凌康，夏清

膝骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)又稱膝增生性關(guān)節(jié)炎、膝骨關(guān)節(jié)病、退行性骨關(guān)節(jié)炎等，是中、老年人的常見病和多發(fā)病之一。良好的平衡功能是日常生活能力如行走、上下樓梯以及其他下肢運動的重要保障，膝關(guān)節(jié)周圍組織及結(jié)構(gòu)的損傷導(dǎo)致KOA患者平衡控制能力減退，跌倒風(fēng)險增加，嚴重影響患者的健康水平和生活質(zhì)量[1]。人體正常平衡功能的維持是一個綜合的神經(jīng)肌肉共同協(xié)同運動的過程，牽涉到感覺信息的輸入，進而評估身體的姿勢以及在空間中的動作，最終通過骨骼肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)募∪夤趋婪磻?yīng)，去控制身體在特定環(huán)境與動作下的姿勢[2]。因此平衡功能的維持需要3個環(huán)節(jié)的參與：感覺輸入、中樞整合、運動控制。本文從感覺輸入系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)兩個方面分析影響KOA患者平衡功能的因素。

KOA患者的靜態(tài)平衡功能障礙主要表現(xiàn)為身體重心穩(wěn)定性下降，然而與靜止性的動作相比，失衡和跌倒主要見于與動態(tài)平衡相關(guān)的活動中，動態(tài)平衡功能測試可以更好地評估患者的跌倒風(fēng)險[3]。對KOA患者動態(tài)平衡功能評定發(fā)現(xiàn)：患者不僅存在身體重心穩(wěn)定性下降，擺動幅度增加同時還存在姿勢控制能力的減弱[4]。KOA患者通常存在股四頭肌肌力減退，進而降低患者的姿勢控制能力，研究表明對股四頭肌進行肌力訓(xùn)練可以增加膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，提高患者對外界干擾的應(yīng)變能力以及姿勢控制能力[5]。

1 感覺輸入系統(tǒng)對KOA患者平衡功能的影響

1.1 疼痛 安靜狀態(tài)下或活動時膝關(guān)節(jié)疼痛是KOA患者最突出、最常見的癥狀，疼痛會改變平衡控制的運動策略以及影響自發(fā)性姿勢反應(yīng)時肌肉活動的協(xié)調(diào)性[2]。對膝關(guān)節(jié)疼痛者進行靜態(tài)平衡功能測試發(fā)現(xiàn)：單膝關(guān)節(jié)疼痛導(dǎo)致患者身體重心左右方向的擺動增加，雙側(cè)膝關(guān)節(jié)疼痛不僅使得患者身體重心左右方向擺動增加，而且也會增加患者身體重心前后方向的擺動[6]。如果疼痛持續(xù)，將會產(chǎn)生次發(fā)性的肌力下降和活動機能損傷：膝關(guān)節(jié)疼痛會降低個體姿勢控制能力，使得個體在面對外界干擾時，身體重心擺動幅度的增加，同時也會影響股四頭肌肌群間的協(xié)調(diào)性，干擾肌群間的協(xié)同運動(所謂肌群間的協(xié)同運動是指：肌群功能連結(jié)后，作為一個整體單元共同運動)，影響平衡調(diào)節(jié)過程[7]。疼痛不僅使得肌群間的協(xié)調(diào)性降低，同樣也會降低肌肉的力矩[8-9]。Ozer等[10]研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)疼痛會降低膝關(guān)節(jié)伸肌和屈肌肌群的峰力矩，損傷膝關(guān)節(jié)本體感覺功能。分布在膝關(guān)節(jié)周圍組織的本體感受器通過收集有關(guān)肌肉收縮和關(guān)節(jié)伸展程度及位置的信息，為腦部神經(jīng)元進行運動行為分析提供條件，在維持人體姿勢穩(wěn)定中起著重要的作用，本體感覺功能受損會降低患者的姿勢控制能力[11]。Shakoor等[12]認為疼痛與本體感覺間存在著聯(lián)系，疼痛的變化直接影響到KOA患者的本體感覺功能。Felson等[13]認為膝關(guān)節(jié)疼痛會導(dǎo)致KOA患者本體感覺缺陷，從而降低患者平衡控制能力。疼痛與KOA患者平衡功能密切相關(guān)，疼痛導(dǎo)致KOA患者膝關(guān)節(jié)周圍肌群的力矩與協(xié)調(diào)性降低，同時也會使得膝關(guān)節(jié)對新刺激做出反應(yīng)的時間延長，干擾人體正常的姿勢調(diào)節(jié)能力，降低患者的平衡控制能力。

