老年膝骨關節炎患者膝關節肌肉力量和本體感覺的臨床觀察

曲冰,鄭潔皎,周靚贇,金曉璇,徐國會,李勇

復旦大學附屬華東醫院康復醫學科,上海 200040

膝關節骨性關節炎(knee osteoarthritis, KOA)是一種常見的老年人慢性退行性關節疾病,可破壞關節軟骨、改變膝關節周圍組織結構(包括關節囊、肌肉、肌腱等),引起關節疼痛、水腫,肌肉力量喪失以及本體感覺功能障礙等多種病癥[1]。目前,全球約有28%的老年人患有KOA[2]。膝關節周圍組織的生理結構和關節內部的本體感受器共同參與維持膝關節的穩定[3]。此外,肌梭是提供膝關節本體感覺準確性的重要受體, KOA導致的肌肉無力和肌萎縮可導致肌梭感覺衰退,致使本體感覺功能減退,進一步影響關節穩定性。目前針對KOA患者本體感覺及肌肉力量的影響已有研究,但采取的測試方法及使用儀器各不相同導致結果存在差異。

因此,本研究擬采用Biodex等速肌力測試系統對KOA患者進行膝關節等速向心肌力和本體感覺位置覺(joint position sense, JPS)評估。研究老年KOA患者膝關節屈伸肌群肌力、 JPS的臨床特點,進而探討KOA對膝關節穩定性的影響,以期為KOA患者的康復治療及預防跌倒提供參考依據。

1 資料與方法

1.1一般資料本研究選取2021年3月—2022年9月就診于華東醫院康復醫學科的19例非急性期老年KOA患者,年齡65～77歲,平均年齡(69.26±4.19)歲,選取同年齡段健康對照組15人,年齡65～75歲,平均年齡(67.73±3.77)歲, 2組受試者基本資料無統計學差異。所有患者均知情同意。受試者基本情況見表1。

1.2納入標準和排除標準納入標準： (1)符合美國風濕病協會1986年修訂的KOA診斷標準[4],診斷為單側或雙側膝骨關節炎患者; (2)年齡≥65歲; (3)疼痛視覺模擬評分[5](visual analogue score, VAS)小于5分; (4)患側膝關節Kellgren/Lawrence分級≤Ⅲ級[6]。符合以上全部標準的病例納入本研究。排除標準： (1)既往行下肢外科手術者; (2)合并扭挫傷或其他創傷者; (3)伴有類風濕性關節炎、痛風性關節炎等其他膝關節疾病者; (4)下肢嚴重畸形、疼痛及骨腫瘤者; (5)伴有中樞及外周神經系統疾病者; (6)伴有嚴重的高血壓、糖尿病等內科疾病影響下肢平衡功能者; (7)認知功能障礙,不能理解、完成評測者。具備以上任意1項標準的病例不納入本研究。

1.3測試方法

1.3.1 肌肉力量測試 采用美國Biodex system4 型等速測試系統,對KOA組的患側和對照組的優勢側膝關節進行屈伸肌群等速肌力測試。選取膝關節組件,患者取坐位,膝關節轉動軸心與儀器動力軸對齊,固定軀干和受試測股骨環節,以防屈髖代償。測試前首先設定受試者膝關節活動范圍,對受試側下肢進行去重力化矯正,并告知患者測試流程。正式測試以膝關節屈90 °為起始位,分別在角速度60 °/s和120 °/s(向心-向心)模式下,囑受試者進行膝關節最大收縮屈伸活動。測試測量5次,取平均值。記錄受試者的相對峰值力矩(relative Peak Torque, rPT)、膝關節屈/伸肌(腘繩肌/股四頭肌)肌力比(Hamstring/Quadriceps, H/Q)。

1.3.2 膝關節本體感覺評定 采用美國Biodex system4型等速肌力測試系統中的本體感覺測試模塊進行JPS被動還原測試。受試者體位擺放與肌力測試一致。告知患者測試流程。以膝關節屈曲90 °為起始位, 2 °/s 的恒定速度被動帶動受試者肢體于目標角度(膝關節屈45 °)停留5 s后返回起始位置。再以2 °/s 的恒定速度被動帶動受試者進行伸膝運動,受試者閉眼感知,當自覺肢體達到目標角度時,停止。受試者在測試開始前預試一次,熟悉測試流程,減小誤差。記錄患者自覺定位角度與目標角度之間差值的絕對值,測試3次,取平均值。差值絕對值越小表示受試者的本體感覺被動還原位置覺越精準。

2 結果

2.12組等速肌力測試結果比較等速肌力測試結果如表2～表3、圖1所示,與對照組相比, KOA組在2種速度下的屈、伸肌群相對峰值力矩均低于對照組,伸肌肌群(股四頭肌)在2種速度下均具有顯著性差異(60 °/s 時,P=0.014; 120 °/s 時,P=0.018),屈肌肌群在120 °/s 時,具有顯著性差異(P=0.013); H/Q值無顯著性差異。

2.22組本體感覺測試結果比較本體感覺測試結果如表4所示,在45 °的目標位置, KOA組患者JPS差值絕對值(°)明顯大于對照組,且具有顯著性差異(P=0.042)。

