膝骨性關節炎平衡功能障礙影響因素研究進展

凌康，夏清

膝骨性關節炎(knee osteoarthritis，KOA)又稱膝增生性關節炎、膝骨關節病、退行性骨關節炎等，是中、老年人的常見病和多發病之一。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，膝關節周圍組織及結構的損傷導致KOA患者平衡控制能力減退，跌倒風險增加，嚴重影響患者的健康水平和生活質量[1]。人體正常平衡功能的維持是一個綜合的神經肌肉共同協同運動的過程，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產生適當的肌肉骨骼反應，去控制身體在特定環境與動作下的姿勢[2]。因此平衡功能的維持需要3個環節的參與：感覺輸入、中樞整合、運動控制。本文從感覺輸入系統和運動控制系統兩個方面分析影響KOA患者平衡功能的因素。

KOA患者的靜態平衡功能障礙主要表現為身體重心穩定性下降，然而與靜止性的動作相比，失衡和跌倒主要見于與動態平衡相關的活動中，動態平衡功能測試可以更好地評估患者的跌倒風險[3]。對KOA患者動態平衡功能評定發現：患者不僅存在身體重心穩定性下降，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練可以增加膝關節的穩定性，提高患者對外界干擾的應變能力以及姿勢控制能力[5]。

1 感覺輸入系統對KOA患者平衡功能的影響

1.1 疼痛 安靜狀態下或活動時膝關節疼痛是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性姿勢反應時肌肉活動的協調性[2]。對膝關節疼痛者進行靜態平衡功能測試發現：單膝關節疼痛導致患者身體重心左右方向的擺動增加，雙側膝關節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，將會產生次發性的肌力下降和活動機能損傷：膝關節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調性，干擾肌群間的協同運動(所謂肌群間的協同運動是指：肌群功能連結后，作為一個整體單元共同運動)，影響平衡調節過程[7]。疼痛不僅使得肌群間的協調性降低，同樣也會降低肌肉的力矩[8-9]。Ozer等[10]研究發現膝關節疼痛會降低膝關節伸肌和屈肌肌群的峰力矩，損傷膝關節本體感覺功能。分布在膝關節周圍組織的本體感受器通過收集有關肌肉收縮和關節伸展程度及位置的信息，為腦部神經元進行運動行為分析提供條件，在維持人體姿勢穩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]認為膝關節疼痛會導致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，疼痛導致KOA患者膝關節周圍肌群的力矩與協調性降低，同時也會使得膝關節對新刺激做出反應的時間延長，干擾人體正常的姿勢調節能力，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的完整整合，而本體感覺在感覺運動系統中起著感覺傳入和傳出的作用。研究表明與年齡、性別、體重指數相匹配的正常健康人群相比，KOA患者存在膝關節本體感覺功能缺陷[14]。在一項通過膝關節復位測試評估膝關節本體感覺功能的實驗中，KOA患者的關節復位成功率只有7.5%，而與其年齡相匹配的正常健康人群的關節復位成功率為53%[15]。同時KOA患者還存在著關節位置覺閾值的增高，這將會導致患者在感知姿勢發生改變的速度降低以及重新獲得姿勢穩定的時間延長[16]。本體感覺缺陷導致膝關節穩定性下降、關節運動失去控制，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節損傷[17]。Baert等[18]指出KOA患者本體感覺缺陷與病程有關，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節本體感受器主要位于膝關節周圍肌梭、肌腱、韌帶、關節囊、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，在常規康復訓練的基礎上輔以本體感覺訓練有助于改善患者本體感覺功能，提高姿勢控制能力，降低跌倒風險。

2 運動控制系統對KOA患者平衡功能的影響

2.1 肌肉系統 肌肉系統在人體姿勢平衡的維持中起著重要的作用，主要表現在產生適當的肌張力以及通過肌肉收縮控制重心的位置[19]。研究表明KOA患者存在膝關節周圍肌群和髖關節周圍肌群肌力的減弱[20-21]。肌力下降會影響膝關節的穩定性，從而使得在平衡調節的過程中無法產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和健側膝關節均明顯下降，股四頭肌激活下降改變了關節的傳入沖動，引起傳出運動神經沖動下降，加重了關節損傷。疼痛和下肢功能水平的降低導致KOA患者發生失用性肌萎縮，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[24-26]。研究表明KOA患者不僅存在膝關節周圍肌群肌力的減退，其髖關節周圍肌群肌力也存在不同程度的降低。Hinman等[27]研究發現與無癥狀的健康人群相比，KOA患者髖關節伸展肌群肌力減少了16%，外旋肌群肌力減少了27%，同時他們還發現髖關節外展肌群肌力減弱程度與KOA嚴重程度呈正相關。王劍雄等[28]研究發現KOA患者雙側髖外展肌肌力存在顯著的差異性，雙側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，膝關節癥狀較重的一側髖外展肌肌力下降的更加明顯。Duffell等[29]研究發現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出運動學及動力學的改變，但是對KOA患者進行單腿直立平衡功能檢測發現：不論是健側還是患側單腿直立時，患者的平衡功能都明顯降低，同時研究還發現KOA患者會通過加強雙側臀中肌肌力來維持單腿直立時的平衡狀態。KOA和髖關節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患者髖關節內收肌和外展肌肌力訓練可以緩解患者膝關節疼痛以及提高姿勢控制能力[30]。

2.2 關節活動度 膝關節是人體的主要負重運動關節，它可以在站立位時通過與髖關節、踝關節的協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，一個關節的關節活動受限，會影響整個下肢的姿勢及平衡功能。例如：KOA患者常伴有膝關節疼痛和僵硬，從而使得在平衡調節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節彎曲，以降低身體的質心時，造成踝關節與髖關節聯合屈曲)導致平衡控制中踝、髖關節策略和軀干活動使用增加。由于疼痛和膝關節周圍組織的損傷使得KOA患者存在不同程度的膝關節活動受限，而膝關節在矢狀面上的屈伸運動與姿勢調節以及動態平衡功能密切相關[31]。Mundermann等[32]研究發現與正常人相比，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]研究發現足跟著地期KOA患者的膝關節屈曲程度小于正常對照組，同時也發現KOA患者踝關節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、踝關節角度的規律性變化，使左右腳持續交替擺動而實現行走，以及維持運動過程中姿勢的穩定性。Turcot等[34]研究發現KOA患者會通過增加矢狀面上膝關節、髖關節以及骨盆的活動性，來應對膝關節穩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定。

3 小結

平衡功能的維持離不開神經肌肉系統的協同運動，然而膝關節疼痛、本體感覺功能缺陷、肌力下降、關節活動受限這些因素的存在，影響了神經肌肉系統的協同運動過程，導致KOA患者平衡功能下降。目前對于KOA的研究很少有關于神經肌肉系統缺陷對KOA患者動態平衡功能影響的報道，同時也很少有關于當KOA患者姿勢平衡被打破后重新獲得姿勢穩定的過程中，神經肌肉系統變化的研究。關于神經肌肉控制系統對KOA患者姿勢調節過程的影響，有待于進一步全面、客觀的研究分析，以便更好地理解KOA患者在回應外來干擾和重新獲得姿勢穩定的過程中神經肌肉控制系統的變化，從而有利于KOA患者平衡功能的評定與治療。

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