1.2 本體感覺 良好的軀體平衡控制，有賴于感覺運動系統(tǒng)的完整整合，而本體感覺在感覺運動系統(tǒng)中起著感覺傳入和傳出的作用。研究表明與年齡、性別、體重指數(shù)相匹配的正常健康人群相比，KOA患者存在膝關(guān)節(jié)本體感覺功能缺陷[14]。在一項通過膝關(guān)節(jié)復(fù)位測試評估膝關(guān)節(jié)本體感覺功能的實驗中，KOA患者的關(guān)節(jié)復(fù)位成功率只有7.5%，而與其年齡相匹配的正常健康人群的關(guān)節(jié)復(fù)位成功率為53%[15]。同時KOA患者還存在著關(guān)節(jié)位置覺閾值的增高，這將會導(dǎo)致患者在感知姿勢發(fā)生改變的速度降低以及重新獲得姿勢穩(wěn)定的時間延長[16]。本體感覺缺陷導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降、關(guān)節(jié)運動失去控制，使得患者平衡控制能力減退，而平衡控制能力降低又會進一步加重患者的關(guān)節(jié)損傷[17]。Baert等[18]指出KOA患者本體感覺缺陷與病程有關(guān)，KOA晚期患者常伴有本體感覺功能缺陷而早期患者不存在本體感覺功能缺陷，分析后認為這是由于膝關(guān)節(jié)本體感受器主要位于膝關(guān)節(jié)周圍肌梭、肌腱、韌帶、關(guān)節(jié)囊、皮膚等處，疾病晚期通常伴有這些部位的嚴重損傷，使得本體感覺功能受損。因此對于晚期KOA患者而言，在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上輔以本體感覺訓(xùn)練有助于改善患者本體感覺功能，提高姿勢控制能力，降低跌倒風(fēng)險。

2 運動控制系統(tǒng)對KOA患者平衡功能的影響

2.1 肌肉系統(tǒng) 肌肉系統(tǒng)在人體姿勢平衡的維持中起著重要的作用，主要表現(xiàn)在產(chǎn)生適當(dāng)?shù)募埩σ约巴ㄟ^肌肉收縮控制重心的位置[19]。研究表明KOA患者存在膝關(guān)節(jié)周圍肌群和髖關(guān)節(jié)周圍肌群肌力的減弱[20-21]。肌力下降會影響膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，從而使得在平衡調(diào)節(jié)的過程中無法產(chǎn)生足夠的力矩對抗重心位置的改變[22]。Becker等[23]研究證實，與正常對照組相比，KOA患者股四頭肌最大隨意等長收縮在患側(cè)和健側(cè)膝關(guān)節(jié)均明顯下降，股四頭肌激活下降改變了關(guān)節(jié)的傳入沖動，引起傳出運動神經(jīng)沖動下降，加重了關(guān)節(jié)損傷。疼痛和下肢功能水平的降低導(dǎo)致KOA患者發(fā)生失用性肌萎縮，引起股四頭肌肌力下降，進而使得患者活動受限，而活動受限又會加重患者肌肉萎縮，最終形成惡性循環(huán)[24-26]。研究表明KOA患者不僅存在膝關(guān)節(jié)周圍肌群肌力的減退，其髖關(guān)節(jié)周圍肌群肌力也存在不同程度的降低。Hinman等[27]研究發(fā)現(xiàn)與無癥狀的健康人群相比，KOA患者髖關(guān)節(jié)伸展肌群肌力減少了16%，外旋肌群肌力減少了27%，同時他們還發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展肌群肌力減弱程度與KOA嚴重程度呈正相關(guān)。王劍雄等[28]研究發(fā)現(xiàn)KOA患者雙側(cè)髖外展肌肌力存在顯著的差異性，雙側(cè)癥狀嚴重程度不相同時，對髖外展肌肌力的影響程度也不相同，膝關(guān)節(jié)癥狀較重的一側(cè)髖外展肌肌力下降的更加明顯。Duffell等[29]研究發(fā)現(xiàn)與年齡相匹配的正常人相比早期KOA患者在步行過程中沒有表現(xiàn)出運動學(xué)及動力學(xué)的改變，但是對KOA患者進行單腿直立平衡功能檢測發(fā)現(xiàn)：不論是健側(cè)還是患側(cè)單腿直立時，患者的平衡功能都明顯降低，同時研究還發(fā)現(xiàn)KOA患者會通過加強雙側(cè)臀中肌肌力來維持單腿直立時的平衡狀態(tài)。KOA和髖關(guān)節(jié)周圍肌群肌力改變兩者之間相互影響的具體機制尚不清楚，但是有研究顯示對KOA患者髖關(guān)節(jié)內(nèi)收肌和外展肌肌力訓(xùn)練可以緩解患者膝關(guān)節(jié)疼痛以及提高姿勢控制能力[30]。