表1 受試者基本信息表

表2 2組膝關節60°/s角速度下屈、伸肌群等速向心肌力測試結果比較

表3 2組膝關節120 °/s角速度下屈、伸肌群等速向心肌力測試結果比較

注： *表示P<0.05。圖1 2組膝關節屈、伸肌群等速向心肌力測試結果比較

表4 2組膝關節本體感覺位置覺差值絕對值結果比較

3 討論

骨性關節炎是一種由炎癥因子作用,生物力學結構改變導致的機械性疾病,而KOA是骨關節炎中最常見的一種。與KOA相關的膝關節生物力學影響因素包括骨骼對線異常、肌肉功能障礙、本體感覺喪失以及步態過程中的異常負荷等[7]。識別KOA導致的結構性、功能性障礙有助于康復治療方案的制定。

膝關節周圍肌肉力量對維持下肢運動控制起關鍵作用,日常生活中如爬樓梯、坐起站立等動作都需要膝關節周圍肌肉向心、離心收縮來參與完成。膝關節活動主要表現為關節屈伸,參與關節活動的主要肌群是股四頭肌和腘繩肌。本研究采用等速肌力測試系統測試膝關節在向心-向心模式下的相對峰值力矩,結果顯示KOA患者膝關節屈伸rPT明顯小于對照組,尤其是伸肌肌群,提示KOA患者股四頭肌肌力下降明顯,這也與以往的研究結果一致[8-9]。相對于其他肌群, KOA患者股四頭肌肌力減退程度十分顯著,其肌力僅保留同齡健康人的60%[10]。強健的股四頭肌有助于吸收關節負荷,減緩行走過程中地面反作用力的沖擊及關節軟骨磨損,有助于維持關節穩定。而隨著肌力的降低,半月板將承受更多的負荷來維持膝關節的穩定。關節磨損引起關節疼痛,而因疼痛減少關節活動將進一步導致肌力減退。研究[8-9, 11-12]顯示, KOA疼痛與股四頭肌無力密切相關。針對下肢肌無力的運動干預可減輕疼痛,減緩KOA的病程進展[13-16]。

研究常使用H/Q比值,即恒定角速度下膝關節活動的腘繩肌向心收縮峰值力矩與股四頭肌向心收縮峰值力矩比值,作為評估關節肌力的平衡和關節穩定性的指標[17]。以往研究顯示KOA患者H/Q顯著高于正常健康人[8],這可能與KOA患者股四頭肌萎縮或股四頭肌力臂縮短有關。H/Q比率一般在0.6至0.8之間,且隨著等速角速度的增加而增加[18]。本研究中測試時KOA患者股四頭肌肌力明顯弱于對照組,但2組H/Q值雖無顯著性差異。推測可能因膝關節的屈伸肌肌力相對于對照組均呈下降趨勢,并且本研究中H/Q值在高角速度(120 °/s)模式下均值大于對照組。提示患者已存在關節不穩的趨勢。

本體感覺是由刺激關節內組織中的特殊神經末梢和機械感受器引發的[19],外部感受機械刺激后生成感覺信息傳遞至中樞神經系統,經脊髓、腦干及大腦皮層的加工處理后生成運動指令傳出至骨骼肌肉系統,生成運動。膝關節本體感覺除確保關節穩定、協調運動控制之外,還可減緩極限運動創傷對關節的損害,預防跌倒[20]。而KOA引起的骨贅、關節軟骨破裂、關節積液等膝關節病理變化將導致關節軟骨和關節囊中的機械感受器損傷,并且影響關節周圍關節囊、韌帶、肌肉和肌腱中機械感受器的正常功能[21]。機械感受器的損傷程度可以使用本體感覺測量方法來檢測,如位置覺(JPS)和關節運動覺(threshold to detect passive motion, TTDPM), 2種方法分別測試本體感覺的不同成分[21]。JPS測試依賴于活躍的肌肉收縮和來自肌肉、關節囊、韌帶和皮膚力學的反饋。本研究采用JPS中的被動關節復位重現(reproduction of passive joint repositioning, RPP)屏蔽了肌肉收縮因素。另外,膝關節屈曲的角度與肌梭傳入的位置覺信息呈正比,且嚴重的KOA患者甚至存在伸膝凝滯,因此,本研究取中間角度45 °RPP的方法來評估KOA患者的JPS[22]。

本研究結果顯示, KOA組患者自主達到位置與目標角度明顯大于對照組,提示KOA患者與同齡人相比,本體感覺嚴重受損,與以往研究結論相同[22-23]。KOA患者JPS測試中本體感覺降低可能是由關節局部器質性變化以及肌肉力量衰退導致的[24],而由KOA引起的本體感覺降低同樣可能導致骨關節炎的發生發展。當本體感覺出現功能障礙,神經肌肉反射的傳入信號缺失,可導致肌肉活動減少、關節穩定性降低,關節負荷增加。此外, Mani等[20]的研究提示KOA除影響膝關節的JPS之外,還會對髖關節和距下關節的本體感覺造成不利影響,提示KOA造成的膝關節生物力學結構和負荷的改變將影響整個下肢的運動控制。

本研究探討KOA對老年人膝關節肌力和本體感覺的影響,結果發現KOA患者膝關節本體感覺位置覺和股四頭肌肌力衰退程度明顯大于正常老年人。因此,為了提升老年KOA患者關節穩定性、延緩KOA的進展,在進行強化下肢肌肉力量的鍛煉外,宜注重本體感覺的訓練,提升姿勢穩定。后續研究將擴大樣本量,并進一步深入研究KOA患者健側以及鄰近的髖、踝關節的生物力學改變。