態信號無異常，無骨折； ④ MRI顯示膝關節周圍骨骼，包括脛骨平臺、腓骨上端、股骨髁部和髕骨至少1個部位出現BME信號影。
排除膝關節周圍創傷性骨折、病理性骨折、隱匿性骨折、化膿性膝關節炎、膝關節結核、膝關節骨關節炎，以及其他自身免疫性關節病，如強直性脊柱炎、反應性關節炎等。
1.2 觀察對象
以2009年10月－2012年4月遵義醫學院第五附屬（珠海）醫院收治的30例（30膝）膝關節周圍骨挫傷患者為試驗組；男19例，女11例；年齡18～28歲，平均22歲。致傷原因：運動傷10例，摔傷8例，交通事故傷7例，高處墜落傷5例。左膝16例，右膝14例。均為新鮮損傷；傷后至入院時間為8 h～5 d，平均3.5 d。
以同期10例（10膝）膝部軟組織損傷患者為正常對照組；男6例，女4例；年齡19～26歲，平均21歲。致傷原因：運動傷3例，摔傷3例，交通事故傷2例，高處墜落傷 2例。左膝4例，右膝6例。均為新鮮損傷；傷后至入院時間為5 h～3 d，平均2.5 d。正常對照組患者均無膝關節疼痛病史，明確無膝關節病變。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、損傷側別及傷后至入院時間比較，差異均無統計學意義（P＞ 0.05），具有可比性。
1.3 觀測指標
1.3.1 疼痛視覺模擬評分（VAS）
由同一名醫師采用VAS評分標準[3]，對試驗組患者膝關節疼痛癥狀進行評價。其中0分表示無痛，10分表示最劇烈疼痛。每例患者評價3次，取均值。根據VAS評分對患者進行分組：其中1～3分為輕度組（10例），4～6分為中度組（10例），7～10分為重度組（10例）。
1.3.2 MRI
檢查采用1.5T超導型磁共振成像儀（Siemens公司，德國）對試驗組患膝進行掃描。定位后行矢狀位快速自旋回波序列，圖像傳至工作站保存和觀察分析。由2名醫師以雙盲法對膝關節周圍骨挫傷的MRI圖像進行評價，并對BME進行分型。骨挫傷按照MRI中BME形態學改變分為3型[4]，Ⅰ型：表現為干骺端和骨干區的彌漫性信號改變；Ⅱ型：為軟骨下松質骨彌漫性信號改變；Ⅲ型：為軟骨下骨內的局限性信號改變。見圖 1。按照MRI形態學改變，將患者分為Ⅰ型組12例、Ⅱ型組11例、Ⅲ型組7例。
圖1
MRI檢查 ? 正常對照 ? Ⅰ型 ? Ⅱ型 ? Ⅲ型
Figure1.
MRI examination ? Normal control ? Type Ⅰ ? Type Ⅱ ? Type Ⅲ
1.3.3 TNF-α和MMP-3含量檢測
兩組患者空腹抽取2 mL靜脈血，于4℃以離心半徑5 cm、12 000 r/min離心15 min，取上清。采用雙抗體夾心ABC-ELISA法，按照人TNF-α、MMP-3定量ELISA試劑盒（深圳晶美生物工程有限公司）說明進行操作。分別用抗人TNF-α和MMP-3單抗包被于酶標板上，與單抗結合后加入生物素化的抗人TNF-α或MMP-3抗體，形成免疫復合物，辣根過氧化物酶標記的鏈霉親和素與生物素結合，加入酶底物鄰苯二胺，加濃硫酸終止反應，在450 nm波長處測定吸光度（A）值，通過繪制標準曲線計算標本中TNF-α或MMP-3含量。
1.4 統計學方法
采用PEMS3.1 for Windows 統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，試驗組與正常對照組組間比較采用獨立樣本t檢驗；不同膝關節疼痛、骨挫傷程度組與正常對照組間比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK檢驗；以膝關節VAS評分為因變量，BME分型及血清MMP-3和TNF-α含量為自變量，進行多重線性回歸分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 試驗組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
試驗組患者血清MMP-3及TNF-α含量分別為（29.580 ± 6.870）μg/L、（23.750 ± 7.096）ng/L，明顯高于正常對照組的（8.219 ± 1.355）μg/L、（6.485 ± 1.168） ng/L，比較差異均有統計學意義（t=9.686，P=0.000；t=7.596，P=0.000）。
2.2 不同疼痛程度患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
不同疼痛程度組患者血清MMP-3及TNF-α含量均顯著高于正常對照組，比較差異有統計學意義（P＜ 0.05）。且輕度、中度和重度組患者MMP-3、TNF-α含量呈遞增趨勢，兩兩比較差異亦有統計學意義（P＜ 0.05）。見表 1。
2.3 不同BME程度患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
不同BME程度組患者血清MMP-3及TNF-α含量均顯著高于正常對照組，比較差異有統計學意義（P＜ 0.05）；但Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型組間比較，差異均無統計學意義（P＞ 0.05）。見表 2。
2.4 試驗組各指標間的多重線性回歸分析
多重線性回歸分析結果示，VAS評分與TNF-α含量相關（P=0.000），與BME分型及血清MMP-3含量不相關（P＞ 0.05）。見表 3。
表1
不同疼痛程度組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較（n=10，
表2
不同BME程度組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較（
表3
多重線性回歸分析結果
Table3.