2.2 關(guān)節(jié)活動度 膝關(guān)節(jié)是人體的主要負重運動關(guān)節(jié)，它可以在站立位時通過與髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的協(xié)同作用來維持身體平衡，而且也是行走、上下樓梯等活動的功能單位。下肢活動是以開鏈、閉鏈的運動形式進行，一個關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)活動受限，會影響整個下肢的姿勢及平衡功能。例如：KOA患者常伴有膝關(guān)節(jié)疼痛和僵硬，從而使得在平衡調(diào)節(jié)過程中無法使用懸吊性策略，(所謂懸吊性策略，就是一個人快速地將膝關(guān)節(jié)彎曲，以降低身體的質(zhì)心時，造成踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)聯(lián)合屈曲)導(dǎo)致平衡控制中踝、髖關(guān)節(jié)策略和軀干活動使用增加。由于疼痛和膝關(guān)節(jié)周圍組織的損傷使得KOA患者存在不同程度的膝關(guān)節(jié)活動受限，而膝關(guān)節(jié)在矢狀面上的屈伸運動與姿勢調(diào)節(jié)以及動態(tài)平衡功能密切相關(guān)[31]。Mundermann等[32]研究發(fā)現(xiàn)與正常人相比，KOA患者足跟著地期伸膝角度、支撐期最大屈膝角度和支撐期最大伸膝角度均有減小。Farrokhi等[33]研究發(fā)現(xiàn)足跟著地期KOA患者的膝關(guān)節(jié)屈曲程度小于正常對照組，同時也發(fā)現(xiàn)KOA患者踝關(guān)節(jié)支撐期最大跖屈角度、最大背屈角度和最大伸髖角度也顯著減小。人體主要依靠髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度的規(guī)律性變化，使左右腳持續(xù)交替擺動而實現(xiàn)行走，以及維持運動過程中姿勢的穩(wěn)定性。Turcot等[34]研究發(fā)現(xiàn)KOA患者會通過增加矢狀面上膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)以及骨盆的活動性，來應(yīng)對膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降造成的步行障礙，同時在起-立測試中KOA患者會采取軀干前傾的方式來維持運動過程中的姿勢穩(wěn)定。

3 小結(jié)

