膝骨关节炎患者与相匹配的正常人群动静态平衡功能障碍的对比研究

王 欢，王锁良，李 峰

(西安交通大学第一附属医院：1. 疼痛科；2. 康复科，陕西西安 710061)

膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)是一类临床常见的引起关节疼痛和功能障碍的疾病，可以引起老年人姿势控制能力的下降和跌倒风险的增高。生物因素和机械性损伤因素的相互作用共同导致关节的生物力学紊乱，引起KOA患者的姿势控制能力下降。再者，KOA患病人群为中老年人，该类人群往往存在本体感觉下降、肌肉力量下降和中枢整合能力相应降低等方面的问题，这些问题的联合作用会加重平衡能力的障碍，引起跌倒风险的增高。跌倒风险增高增加其他疾病的发病率，如骨折、脑出血等[1-2]。由于该病病程长、病情反复，给中老年患者造成生活质量下降，并不同程度影响了患者的职业、社会及家庭角色。因此，膝骨关节炎的诊治一直是国内外医学研究的主要项目之一。

1 资料与方法

1.1研究对象和分组选择2015年3月至2015年11月在西安交通大学第一附属医院疼痛科就诊的膝骨关节炎患者47例，其中男7例，女40例，年龄41～76岁，平均(58.85±9.49)岁。诊断依据病史、临床表现和影像学检查，采用1995年美国风湿病学会推荐的膝OA诊断标准。病例组双侧膝关节骨关节炎患者15例，单侧膝关节骨关节炎32例，全部入选病例生活均可基本自理。另选取正常成人22例，列为对照组，其中男6例，女16例，年龄49～79岁，平均(60.18±7.48)岁。每位研究对象测试前均签订知情同意书。

所有KOA患者均在过去6个月内进行膝关节正侧位X线检查，检查结果由放射科医师阅片。X线严重程度依据WHO推荐使用的影像学分级标准Kellgren-Lawrence放射学分级法分级：0级为正常；Ⅰ级为出现可疑的关节间隙狭窄和增生的唇样骨赘；Ⅱ级为明显的骨赘和可疑的关节间隙狭窄；Ⅲ级为多发的中等程度的骨赘，明显的关节间隙狭窄和骨端的轻度增生硬化并有可疑的畸形；Ⅳ级为出现大的骨赘，显著的关节间隙狭窄，骨端的严重硬化和肯定的畸形。

在本研究中，通过X线分级去除X线分级Ⅳ级病例4例和Ⅰ级病例2例，共41例，其中Ⅱ级18例，Ⅲ级23例。分别命名为OA-Ⅱ组和OA-Ⅲ组。采用法国RM ingenierie公司生产的Biorescue系统评估患者的平衡功能，采集体质量分布指数、静态稳定指数、动态稳定指数等相关参数；同时应用VAS疼痛视觉模拟评分、Lequesne指数、Berg量表、TUG站起-行走测试分析KOA患者与正常相匹配人群足底压力分布规律及平衡控制功能的变化情况。

1.2平衡功能的实验室测试本实验的平衡测试在西安交通大学第一附属医院疼痛科功能评定室进行。

实验室平衡评定采用法国RM ingenierie公司生产的Biorescue全身智能康复系统仪，平衡功能的量化通过重量分布指数(weight distribution indices, WDI)(图1)和稳定指数(stability indices, SI)来实现。稳定性指标量化用静态稳定指数和动态稳定指数。向受试者讲明实验过程及注意事项，为减小误差，正式测试前可让受试者进行适应。所有受试者均脱鞋，检查并记录足部有无畸形，足部皮肤完好性，有无胼胝、疤痕、溃疡，检查足部关节的活动度，肌力、肌肉有无萎缩，膝反射和踝反射，有无足部疼痛。

实验室平衡测试的具体方法：测量体质量分布-压力/区域面积时，嘱受试者脱鞋，站立平板上，按照仪器所标识的线双足分开60度，立于有效测量区域，双手自然下垂，眼睛平视前方1 m处屏幕显示部分的红色标识。睁眼测试(eyes-open, EO)：受试者以自然状态，直立位站立于压力平板上，测试时间为30 s，测试过程中双足位置不能改变。闭眼测试(eyes-closed, EC)：测试时受试者闭眼30 s，体位同上，测试时体位尽量与睁眼测试时保持一致。稳定极限(limit of stability, LOS)，受试者脱鞋，双足分开60°，站立在压力平板上。受试者观察显示屏上自己的重心位置，并通过调整姿势移动重心，进行8种不同的重心转移。