The result of multiple linear regression analysis
3 討論
膝關節周圍骨挫傷是由直接或間接暴力導致皮質下BME、出血及骨小梁微骨折，進而引起局部骨骼疼痛。MRI顯示BME有很高的敏感性和特異性，表現為T1加權像低信號，T2加權像高信號，STIR序列高信號[5-6]，為臨床診治膝關節周圍骨挫傷提供了重要影像信息。然而臨床實踐中發現，膝關節周圍骨挫傷患者的關節疼痛程度與其病變的BME信號改變程度不一致。為此，本研究通過分析BME信號及血清炎性因子TNF-α及MMP-3含量變化與關節疼痛的相關性，探討膝關節周圍骨挫傷關節疼痛發生發展的影響因素。
膝關節是骨挫傷的好發部位，這與膝關節主要由松質骨組成、骨小梁間隙較寬、血管豐富的解剖特點及膝關節易遭受應力損傷股骨髁、脛骨平臺和髕骨的骨小梁有關[7-8]。膝關節周圍骨挫傷造成局部BME，BME提示受累骨髓中的細胞外液聚積和充血改變，從而導致骨內壓增高，進而刺激骨髓中骨痛覺感受器誘發疼痛。Koo等[9]對股骨頭缺血性壞死患者進行研究后發現，在有疼痛癥狀的患者中50%存在BME，疼痛嚴重患者中增至86%；而無疼痛患者中僅4%存在BME；且疼痛改善伴隨BME消退。提示外傷性BME可能是引起膝關節周圍骨挫傷疼痛的原因之一。但本研究結果提示，膝關節VAS評分與BME程度無相關性。同時，隨著臨床研究的深入，學者們發現部分膝關節周圍骨挫傷患者保守治療后，BME明顯消退但其關節疼痛的癥狀卻依然存在，表明BME致骨內壓增高不能解釋膝關節周圍骨挫傷遺留的關節疼痛現象，因而推測炎性因子的介導可能是影響膝關節周圍骨挫傷晚期疼痛的另一種重要因素。
有學者認為骨挫傷會導致關節軟骨退變，最終導致創傷性骨關節炎，對于超過1年未恢復者，應特別注意是否形成創傷性關節炎[10]。細胞因子和軟骨降解蛋白酶是參與骨關節炎進程的重要介質，尤其是TNF-α和MMP-3[11-14]，能觸發致痛因子瀑布效應，大量釋放誘發疼痛癥狀。通過在骨挫傷部位取活檢進行研究發現，軟骨細胞有退行性改變，表現為軟骨下骨多糖蛋白減少和軟骨細胞死亡[15]。骨關節炎最主要的病理變化為受累關節軟骨的進行性破壞，關節軟骨基質的分解與合成代謝的失衡[16-17]。而各種細胞因子失調所致的合成和分解效應在軟骨退變中起重要作用。其中TNF-α是一類促炎性細胞因子，促使IL-1、IL-6、IL-8等其他因子的產生。在組織中TNF-α水平與疼痛及痛覺過敏程度相關[18]。研究發現，MMP-3在成纖維細胞增生中起中介作用[19]。另外，MMP-3還參與間質膠原酶的激活，而間質膠原酶可降解Ⅱ型膠原，提示MMP-3間接參與Ⅱ型膠原的降解過程。也有研究表明，關節滑液中MMP-3表達量與關節炎病情相關[20-21]。但膝關節周圍骨挫傷關節疼痛程度是否與炎性因子TNF-α和MMP-3釋放有關，目前尚缺乏相關報道。
本研究結果表明，試驗組患者血清炎性因子TNF-α和MMP-3含量均顯著高于正常對照組，其原因可能為機械應力損傷骨小梁和導致骨出血，組織反應性充血，炎性反應導致滲出以及細胞因子生成的增加所致。進一步分析表明，隨著膝關節疼痛癥狀的加重，血清炎性因子TNF-α和MMP-3含量亦逐漸增高。但不同BME程度間患者血清炎性因子含量無明顯差異，這可能是因為BME是非特異性病理現象，感染、應力性骨折和一過性骨質疏松等疾病都存在相關信號改變，提示BME的發生和演變可能受多種因素影響。多重線性回歸分析表明，BME信號改變和MMP-3含量變化與膝關節VAS評分無明顯相關，但TNF-α含量是影響膝關節VAS評分的主要因素，提示膝關節周圍骨挫傷關節疼痛癥狀可能和炎性因子TNF-α的釋放有關，與骨挫傷BME信號改變無相關。