平衡功能的維持離不開神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的協(xié)同運動，然而膝關(guān)節(jié)疼痛、本體感覺功能缺陷、肌力下降、關(guān)節(jié)活動受限這些因素的存在，影響了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的協(xié)同運動過程，導(dǎo)致KOA患者平衡功能下降。目前對于KOA的研究很少有關(guān)于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)缺陷對KOA患者動態(tài)平衡功能影響的報道，同時也很少有關(guān)于當(dāng)KOA患者姿勢平衡被打破后重新獲得姿勢穩(wěn)定的過程中，神經(jīng)肌肉系統(tǒng)變化的研究。關(guān)于神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)對KOA患者姿勢調(diào)節(jié)過程的影響，有待于進一步全面、客觀的研究分析，以便更好地理解KOA患者在回應(yīng)外來干擾和重新獲得姿勢穩(wěn)定的過程中神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)的變化，從而有利于KOA患者平衡功能的評定與治療。

[1] 夏玲,王歡,竇曉莉，等.膝骨性關(guān)節(jié)炎的非手術(shù)治療現(xiàn)狀[J].中國老年學(xué)雜志，2011, 31(31): 1491-1494.

[2] Takacs J,Carpenter MG, Garland SJ, et al. The role of neuromuscular changes in aging and knee osteoarthritis on dynamic postural control[J]. Aging and disease, 2013, 4(2): 84-99.

[3] 郭燕梅,陳蔚,焦偉國,等.膝骨關(guān)節(jié)炎患者動靜態(tài)跌倒風(fēng)險測試的臨床應(yīng)用價值[J]. 中國康復(fù)理論與實踐,2011,17(9):856-860.

[4] 李擎,謝連紅,楊堅,等. 膝骨性關(guān)節(jié)炎患者動態(tài)平衡能力變化[J]. 中國組織工程研究,2013,17(22):4176-4180.

[5] 姚保龍,霍文璟,姚波,等. 肌力訓(xùn)練治療老年膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的療效觀察[J]. 中國康復(fù),2014,29(3):200-202.

[6] Hirata RP,Arendt-nielsen L,Shiozawa S, et al. Experimental knee pain impairs postural stability during quiet stance but not after perturbations[J]. European journal of applied physiology, 2012, 112(7): 2511-2521.

[7] Hirata RP, Ervilha UF, Arendt-nielsen L, et al. Experimental muscle pain challenges the postural stability during quiet stance and unexpected posture perturbation [J]. The journal of pain, 2011, 12(8): 911-919.

[8] Moseley GL, Nicholas MK, Hodges PW. Pain differs from non-painful attention-demanding or stressful tasks in its effect on postural control patterns of trunk muscles [J]. Experimental brain research, 2004, 156(1): 64-71.

[9] Jones SL, Henry SM, Raasch CC, et al. Individuals with non-specific low back pain use a trunk stiffening strategy to maintain upright posture[J]. Journal of electromyography and kinesiology, 2012, 22(1): 13-20.

[10] Ozer Kaya D, Duzgun I, Baltaci G. Differences in body fat mass, muscular endurance, coordination and proprioception in woman with and without knee pain: a cross-sectional study[J]. Acta orthopaedica et traumatologica turcica, 2014, 48(1): 43-49.

[11] 吳毅,俞曉杰,胡永善,等.膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者的本體感覺及其與疼痛和功能障礙間的相關(guān)性研究[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2007,29(5):334-338.

[12] Shakoor N, Furmanov S, Nelson DE, et al. Pain and its relationship with muscle strength and proprioception in knee OA: results of an 8-week home exercise pilot study[J]. Journal of musculoskeletal & neuronal interactions, 2008, 8(1): 35-42.

[13] Felson DT, Gross KD, Nevitt MC, et al. The effects of impaired joint position sense on the development and progression of pain and structural damage in knee osteoarthritis[J]. Arthritis and rheumatism, 2009, 61(8): 1070-1076.

[14] Smith TO, King JJ, Hing CB. The effectiveness of proprioceptive-based exercise for osteoarthritis of the knee: a systematic review and meta-analysis[J]. Rheumatology international, 2012, 32(11): 3339-3351.

[15] Hortobagyi T, Garry J, Holbert D, et al. Aberrations in the control of quadriceps muscle force in patients with knee osteoarthritis[J]. Arthritis and rheumatism, 2004, 51(4): 562-569.

