老年单、双膝痛骨关节炎患者的平衡功能及其跌倒风险对比分析

郭燕梅，黄鹏，陈蔚，焦伟国，瓮长水

平衡功能下降是导致老年人跌倒的主要原因[1]，而在影响平衡功能的诸多因素中，步态异常和肌肉无力为主要影响因素[2]。老年膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)患者又因其表现出的下肢肌力下降和步态异常而成为国内外许多学者的研究对象。目前研究发现，老年人由于膝、踝退行性骨关节病引起疼痛、肌无力等而发生的跌倒占躯体性跌倒的75%[3]；膝关节伸展强度减小会增加跌倒和骨折的双重风险[4]；KOA患者股四头肌肌力明显减弱会引起本体感受器灵敏度减退和姿势摇摆频率增加[5]，从而加大了老年人跌倒的风险[6]。本研究旨在通过静态和动态平衡功能测试分析老年单、双膝痛KOA患者的平衡功能特点及其跌倒风险。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2009年9月～2010年10月解放军总医院南楼康复医学科收治的老年KOA患者62例，分为单膝痛组(n=30)和双膝痛组(n=32)。另招募无膝关节疼痛的老年人30名作为对照(无膝痛组)。

无膝痛组入选标准：①年龄≥60岁；②从未发生过或1年内没有发生膝关节疼痛但有影像学改变。单、双膝痛组入选标准：①年龄≥60岁；②符合美国风湿病学会2001年制定的KOA诊断标准[7]。具备以下10项中的任何1项即被排除：①曾行膝关节置换手术；②下肢在6个月前曾行外科手术；③类风湿关节炎；④在过去30 d内曾应用阿片类镇痛或皮质类固醇或镇痛注射液干预膝关节疼痛；⑤高血压未得到很好控制或在运动锻炼期间存在并发心脏病的中高度危险因素；⑥不能安全参与测试，如严重的视力问题、神经功能障碍、主要或明显受限的腰背痛、严重骨质疏松者、脚踝病变不借助辅助工具无法步行10 m；⑦无法理解和完成测试；⑧声明不能参与或完成测试；⑨经常有头晕或晕眩症状，有体位性低血压、倾倒发作、外周前庭和/或中枢神经功能明确病变；⑩以太极拳作为日常身体锻炼项目(有文献报道太极拳运动有助于提高机体的平衡功能[8-9])。

所有受试者均签署知情同意书。

1.2 测试方法 测试顺序为：基本信息收集—静态姿势稳定性(postural stability,PS)测试—姿势稳定极限性(limits of stability,LOS)测试—动态跌倒风险(dynamic fall index,DFI)测试—起立-行走测试(timed up and go test,TUG)。

1.2.1 基本信息收集 无膝痛组的基本信息收集包括性别、年龄、身高、体重、膝痛病程和膝关节影像学得分，其中膝关节影像学得分以Kellgren/Lawrence膝关节影像学分类标准[10]为依据，对受试者放射影像学较差的一侧膝关节进行打分，得分与分级相对应，即：0级为0分；Ⅰ级为1分；Ⅱ级为2分；Ⅲ级为3分；Ⅳ级为4分。膝痛组的基本信息收集在无膝痛组基本信息基础上，增加西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(the Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index,WOMAC)评分[11]，其中对双膝痛组患者进行评分时，以其主患侧膝作为评分对象。

1.2.2 平衡功能测试 采用Biodex Balance System(BBS)SD型平衡测试训练系统(美国Biodex Medical System公司)完成PS测试、LOS测试和DFI测试。该测试训练系统包括带有角度传感器的检测平台(该平台表面刻有平衡中心点及坐标网格，可以较为准确地描述受试者双脚的测试位置)、控制平台摆动阻力的平台升降控制传感器、预装仪器控制、信号采样、数模转换和数据分析软件的处理器和打印机。由于该测试系统为本研究初次使用，在进行该项研究前的预试验中完成了该测试系统中上述3项测试方法的重测信度研究。

在测试开始前，首先确定受试者的双脚测试位置：受试者站立于测试平台上，双脚分开、与肩同宽，双手自然悬垂于身体两侧，在身体保持自然静止站立的状态下，通过双脚轻微挪动找到使屏幕上的黑色圆心标记处于靶心的适合位置，然后记录该位置，以避免在以后的测试工作中因受试者双脚测试位置不一致而影响测试结果。

1.2.2.1 预试验 30例符合美国风湿病学会2001年制定的KOA诊断标准[7]的受试者进行了PS测试、LOS测试和DFI测试方法的重测信度研究，最终选择具有极好信度[12]的测试结果作为本次研究的评测指标(见表1)。这30例受试者均签署了知情同意书，其中男性21例、女性9例；年龄45～89岁，平均(68.73±12.19)岁。

表1 两次平衡功能测试结果间的组内相关系数(ICCs)