綜上述，BME信號改變有助于膝關節周圍骨挫傷的臨床診斷，但不是引發膝關節疼痛癥狀的因素，炎性因子TNF-α含量與膝關節疼痛癥狀有關。
近年，由于MRI在骨關節病變診斷中的廣泛應用，膝關節周圍骨挫傷日益引起臨床醫生重視。膝關節周圍骨挫傷是一種自限性骨損傷，保守治療效果不理想，關節疼痛癥狀常持續存在。MRI檢查示骨髓水腫（bone marrow edema，BME）是膝關節周圍骨挫傷常見的信號改變，但BME是非特異性病理現象，感染、應力性骨折和一過性骨質疏松等疾病都存在這種信號改變[1-2]。為此，我們分析研究膝關節周圍骨挫傷MRI的BME信號改變及血清中炎性因子TNF-α和基質金屬蛋白酶 3（matrix metalloproteinase 3，MMP-3）含量與關節疼痛癥狀發生發展的相關性，為臨床治療膝關節周圍骨挫傷提供參考。
1 臨床資料
1.1 膝關節周圍骨挫傷診斷標準
① 有明顯膝部外傷史；② 傷后膝部疼痛反復發作，且經至少3個月保守治療無效；③ 影像學檢查顯示側副韌帶、半月板及交叉韌帶形態信號無異常，無骨折； ④ MRI顯示膝關節周圍骨骼，包括脛骨平臺、腓骨上端、股骨髁部和髕骨至少1個部位出現BME信號影。
排除膝關節周圍創傷性骨折、病理性骨折、隱匿性骨折、化膿性膝關節炎、膝關節結核、膝關節骨關節炎，以及其他自身免疫性關節病，如強直性脊柱炎、反應性關節炎等。
1.2 觀察對象
以2009年10月－2012年4月遵義醫學院第五附屬（珠海）醫院收治的30例（30膝）膝關節周圍骨挫傷患者為試驗組；男19例，女11例；年齡18～28歲，平均22歲。致傷原因：運動傷10例，摔傷8例，交通事故傷7例，高處墜落傷5例。左膝16例，右膝14例。均為新鮮損傷；傷后至入院時間為8 h～5 d，平均3.5 d。
以同期10例（10膝）膝部軟組織損傷患者為正常對照組；男6例，女4例；年齡19～26歲，平均21歲。致傷原因：運動傷3例，摔傷3例，交通事故傷2例，高處墜落傷 2例。左膝4例，右膝6例。均為新鮮損傷；傷后至入院時間為5 h～3 d，平均2.5 d。正常對照組患者均無膝關節疼痛病史，明確無膝關節病變。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、損傷側別及傷后至入院時間比較，差異均無統計學意義（P＞ 0.05），具有可比性。
1.3 觀測指標
1.3.1 疼痛視覺模擬評分（VAS）
由同一名醫師采用VAS評分標準[3]，對試驗組患者膝關節疼痛癥狀進行評價。其中0分表示無痛，10分表示最劇烈疼痛。每例患者評價3次，取均值。根據VAS評分對患者進行分組：其中1～3分為輕度組（10例），4～6分為中度組（10例），7～10分為重度組（10例）。
1.3.2 MRI
檢查采用1.5T超導型磁共振成像儀（Siemens公司，德國）對試驗組患膝進行掃描。定位后行矢狀位快速自旋回波序列，圖像傳至工作站保存和觀察分析。由2名醫師以雙盲法對膝關節周圍骨挫傷的MRI圖像進行評價，并對BME進行分型。骨挫傷按照MRI中BME形態學改變分為3型[4]，Ⅰ型：表現為干骺端和骨干區的彌漫性信號改變；Ⅱ型：為軟骨下松質骨彌漫性信號改變；Ⅲ型：為軟骨下骨內的局限性信號改變。見圖 1。按照MRI形態學改變，將患者分為Ⅰ型組12例、Ⅱ型組11例、Ⅲ型組7例。
圖1
MRI檢查 ? 正常對照 ? Ⅰ型 ? Ⅱ型 ? Ⅲ型
Figure1.