图1两组研究对象足底压力分布示例

Fig.1 Weight distribution indices in the two groups

A：对照组；B：KOA组。

1.3主要观察指标①体质量分布指数。体质量分布指数反映的是体质量在足部4个区域的分布比例，实验中受试者静止站立位体质量产生的压力在左右双足的分布。压力分布情况分别表示为：体质量分布指数-区域面积(weight distribution index-surface area, WDI-Sa)；体质量分布指数-压力(weight distribution index-pressure, WDI-Pr)；面积左右比和前后比(areas front/back, L/R)；压力分布前后比和左右比(pressures front/back, L/R)。②静态稳定指数。包括稳定指数-漂移面积(stability index-surface area ellipse, SI-Sae)、稳定指数-长度(stability index-Length, SI-L)和稳定指数-平均速度(stability index-average speed, SI-As)，分别在EO和EC两种状态下进行。③动态稳定指数。应用LOS的测定表示，包括每侧的区域面积(LOS-surface area per side, LOS-Sa)和区域比(LOS-area ratio, LOS-Ar)。

1.4统计学分析采用统计软件SPSS 22.0进行分析，所有统计均为双侧检验，统计检验均取α=0.05作为检验水准。对所有参数进行统计描述，统计量选择均数和标准差的形式表示。对两组年龄、身高、体质量是否存在差异采用两独立样本t检验，对两组的性别组成是否存在差异采用卡方检验。最小期望计数大于5，选则pearson卡方，大于1小于5，选择连续校正卡方。小于1，选择Fisher精确检验。对功能评定与平衡参数进行相关性分析。数据均通过单个样本K-S检验，P值均大于0.05，符合正态分布，故两组定量资料比较均采用独立样本t检验。

2 结 果

2.1研究对象一般资料的比较两组性别、年龄、身高、体质量、体质指数比较，差异无统计学意义(表1)。

表1对照组与KOA组基础资料的比较

Tab.1 The baseline data of control group and KOA group

参数对照组(n=22)mean(SD)KOA组(n=47)mean(SD)性别 男6(27．3%)7(14．9%) 女16(72．7%)40(85．1%)年龄(岁)60．18(7．48)58．85(9．49)身高(cm)161．64(6．46)160．12(6．19)体质量(kg)62．50(1．68)63．94(9．01)BMI(kg/m2)23．89(2．59)24．89(2．79)

两组比较，差异无统计学意义，有可比性。

2.2两组研究对象平衡检测相关指标结果

2.2.1体质量分布指数-压力在两组的差异 由图2可看出，除了右足后区(RB)体质量分布指数-压力KOA组大于对照组，其余区域皆为KOA组小于对照组，其中右足后区(RB)差异有统计学意义。左足两组相比较，KOA组小于对照组，右足两组相比较，KOA组大于对照组，两者差异均有统计学意义。

图2KOA组与对照组体质量分布指数-压力(WDI-Pr)对比

Fig.2 Weight distribution index-pressure WDI-Pr of control group and KOA group

A：左前，右前，右后，左后；B：左，右，前，后。

2.2.2动静态平衡测试相关指标结果 由表2可见，实验室平衡测试在两组之间的差异表现在静态稳定指数以及动态稳定极限的多个参数中。静态稳定指数反映在SI-Sae、SI-L，SI-Sae在睁眼和闭眼两种状态下两组之间差异都有统计学意义，SI-L在闭眼时两组有统计学差异，睁眼时无差异，该结果提示，闭眼状态KOA患者平衡能力下降较睁眼时明显，分析可能是睁眼状态下视觉代偿的原因。动态稳定极限的差异在试验所测各个方向均有表现，KOA组各方向的面积均小于对照组，且各方向差异均有统计学意义。

2.2.3X线分级Ⅱ级和Ⅲ级实验室平衡测试结果 如表3所示，根据X线分级分组后，KOA-Ⅱ与KOA-Ⅲ两组之间在VAS、Lequesne、TUG及Berg四种评分系统中除Lequesne评分的差异有统计学意义，余评分均无统计学差异。这提示影像学分级后的两组患者在现有的大多数关节功能评分方法上无差异。在稳定极限-区域面积(LOS-Sa)该项测试中，除RB(右后)的P值大于0.05外，其余方向差异均有统计学意义。该结果提示动态稳定极限可以较好的反映关节影像学分级后两组患者在平衡功能方面的差异。

