膝骨關節炎患者膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力、BMI變化及意義

吳祖貴，許學猛，劉文剛，趙傳喜，吳淮

(1廣州中醫藥大學，廣州510405；2廣東省第二中醫院)

膝骨關節炎(KOA)是老年人群膝關節疼痛和功能受限的主要原因[1]。KOA患者常伴有膝關節不穩、本體感覺下降、肌力降低以及關節功能障礙等[2]。本體感覺下降、肌力降低等均與膝關節功能直接相關，超重和肥胖會導致肌肉力量和膝關節本體感覺的顯著下降，而本體感覺減退會進一步影響股四頭肌肌力，導致膝關節功能的下降[3,4]。目前國內外對影響KOA發生的因素研究較多，但對于聯合分析各影響因素之間的相關性研究較少。本研究觀察了KOA患者膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力及BMI變化，現分析各因素之間的相關性，旨在為KOA發生機制的研究提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2017年11月～2018年3月廣東省第二中醫院收治的KOA患者60例作為觀察組，其中男16例、女44例，年齡(61.63±8.53)歲，身高(158.12±6.25)cm，體質量(63.81±3.05)kg，KOA部位：左膝18例，右膝42例。均符合1995年美國風濕病學會修定的KOA診斷標準：①近1個月內反復膝關節疼痛；②X線片(站立或負重位)示關節間隙狹窄、軟骨下骨硬化和(或)囊性變、關節緣骨贅形成；③關節液(至少2次)清亮、黏稠，WBC<2 000個/mL；④年齡≥40歲；⑤晨僵≤30 min；⑥活動時有骨摩擦感(音)。符合①+②或①+③+⑤+⑥或①+④+⑤+⑥即可診斷為KOA。納入標準：①符合美國風濕病學會修訂的KOA診斷標準；②年齡40～75歲；③疼痛視覺模擬評分(VAS)≥3分。排除標準：①有中風病史；②既往有下肢手術史；③合并嚴重高血壓、心臟病等疾病；④測試前1周內膝關節接受過治療；⑤不能正常步行；⑥合并精神病或者認知功能障礙；⑦合并肢體殘疾、平衡功能障礙、髖關節或踝關節疾病等。選取同期體檢健康志愿者60例作為對照組，男14例、女46例，年齡(60.79±7.64)歲，身高(162.15±6.49)cm，體質量(58.49±3.15)kg。兩組性別構成比、年齡具有可比性。本研究通過醫院醫學倫理委員會審核，患者及其家屬均知情同意。

1.2 相關指標觀察

1.2.1 膝關節功能 采用國際公認的西大略湖麥克馬斯特大學OA指數(WOMAC)評分評價膝關節功能。WOMAC評分分為疼痛、僵硬和關節功能三個部分，疼痛部分包括5個項目共計20分，僵硬部分包括2個項目共計8分，關節功能部分包括17個項目共計68分，三部分總計96分。WOMAC評分越低表示膝關節功能越好。

1.2.2 膝關節本體感覺 采用本體感覺定量測試系統(Pro-kin 254P型，意大利Tecnobody公司)，選取多軸本體評價模塊，圈數默認值及阻力緩沖器均設置為“5”。受試者雙上肢垂直放于身體兩側，雙下肢脫鞋脫襪，健側下肢垂直站立于動靜態平衡儀面板上，患側下肢足掌置于平衡板中心，足跟正中點與第二趾正中點的連線對準A1-A5軸線，足弓最高點的橫切線對準A3-A7軸線。開始測試之前重置平衡板，受試者以膝關節為發力中心，先熟悉測試過程，進行2次本體感覺預評估的測試，再正式開始多軸本體評價測試。測試時受試者按照系統提示，在規定時間內，在最快速度和最佳準確度的前提下，左足以逆時針方向(右足以順時針方向)沿著系統規定的軌跡描繪“5”圈。所有受試者由同一個研究員按照相同的方法進行測試，要求測試環境安靜，身體保持標準體位，避免代償用力。記錄多軸本體感覺評價相關指標平均軌跡誤差(A.T.E)、平均力量差和穩定指數(SI)。A.T.E是反映本體感覺的黃金指標，A.T.E越小表明膝關節控制能力越好，本體感覺越好。平均力量差反映本體感覺中的負重感覺，其數值越小表明本體感覺越好。SI反映膝關節穩定性，SI越小表明膝關節穩定性越好。

