目的:探讨膝关节退变对骨盆及腰椎生物力线改变及对腰椎运动单元生物力学影响,明确KLS代偿过程中腰椎运动单元负荷改变的生物力学机制。内容及方法:本课题首次在冠状面结合影像学和腰椎三维有限元方法对KLS进行研究,通过影像学X-Ray生物力学参数测量,探究膝关节退行性改变时骨盆及腰椎生物力线变化,完成KLS的力线参数的相关性研究,初步探究冠状面KLS的代偿方法。在此基础上对正常和因膝关节内翻畸形导致的侧弯腰椎进行三维有限元建模,分析两种不同生理状态下腰椎应力和位移等生物力学特性,明确腰椎具体的应力方式和力学传导过程,以探讨KLS的力学传导机制。结果:在影像学研究中,经独立样本t检验后膝关节OA患者出现有统计学意义的生物力学参数变化变现为膝关节内翻角VKA>3°、腰椎Cobb>0°和骨盆水平角PHA>0°;相关性分析后膝关节内翻角VKA与腰椎Cobb角(r=0.819,P<0.01)及骨盆水平角PHA(r=0.809,P<0.01)均存在统计学正相关性,腰椎Cobb角与骨盆水平角PHA(r=0.802,P<0.01)之间存在统计学正相关性;偏相关分析后膝关节内翻角VKA与腰椎Cobb角及骨盆水平角PHA相关性明显下降。腰椎三维有限元建模后发现下段腰椎椎体负载更大,腰椎的应力分布随体位改变。正常腰椎与侧弯腰椎在前伸、侧弯及左旋转工况应力峰值均存在差异。其中在前屈位(-16.3%)、左侧弯位(-47.6%)及右旋转位(-17%)中侧弯腰椎较正常腰椎出现应力增加,而在后伸位(2.92%)、右侧弯位(65%)及左旋转位(7.70%)出现应力减小。正常腰椎最大应力椎体为L4,侧弯腰椎最大应力椎体随工况变化。正常腰椎与退变侧弯腰椎最大位移位于L1平面,侧弯椎体位移随工况变化。结论:膝腰综合征KLS伴随生物力学改变,膝关节内翻畸形时骨盆向膝内翻侧水平倾斜,腰椎向膝内翻对侧侧弯改变。腰椎生理状态改变导致腰椎有限元生物力学差异,正常腰椎在屈伸、侧弯和旋转6个不同工况下为双侧对等应力变化,左侧弯腰椎在侧弯及旋转工况出现明显的双侧应力变化失衡,左半侧椎体及后部组织处于长期高应力状态。膝腰综合征KLS存在矫正机制,KLS中膝关节、骨盆和腰椎三者之间存在相互影响,在整个代偿过程中腰椎直接代偿膝关节改变与通过骨盆传导间接代偿膝关节改变这两种机制同时存在。膝腰综合征KLS存在力学传导,腰椎侧弯时腰椎椎体位移发生改变,腰椎活动范围集中于侧弯一侧,过小的活动范围使关节突关节长期处于高应力状态加重腰椎损伤次从而形成恶性循环,使病情更为严重。