表2KOA组与对照组平衡测试相关指标差异结果汇总

参数KOA组(n=47)对照组(n=22)P值VAS5．32±1．021．39±0．14<0．001∗Lequesne9．32±2．452．31±1．24<0．001∗TUG12．20±0．7057．65±0．32<0．001∗Berg35．47±1．0652．27±0．58<0．001∗SI(稳定指数) SI⁃Sae⁃EO(mm2)56．30±8．9515．59±10．95<0．001∗ SI⁃Sae⁃EC(mm2)64．48±9．7916．16±12．39<0．001∗ SI⁃L⁃EO(cm)18．17±7．1314．78±5．160．051 SI⁃L⁃EC(cm)21．66±9．6615．18±7．610．007∗ SI⁃As⁃EO(cm/s)0．52±0．110．53±0．150．848 SI⁃As⁃EC(cm/s)0．54±0．130．55±0．140．713SA表面面积(mm2) L3172±2338355±41500．004∗ R2866±2414150±345<0．001∗ F3710±2925195±5250．010∗ B2328±1853160±2060．009∗ T8355±6736083±439<0．001∗AR面积比 L/R1．26±0．571．01±0．220．013∗ F/B1．74±0．711．64±0．610．559

WDI：体质量分布指数；WDI-Sa：区域面积；WDI-Pr：压力；SI：稳定指数；SI-Sae-EO：区域面积-睁眼；SI-Sae-EC(mm2)：区域面积-闭眼；SI-L-EO(cm)：轨迹长度-睁眼；SI-L-EC(cm)：轨迹长度-睁眼；SI-As-EC(cm/s)：平均速度-闭眼；SI-As-EO(cm/s)：平均速度-睁眼；SA(mm2)：表面面积；LS：左侧；RS：双侧全部；F：前侧；B 后侧；T：全部；AR：面积比； L/R：左侧/右侧；F/B：前侧/后侧。*P<0.05。

2.3平衡评定各参数之间的相关性Berg评分、TUG测试、实验室平衡测试、Lequesne指数及VAS各参数之间的相关性如表4所示，其中Berg评分与实验室平衡测试指标LOS(T)有较好的相关性，且为正相关(Pearson=0.705，P<0.001)。TUG测试与实验室平衡测试指标LOS(T)有较好的相关性，为负相关(Pearson=-0.540，P<0.001)。VAS评分与LOS(T)有一定的相关性，Lequesne指数与TUG、Berg评分及实验室平衡测试指标LOS(T)均有较好的相关性，其中与TUG正相关，与Berg评分及LOS(T)负相关。

3 讨 论

保持姿势的稳定性在日常生活中至关重要，只有正常的平衡控制能力，才可以保障正常的运动模式和保护性姿势反射，从而降低跌倒的风险[1]。平衡功能评定目的首先是检测患者的平衡功能是否正常，如有异常则进一步确定影响平衡功能的原因。平衡功能评定的方法主要包括临床评定和实验室测试两种。临床评定主要采用观察法和量表法，实验室测试主要通过平衡测试仪来评定。KOA患者的平衡评定临床常用的有Berg量表、TUG坐起-行走计时测试、Romberg法和Bathel指数等。这些方法均是评定平衡功能的一些较为粗略的定性或等级量化的方法，较为廉价，操作方便，在两次测试间具有较好的相关性和可靠性，可以大体上对患者的平衡功能的状况作出判断，现在这些方法仍然大量应用在神经科、骨科及康复科等的临床工作中。然而，这些评价工具在对平衡进行评定时具有主观性，很难区分平衡和姿势异常之间的相互影响[3-4]，在定性和定量要求高的临床和科研中的使用受到制约，所以并不是十分理想的功能评定手段。

表3KOA组X线分级Ⅱ级和Ⅲ级两组实验室平衡测试各项指标的比较

参数KOA⁃Ⅱ(n=18)KOA⁃Ⅲ(n=23)P值VAS5．89±1．234．39±1．340．134Lequesne7．50±2．9310．91±3．010．001∗TUG9．37±2．5610．99±3．570．113Berg39．56±6．5337．09±6．800．248SI(稳定指数) SI⁃Sae⁃EO(mm2)44．17±10．1466．91±12．400．18 SI⁃Sae⁃EC(mm2)53．53±12．5776．36±14．840．264 SI⁃L⁃EO(cm)19．37±1．5117．73±8．050．486 SI⁃L⁃EC(cm)24．57±2．7219．75±7．830．141 SI⁃As⁃EO(cm/s)0．51±0．030．53±0．020．684 SI⁃As⁃EC(cm/s)0．51±0．030．54±0．030．514SA表面面积(mm2) L4141±15522589±13330．001∗ R3655±18052449±14740．024∗ F4846±19693081±17770．005∗ B2949±14221957±10620．015∗ T7767±29005038±1777<0．001∗AR面积比 L/R1．36±0．661．20±0．530．407 F/B1．80±0．661．73±0．770．761