1.2.2.2 PS测试 测试平台设置为静态(static)水平。受试者在身体自然静止站立的状态下，确保屏幕上的黑色圆心标记始终处于靶心的位置(受试者的双脚在测试过程中不再发生位置移动)。测试时间为30 s/次，间歇10 s，共测试3次，取平均值。测试指标：①PS总分：反映机体静态平衡功能，分值越低意味静态平衡功能越好；②前后摆动系数：人体通过姿势摆动来保持站立平衡，正常的静态姿势摆动一般呈前-后(ante-posterior)方向，前后摆动系数越小意味着静态平衡功能越好；③侧向摆动系数：当个体出现较为明显的侧向摆动(medial-lateral)时，即侧向摆动系数越大意味着受试者发生跌倒的可能性越大。

1.2.2.3 LOS测试 测试平台设置为静态(static)水平。受试者在不发生双脚位置移动和屈膝动作的前提下，通过身体重心转移来完成身体重心从居中位置分别到前、后、左、右、右前、左前、右后、左后8个方位的姿势稳定极限测试。8个方位的出现顺序是随机的，共测试3次，间歇10 s，以第3次测试所得数值作为测试结果。测试指标：①LOS完成时间：受试者完成LOS测试所需时间越长意味着其动态平衡控制能力越差；②LOS总分：总分越高意味着受试者的动态平衡控制能力越好。

1.2.2.4 DFI测试 测试的平台初始设置为动态(dynamic)6、终止设置为动态(dynamic)2，测试时间为30 s/次，间歇10 s，共测试3次。测试开始后，测试平台完全处于晃动状态，受试者需要在双脚位置不变的情况下通过自我平衡调整，尽量保证黑色圆心标记始终处于靶心位置。取3次测试成绩的平均值作为测试结果。60～89岁DFI正常参考值1.5～3.5。DFI越低意味着受试者发生跌倒的可能性越小。

1.2.3 起立-行走测试 受试者从有扶手的座椅上站起，向前走3 m后再转身走回座椅并坐回座椅所需的时间[13]。

1.3 统计学分析 应用SPSS 17.0统计软件对数据进行建档和统计分析。预试验中的PS、LOS和DFI前后两次测量结果的相关性(ICC)采用随机效应模型分析。单、双膝痛组之间的WOMAC评分差异采用独立样本t检验；3组之间的年龄、体质量指数(BMI)、病程、膝关节影像学得分、起立-行走时间、PS总分、前后摆动系数、侧向摆动系数、LOS完成时间和LOS总分相关性和差异分别采用Pearson相关系数和单因素方差分析。以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本信息 双膝痛组病程均显著长于单膝痛组和无膝痛组(P＜0.001)，而单膝痛组与无膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)；单、双膝痛组BMI均显著高于无膝痛组(P＜0.001)，而单、双膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)；双膝痛组膝关节影像学得分显著高于无膝痛组(P＜0.001)，明显高于单膝痛组(P＜0.01)，而单膝痛组与无膝痛组间无显著性差异(P＞0.05)。见表2。病程与影像学得分呈非常显著正相关(r=0.368,P＜0.001)。

2.2 WOMAC评分 单膝痛组与双膝痛组在疼痛、僵硬和下肢活动受限程度方面均满足方差齐性(F=0.179、2.317、0.727,P＜0.05)，独立样本t检验显示，两组在僵硬程度上有显著性差异(P＜0.05)，其余3项评分均无显著性差异(P＞0.05)。见表3。

表2 3组受试者基本信息

表3 单、双膝痛组患者WOMAC评分比较

2.3 平衡-行走功能 单、双膝痛组TUG时间均长于无膝痛组(P＜0.05)，单、双膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)。

双膝痛组PS总分、前后摆动系数和侧向摆动系数明显高于无膝痛组和单膝痛组(P＜0.01)，无膝痛组与单膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)。膝关节影像学得分分别与PS总分(r=0.316,P＜0.01)和前后摆动系数(r=0.289,P＜0.01)呈正相关性。

双膝痛组的LOS完成时间明显长于无膝痛组和单膝痛组(P＜0.01)，无膝痛组与单膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)；单、双膝痛组的LOS总分均低于无膝痛组(P＜0.05)，单、双膝痛组之间无显著性差异(P＞0.05)。LOS完成时间与病程(r=0.287,P＜0.01)、僵硬程度(r=0.343,P＜0.001)呈正相关。

双膝痛组DFI得分高于无膝痛组和单膝痛组(P＜0.05)，单膝痛组高于无膝痛组(P＜0.05)。见表4。

起立-行走时间与PS总分(r=0.304)、前后摆动系数(r=0.211)、侧向摆动系数(r=0.313)、LOS完成时间(r=0.371)、LOS总分(r=-0.294)和DFI(r=0.562)之间均有相关性(P＜0.01)。