MRI examination ? Normal control ? Type Ⅰ ? Type Ⅱ ? Type Ⅲ
1.3.3 TNF-α和MMP-3含量檢測
兩組患者空腹抽取2 mL靜脈血，于4℃以離心半徑5 cm、12 000 r/min離心15 min，取上清。采用雙抗體夾心ABC-ELISA法，按照人TNF-α、MMP-3定量ELISA試劑盒（深圳晶美生物工程有限公司）說明進行操作。分別用抗人TNF-α和MMP-3單抗包被于酶標板上，與單抗結合后加入生物素化的抗人TNF-α或MMP-3抗體，形成免疫復合物，辣根過氧化物酶標記的鏈霉親和素與生物素結合，加入酶底物鄰苯二胺，加濃硫酸終止反應，在450 nm波長處測定吸光度（A）值，通過繪制標準曲線計算標本中TNF-α或MMP-3含量。
1.4 統計學方法
采用PEMS3.1 for Windows 統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，試驗組與正常對照組組間比較采用獨立樣本t檢驗；不同膝關節疼痛、骨挫傷程度組與正常對照組間比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK檢驗；以膝關節VAS評分為因變量，BME分型及血清MMP-3和TNF-α含量為自變量，進行多重線性回歸分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 試驗組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
試驗組患者血清MMP-3及TNF-α含量分別為（29.580 ± 6.870）μg/L、（23.750 ± 7.096）ng/L，明顯高于正常對照組的（8.219 ± 1.355）μg/L、（6.485 ± 1.168） ng/L，比較差異均有統計學意義（t=9.686，P=0.000；t=7.596，P=0.000）。
2.2 不同疼痛程度患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
不同疼痛程度組患者血清MMP-3及TNF-α含量均顯著高于正常對照組，比較差異有統計學意義（P＜ 0.05）。且輕度、中度和重度組患者MMP-3、TNF-α含量呈遞增趨勢，兩兩比較差異亦有統計學意義（P＜ 0.05）。見表 1。
2.3 不同BME程度患者血清MMP-3及TNF-α含量比較
不同BME程度組患者血清MMP-3及TNF-α含量均顯著高于正常對照組，比較差異有統計學意義（P＜ 0.05）；但Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型組間比較，差異均無統計學意義（P＞ 0.05）。見表 2。
2.4 試驗組各指標間的多重線性回歸分析
多重線性回歸分析結果示，VAS評分與TNF-α含量相關（P=0.000），與BME分型及血清MMP-3含量不相關（P＞ 0.05）。見表 3。
表1
不同疼痛程度組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較（n=10，
表2
不同BME程度組與正常對照組患者血清MMP-3及TNF-α含量比較（
表3
多重線性回歸分析結果
Table3.