注同表2。

表4平衡评定各参数之间的相关性

Tab.4 Analysis of correlations among the parameters

参数PearsonPBergvs．SA(T)0．705<0．001∗Bergvs．EO(SI⁃Sae)-0．0310．835Bergvs．EC(SI⁃Sae)-0．0160．917TUGvs．SA(T)-0．540<0．001∗TUGvs．EO(SI⁃Sae)0．2370．109TUGvs．EC(SI⁃Sae)0．1460．327VASvs．TUG-0．1820．221VASvs．Berg0．3820．008∗VASvs．SA(T)0．3660．011Lequesnevs．TUG0．543<0．001∗Lequesnevs．Berg-0．674<0．001∗Lequesnevs．SA(T)-0．679<0．001∗

注同表2。

本研究利用实验室平衡测试系统，研究发现KOA患者存在体质量分布指数异常。膝骨关节炎患者因为疾病导致的关节力学模式的失调，使得关节软骨、肌肉、韧带等组织对作用于关节的负荷无法以正常的模式传导，关节接触面发生改变，从而影响站立时双足的足底压力的分布。在本研究中发现膝骨性关节炎患者与正常对照者足底压力大小分布区域有明显的不同，主要体现在体质量分布指数-压力。在结果中除了右足后区KOA组压力大于对照组，其余方向均为KOA小于对照组，提示KOA患者因为多种因素导致的姿态异常主要体现在静止站立时，重力过多的分布于右足后侧，而足底其他部位的压力分布减少，两侧对称性明显差于对照组。静态稳定指数在膝骨关节炎组和健康对照组之间的差异显著，这与之前的报道相一致[5-6]。KOA患者稳定指数-漂移面积在睁眼和闭眼两种状态下与对照组都有统计学差异，闭眼情况下稳定指数-长度与对照组亦有差异。静态稳定性的稳定结构包括膝关节的前后交叉韧带、内外侧副韧带和关节囊等结构，它们在日常活动中维持膝关节的稳定性[7]。膝骨关节炎患者静态稳定性降低的主要原因为关节的应力失衡和下肢的力学轴线异常，从而引起膝关节胫骨关节面的磨损和关节边缘的骨赘形成。有研究认为，膝骨关节炎患者关节周围肌纤维因疾病可逐渐萎缩，从而引起肌力下降，导致膝关节的不稳定，加重该病的临床症状[8]。在姿势控制的稳定性测试中，无论是对照组还是KOA组的稳定极限面积图中，各区域面积由大到小的排列依次为：左前方、右前方、左侧后方、右侧后方，可以看出面积左侧大于右侧，前方大于后方。在面积的左右比值，KOA组与对照组相比前后的比值与正常人群无差异，左右的比值有差异。此项测试中面积越大则姿势控制能力越好。实验结果可看出，与正常人群相比，KOA在各个方向的姿势控制均有所下降，但姿势控制的规律符合一般正常人的规律，即前方控制能力优于后方，左侧优于右侧。左右对比的差异可以反映出KOA患者存在两侧平衡控制能力不对称性下降。临床提示在指导患者的平衡训练中需要各个方向兼顾，对于测试结果后方的控制能力低于前方应客观看待，不应视为异常而一味的去纠正。

有研究认为，KOA影像学所反映出的形态学改变与疾病所引起的功能障碍以及社会参与能力相关[9]。本课题在对病例组的X线分级分组后膝关节症状评分除Lequesne评分外其他指标两组之间均有差异。Lequesne评分OA-Ⅱ组小于OA-Ⅲ组，分数越高表示病情程度和功能状态情况越严重。这也与RIDDLE[10]对25 932例KOA患者5年的观察结果一致，该研究提示X线等级与病情相关。而这种差异在稳定极限(LOS)的表现更明显。稳定极限区域面积均为OA-Ⅱ大于OA-Ⅲ，除了在左后方无差异外，其他几个方向均有差异。可以看出姿势控制测试的差异更客观、更敏感。KIM[11]将KOA根据X线的Kellgren-Lawrence分级，所得结果为X线分级高的一组在姿势控制方面与低的一组有统计学差异，X线分级越高则姿势控制能力越差。

相关性分析结果显示，Berg评分、TUG测试和实验室平衡测试指标有很好的相关性。在疼痛评分以及关节症状评分与临床和实验室平衡测试指标的相关分析结果中，也显示出较好的相关性。提示实验室平衡测试与临床平衡评定有很好的相关性，是一种可应用于该疾病功能评定的新方法，且可以很好地反映疾病的症状。

总之，由于KOA患者所存在的平衡控制障碍问题，首先在疾病的初期进行平衡评定可以对姿势异常早期发现，并给予干预手段，从而预防疾病的进一步发展[12]。我们建议在膝骨关节炎的临床治疗中进行平衡功能的评估，在疾病的早期阶段其他检查尚不足以对疾病进行明确诊断的情况下，测试结果用于指导患者纠正不良姿势；再者，可将平衡功能评估用于膝骨关节炎治疗疗效评估中，来制定更好的治疗方案。

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