[16] Pai YC, Rymer WZ, Chang RW, et al. Effect of age and osteoarthritis on knee proprioception[J]. Arthritis and rheumatism, 1997, 40(12): 2260-2265.

[17] Vanderesch M, Steultjens M, Harlaar J, et al. Joint proprioception, muscle strength, and functional ability in patients with osteoarthritis of the knee[J]. Arthritis and rheumatism, 2007, 57(5): 787-793.

[18] Baert IA, Mahmoudian A, Nieuwenhuys A, et al. Proprioceptive accuracy in women with early and established knee osteoarthritis and its relation to functional ability, postural control, and muscle strength[J]. Clinical rheumatology, 2013, 32(9): 1365-1374.

[19] 劉光華,楊愛萍,劉邦忠,等.絕經(jīng)婦女下肢肌力與平衡功能的相關(guān)性研究[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2011,26(7):619-623.

[20] Conroy MB, Kwoh CK, Krishnan E, et al. Muscle strength, mass, and quality in older men and women with knee osteoarthritis[J]. Arthritis care & research, 2012, 64(1): 15-21.

[21] Yamada H, Koshino T, Sakai N, et al. Hip adductor muscle strength in patients with varus deformed knee[J]. Clinical orthopaedics and related research, 2001, 38(6): 179-185.

[22] Mellor R, Hodges PW. Effect of knee joint angle on motor unit synchronization[J]. Journal of orthopaedic research, 2006, 24(7): 1420-1426.

[23] Becker R, Berth A, Nehring M, et al. Neuromuscular quadriceps dysfunction prior to osteoarthritis of the knee[J]. Journal of orthopaedic research, 2004, 22(4): 768-773.

[24] Gur H, Cakin N. Muscle mass, isokinetic torque, and functional capacity in women with osteoarthritis of the knee[J]. Archives of physical medicine and rehabilitation, 2003, 84(10): 1534-1541.

[25] Fink B, Egl M, Singer J, et al. Morphologic changes in the vastus medialis muscle in patients with osteoarthritis of the knee[J]. Arthritis and rheumatism, 2007, 56(11): 3626-3633.

[26] Holla JF, Vanderleeden M, Knol DL, et al. Avoidance of activities in early symptomatic knee osteoarthritis: results from the CHECK cohort[J]. Annals of behavioral medicine, 2012, 44(1): 33-42.

[27] Hinman RS, Hunt MA, Creaby MW, et al. Hip muscle weakness in individuals with medial knee osteoarthritis[J]. Arthritis care & research, 2010, 62(8): 1190-1193.

[28] 王劍雄,周謀望,吳同絢,等. 膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者髖外展肌等速肌力的研究[J]. 中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2013,28(12):1109-1113.

[29] Duffell LD, Southgate DF, Gulati V, et al. Balance and gait adaptations in patients with early knee osteoarthritis[J]. Gait & posture, 2014, 39(4): 1057-1061.

[30] Chang A, Hayes K, Dunlop D, et al. Hip abduction moment and protection against medial tibiofemoral osteoarthritis progression[J]. Arthritis and rheumatism, 2005, 52(11): 3515-3519.

[31] Maly MR, Costigan PA, Olney SJ. Role of knee kinematics and kinetics on performance and disability in people with medial compartment knee osteoarthritis [J]. Clinical biomechanics, 2006, 21(10): 1051-1059.

[32] Mundermann A, Dyrby CO, Andriacchi TP. Secondary gait changes in patients with medial compartment knee osteoarthritis: increased load at the ankle, knee, and hip during walking[J]. Arthritis and rheumatism, 2005, 52(9): 2835-2844.

[33] Farrokhi S, Tashman S, Gil AB, et al. Are the kinematics of the knee joint altered during the loading response phase of gait in individuals with concurrent knee osteoarthritis and complaints of joint instability? A dynamic stereo X-ray study[J]. Clinical biomechanics, 2012, 27(4): 384-389.

[34] Turcot K, Armand S, Fritschy D, et al. Sit-to-stand alterations in advanced knee osteoarthritis[J]. Gait & posture, 2012, 36(1): 68-72.