1.2.3 膝關節屈伸肌群肌力 采用等速肌力測試系統(Biodex System 4 pro，美國BIODEX公司)，嚴格按照使用手冊的規定操作儀器及系統，測試之前先輸入受試者的基本信息，安裝膝關節適配器。受試者處于坐位狀態，座椅及動力儀均固定不動，上身及患側下肢用尼龍帶固定，于小腿內踝上2 cm處固定膝關節適配器阻力墊。測試之前進行系統校準，設定膝關節活動度，設定測試方案為單邊等速向心運動，角速度為低速60°/s，循環終止次數為5次。囑患者進行5次膝關節屈伸運動，明確膝關節的測試活動范圍安全并熟悉測試過程。受試者休息10 min后開始測試，測試時下肢伸直，使膝關節處于完全伸展位，開始測試時以最大力量屈伸膝關節，并循環5次直至系統提示結束。以峰力矩表示膝關節屈伸肌群肌力，峰力矩為肌肉收縮過程中產生的最大力矩輸出。測試結束后要求測試結果變異系數(CV)低于15%，變異系數大于15%者按要求重新測試。

1.2.4 BMI BMI=體質量(kg)/身高(m)2。

2 結果

2.1 兩組膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力及BMI比較 觀察組WOMAC評分、A.T.E、平均力量差、SI及BMI均高于對照組，屈、伸肌群肌力均低于對照組(P均<0.05)。見表1。

表1 兩組膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力及BMI比較

注：與對照組比較，*P<0.05，#P<0.01。

2.2 觀察組膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力及BMI的相關性 觀察組WOMAC評分與A.T.E、平均力量差、SI、BMI均呈正相關關系(r分別為0.372、0.355、0.371、0.872，P均<0.01)，與屈、伸肌群肌力均呈負相關關系(r分別為-0.399、-0.460，P均<0.01)。A.T.E、平均力量差、SI與BMI均呈正相關關系(r分別為0.326、0.354、0.320，P<0.05或<0.01)，與屈肌群肌力均呈負相關關系(r分別為-0.357、-0.292、-0.327，P<0.05或<0.01)，與伸肌群肌力均呈負相關關系(r分別為-0.381、-0.260、-0.326，P<0.05或<0.01)。屈、伸肌群肌力與BMI均呈負相關關系(r分別為-0.318、-0.294，P均<0.05)。

3 討論

KOA不是單純的軟骨局限性疾病，而是關節軟骨、半月板、韌帶和關節周圍肌肉等組織由于多種病理生理機制引起的關節疼痛和功能受限的慢性關節疾病。膝關節本體感覺傳入沖動主要來源于本體感受器，而本體感受器主要分布于皮膚、肌肉、肌腱、韌帶、關節囊、半月板和軟骨等處，主要包括Ruffini小體、pacini′s小體、肌梭和腱器官等[5]。研究發現，股四頭肌是膝關節的主要動態穩定器，股四頭肌肌梭對本體感覺敏銳度具有重要作用[6]，而本體感覺較差的患者在關節功能方面表現出較多的局限性[7]。超重和肥胖與肌力之間相互影響，肌力較差的患者本體感覺相對也較差，而本體感覺差可以通過足夠的肌肉力量補償[8]。Lephart等[9]發現，隨著BMI的增加，KOA患者的本體感覺呈下降趨勢。本研究結果顯示，觀察組WOMAC評分、A.T.E、平均力量差、SI及BMI均高于對照組，屈、伸肌群肌力均低于對照組，說明KOA患者膝關節功能、本體感覺、屈伸肌群肌力及BMI均存在異常，亦可能相互影響，共同參與KOA的進程。

Vand等[10]報道，KOA患者伴有本體感覺受損。本體感覺通過協調股四頭肌和腘繩肌等相關肌肉，控制膝關節運動，維持膝關節穩定性，降低膝關節損傷[11]。Oh等[12]研究報道，本體感覺訓練能顯著地減輕KOA患者的疼痛程度。本研究結果顯示，KOA患者WOMAC評分與A.T.E、平均力量差、SI均呈正相關關系，說明本體感覺受損與KOA患者膝關節功能降低有關。可能是由于KOA患者本體感覺受損，活動時以異常方式加載膝關節，導致膝關節疼痛加重。目前，KOA患者的膝關節本體感覺和關節功能之間相互作用的機制尚不明確。Van等[7]推測可能是由于KOA患者的關節囊、韌帶、軟骨和半月板等組織的病理性損傷，導致分布在該處的本體感受器和神經受到破壞，從而引起KOA患者的膝關節本體感覺下降。