表4 3组受试者平衡-行走功能测试比较

3 讨论

本研究选择的指标PS、LOS、DFI在预试验中均显示了极好的重测信度。在3组受试者年龄无显著性差异的基础之上，对3组受试者之间的BMI、病程、膝关节影像学得分进行了单因素方差分析和比较，发现单、双膝痛组的平均BMI均属于超重范围，明显高于平均BMI属于正常范围的无膝痛组。BMI主要用于评估患者是否超重，在单、双膝痛组中超重和肥胖者的比例分别为80.0%和84.4%，而无膝痛组中超重和肥胖者的比例仅为20.0%。由此可见，超重的确是导致KOA的危险因素[12]。

在病程上，单膝痛组与无膝痛组之间无显著性差异，而双膝痛组的病程明显长于单膝痛组和无膝痛组。通过病史询问得知，双膝痛组患者在病情初期大多也仅表现为单膝疼痛，大多数患者在病情初期因经过休息或适当处置(如热敷、贴膏药等)就能使疼痛减轻而未到医院接受过正规治疗和健康教育指导，对KOA的危险因素也知之甚少。

病程与影像学得分呈正相关性，病程越长，影像学分级越严重，这与本研究中3组受试者的影像学得分表现相一致：单膝痛组与无膝痛组无显著性差异，而双膝痛组明显高于单膝痛组和无膝痛组，其中有8例患者的膝关节影像学分级已达最严重的Ⅳ级，且其步态明显异常。

人体平衡功能是指身体在运动或受到外力作用时，能自动调整并维持姿势的能力，包括静态平衡和动态平衡。控制静态站立时姿势摇摆程度的功能称为静态平衡；为应对预期的平衡改变，身体利用内在和外在有关信息反射性对抗对姿势稳定性的干扰并作用于肌肉，使身体重新平衡称为动态平衡。

单膝痛组未表现出静态平衡功能的降低，而双膝痛组却表现出较差的静态姿势稳定性。相关性分析显示，膝关节影像学得分分别与PS总分和前后摆动系数之间呈正相关性，即膝关节影像学分级越严重，其静态姿势稳定性越差。膝关节影像学分级又与病程有着密切联系，提示病程长是导致双膝痛组表现出较差的静态姿势稳定性的原因之一。

人体在静止站立时，姿势的稳定性与体重重心的关系更为密切，KOA患者前后方向姿势稳定性下降的一个潜在原因是，患者站立时，为了减轻与负重有关的疼痛而将重心过多地转移给健侧或症状较轻侧[14]，单膝痛组因将体重重心转移给健侧下肢而表现出与无膝痛组差异不大的静态姿势稳定性，而双膝痛组虽然也会将体重重心转移给症状较轻侧，但毕竟双膝关节均有疼痛，随着站立时间的延长，症状较轻侧也会因自身疼痛和负担过重而最终出现较单膝痛组明显增大的侧向摆动，静态姿势稳定性下降。这可能是双膝痛组表现出较差的静态姿势稳定性的另一原因。

在动态平衡功能方面，LOS完成时间3组间均存在显著性差异，而在LOS总分上，单、双膝痛组却无显著性差异(均低于无膝痛组)，而LOS总分的重测信度高于LOS完成时间，所以我们更倾向于接受LOS总分所反映的结果。相关性分析显示，LOS完成时间与病程、僵硬程度呈正相关性，提示病程越长、僵硬程度越重者，其动态平衡控制能力越差。双膝痛组病程更长，僵硬程度更重，动态平衡功能较差。单膝痛组病程与无膝痛组无显著性差异，但因存在膝关节僵硬感，引起动态平衡功能的下降。

为了进一步分析单膝痛为何在LOS总分上与双膝痛组无显著性差异，我们对3组受试者进行了TUG测试。TUG与PS、LOS及DFI均有相关性，通过比较我们发现，单、双膝痛组之间在TUG上也无显著性差异。这与3组受试者在LOS总分上的表现相一致，提示在日常活动中，动态平衡的意义更为重要[15]。TUG是反映KOA患者下肢功能状况的一项十分重要的客观指标，它与WOMAC评分中下肢功能受限程度相一致。因此，单、双膝痛组在WOMAC评分疼痛方面无显著性差异，因而在参与动态平衡控制中起重要作用的下肢肌力也无显著性差异[16]，从而使单膝痛组与双膝痛组同样表现出较差的动态平衡功能。

3组受试者之间DFI比较进一步证实单膝痛组会因动态平衡功能下降而表现出比无膝痛组高的跌倒风险，双膝痛组又会因其静态和动态平衡功能的同时下降而表现出比单膝痛组更高的跌倒风险。

综上所述，与无膝关节疼痛的老年人相比，老年单膝痛KOA患者会因其动态平衡功能的下降而存在高跌倒风险；而老年双膝痛KOA患者会其因静态和动态平衡功能的同时下降而存在更高的跌倒风险。

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