The result of multiple linear regression analysis
3 討論
膝關節周圍骨挫傷是由直接或間接暴力導致皮質下BME、出血及骨小梁微骨折，進而引起局部骨骼疼痛。MRI顯示BME有很高的敏感性和特異性，表現為T1加權像低信號，T2加權像高信號，STIR序列高信號[5-6]，為臨床診治膝關節周圍骨挫傷提供了重要影像信息。然而臨床實踐中發現，膝關節周圍骨挫傷患者的關節疼痛程度與其病變的BME信號改變程度不一致。為此，本研究通過分析BME信號及血清炎性因子TNF-α及MMP-3含量變化與關節疼痛的相關性，探討膝關節周圍骨挫傷關節疼痛發生發展的影響因素。
膝關節是骨挫傷的好發部位，這與膝關節主要由松質骨組成、骨小梁間隙較寬、血管豐富的解剖特點及膝關節易遭受應力損傷股骨髁、脛骨平臺和髕骨的骨小梁有關[7-8]。膝關節周圍骨挫傷造成局部BME，BME提示受累骨髓中的細胞外液聚積和充血改變，從而導致骨內壓增高，進而刺激骨髓中骨痛覺感受器誘發疼痛。Koo等[9]對股骨頭缺血性壞死患者進行研究后發現，在有疼痛癥狀的患者中50%存在BME，疼痛嚴重患者中增至86%；而無疼痛患者中僅4%存在BME；且疼痛改善伴隨BME消退。提示外傷性BME可能是引起膝關節周圍骨挫傷疼痛的原因之一。但本研究結果提示，膝關節VAS評分與BME程度無相關性。同時，隨著臨床研究的深入，學者們發現部分膝關節周圍骨挫傷患者保守治療后，BME明顯消退但其關節疼痛的癥狀卻依然存在，表明BME致骨內壓增高不能解釋膝關節周圍骨挫傷遺留的關節疼痛現象，因而推測炎性因子的介導可能是影響膝關節周圍骨挫傷晚期疼痛的另一種重要因素。
有學者認為骨挫傷會導致關節軟骨退變，最終導致創傷性骨關節炎，對于超過1年未恢復者，應特別注意是否形成創傷性關節炎[10]。細胞因子和軟骨降解蛋白酶是參與骨關節炎進程的重要介質，尤其是TNF-α和MMP-3[11-14]，能觸發致痛因子瀑布效應，大量釋放誘發疼痛癥狀。通過在骨挫傷部位取活檢進行研究發現，軟骨細胞有退行性改變，表現為軟骨下骨多糖蛋白減少和軟骨細胞死亡[15]。骨關節炎最主要的病理變化為受累關節軟骨的進行性破壞，關節軟骨基質的分解與合成代謝的失衡[16-17]。而各種細胞因子失調所致的合成和分解效應在軟骨退變中起重要作用。其中TNF-α是一類促炎性細胞因子，促使IL-1、IL-6、IL-8等其他因子的產生。在組織中TNF-α水平與疼痛及痛覺過敏程度相關[18]。研究發現，MMP-3在成纖維細胞增生中起中介作用[19]。另外，MMP-3還參與間質膠原酶的激活，而間質膠原酶可降解Ⅱ型膠原，提示MMP-3間接參與Ⅱ型膠原的降解過程。也有研究表明，關節滑液中MMP-3表達量與關節炎病情相關[20-21]。但膝關節周圍骨挫傷關節疼痛程度是否與炎性因子TNF-α和MMP-3釋放有關，目前尚缺乏相關報道。
本研究結果表明，試驗組患者血清炎性因子TNF-α和MMP-3含量均顯著高于正常對照組，其原因可能為機械應力損傷骨小梁和導致骨出血，組織反應性充血，炎性反應導致滲出以及細胞因子生成的增加所致。進一步分析表明，隨著膝關節疼痛癥狀的加重，血清炎性因子TNF-α和MMP-3含量亦逐漸增高。但不同BME程度間患者血清炎性因子含量無明顯差異，這可能是因為BME是非特異性病理現象，感染、應力性骨折和一過性骨質疏松等疾病都存在相關信號改變，提示BME的發生和演變可能受多種因素影響。多重線性回歸分析表明，BME信號改變和MMP-3含量變化與膝關節VAS評分無明顯相關，但TNF-α含量是影響膝關節VAS評分的主要因素，提示膝關節周圍骨挫傷關節疼痛癥狀可能和炎性因子TNF-α的釋放有關，與骨挫傷BME信號改變無相關。
綜上述，BME信號改變有助于膝關節周圍骨挫傷的臨床診斷，但不是引發膝關節疼痛癥狀的因素，炎性因子TNF-α含量與膝關節疼痛癥狀有關。