肌力下降是KOA發生的主要原因之一，并且與KOA的病程進展密切相關。Slemenda等[13]研究發現，KOA患者膝關節周圍肌力比未發展為KOA的健康人群膝關節周圍肌力下降18%左右，KOA越嚴重的患者膝關節周圍肌力下降越明顯，而增加股四頭肌的強度可以緩解關節間隙狹窄的進程，從而減輕關節疼痛和功能障礙[14]。胡煜等[15]研究發現，肌力訓練等運動療法可顯著改善KOA患者的關節功能。Scott等[16]研究發現，KOA患者由于膝關節長期的疼痛和功能受限可能會導致膝關節周圍肌容量的減少及肌力的降低。Papalia等[17]認為，目前沒有相關證據表明膝關節周圍肌容量減少會促進KOA的進展。本研究結果顯示，KOA患者WOMAC評分與屈、伸肌群肌力均呈負相關關系，說明肌力下降與KOA患者膝關節功能降低有關。分析其原因，任何導致膝關節周圍肌力下降的因素，都會降低膝關節主動保護機制，KOA患者由于疼痛和功能障礙而減少膝關節活動，導致膝關節周圍肌肉的廢用性肌萎縮及肌力下降，形成惡性循環。

Jiang等[18]研究發現，BMI每增加5個單位，KOA的發病風險就升高35%。一項動物研究發現，過度的體質量負載到軟骨上可誘導軟骨變形和損傷[19]。另一項臨床研究也證實，關節負荷異常會導致關節軟骨的組成、結構和力學性能的改變，從而加重疼痛[20]。本研究結果顯示，KOA患者WOMAC評分與BMI均呈正相關關系。關于其影響機制，Vincent等[21]研究發現，當體質量增加時，雖然肌肉和脂肪含量均會增加，但肌肉所占比例卻相對較低，不能與作用于關節軟骨的生物機械負荷相適應，進而導致膝關節的疼痛與功能障礙。肥胖患者由于體質量過大，體力活動相對較少，關節內壓力顯著增加，造成關節內的軟骨及半月板等組織的損傷，從而導致疼痛和功能障礙加重。

Holla等[2]研究發現，KOA患者均不同程度伴有膝關節本體感覺及周圍肌力下降，其本體感覺和膝關節屈伸肌力之間存在正相關。Van等[7]研究認為，增加膝關節周圍肌力可作為本體感覺下降的一種補償因素。本研究結果顯示，KOA患者A.T.E、平均力量差、SI與與屈伸肌群肌力均呈負相關關系，說明本體感覺障礙與膝關節屈伸肌群肌力降低之間存在正相關關系。分析其原因：①肌肉力量較弱的KOA患者可能肌肉含量相對較少，本體感受器也相對較少，因此會減少本體感覺輸入；②肌肉力量較弱的患者關節負荷顯著增加，會加重分布于軟骨、半月板及交叉韌帶等處的本體感受器的損傷，導致本體感覺輸入受損；③在膝關節活動過程中，肌肉力量較弱的患者使用最大力量相對較多，降低肌梭的敏感性，導致本體感覺輸入受損。因此，本體感覺障礙與肌力降低之間相互作用，共同促進KOA的進展。

肥胖將顯著增加KOA患者膝關節的生物機械負荷，導致關節周圍組織的病理性變化，從而破壞關節周圍組織的本體感受器。本體感受器負責本體感覺功能的收集，具有敏感性高、易損傷等特點，其一旦遭到破壞將顯著降低本體感覺的功能。Shakoor等[3]發現，膝關節負荷和本體感覺敏銳度之間呈負相關關系。本研究結果顯示，KOA患者A.T.E、平均力量差、SI與BMI均呈正相關關系，說明患者膝關節本體感覺受損與其BMI升高有關。Lephart等[9]研究發現，體質量的增加會導致姿勢控制能力的下降，姿勢控制能力包括三部分，即視覺(21.3%)、前庭感覺(22.4%)和本體感覺(56.3%)。在姿勢控制能力方面，本體感覺起著非常重要的作用，超重和肥胖將導致本體感覺功能下降。

Jadelis等[8]研究發現，超重和肥胖與肌肉無力相關。潘曉雨等[22]研究發現，膝關節屈伸肌群肌力與BMI之間呈顯著負相關。Culvenor等[23]研究發現，隨著BMI的升高，女性膝關節屈伸肌纖維產生力的能力降低，但男性則不然。本研究結果顯示，KOA患者屈、伸肌群肌力與BMI均呈負相關關系。二者之間相互作用機制尚不明確。Hassan等[24]研究發現，肥胖患者的促炎生物因子水平較正常人高，當肥胖加重時，這些促炎生物因子水平提高的同時會加快肌肉代謝以及肌力下降的速度，從而影響肌肉力量。

綜上所述，KOA患者膝關節功能及屈伸肌群肌力降低、本體感覺受損、BMI升高；四者之間具有相關性，并在一定程度上相互影響，共同參與KOA的進程。