老年女性膝骨关节炎患者膝屈伸等速肌力及其与BMI的相关性研究

潘晓雨 傅维杰 伍勰 黄灵燕 刘宇

上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室（上海 200438）

老年女性膝骨关节炎患者膝屈伸等速肌力及其与BMI的相关性研究

潘晓雨 傅维杰 伍勰 黄灵燕 刘宇

上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室（上海 200438）

目的：探讨膝骨关节炎患者（KOA）膝关节屈伸等速肌力特点及其与BMI之间的相关性。方法：利用等动肌力测试系统测试47名老年女性（KOA组25名、对照组22名）的膝关节肌力。另外，通过计算两组受试者的BMI，考察该指标与膝关节屈伸肌力之间的相关性。结果：KOA组膝关节伸展绝对峰力矩显著小于对照组（P＜0.05），屈伸相对峰力矩均显著小于对照组（P＜0.05），而KOA组的相对峰力矩屈伸比显著大于对照组（P＜0.05）。两组受试者BMI与膝关节屈伸相对峰力矩呈显著负相关（P＜0.01）。结论：膝骨关节炎可降低老年女性膝关节伸肌肌力和屈肌肌力，且对伸肌肌力的影响更甚。并且可显著影响膝关节的稳定性。无论有无膝骨关节炎，随着BMI的增加，老年女性膝关节肌力均下降，且膝骨关节炎患者下降更加明显。

膝骨关节炎；膝关节屈伸等速肌力；BMI；老年女性

膝骨关节炎是一种较多见的影响老年人日常生活质量的慢性流行疾病[1]，对女性老年人的影响更甚[2]。它将引起骨骼肌的衰弱，进而诱发关节软骨丢失、关节紊乱以及肌肉萎缩[2]。目前运用等速肌力测试仪探讨膝骨关节炎患者股四头肌肌力特征的研究已非常普遍[3，4]，但是对其与共同维持膝关节稳定性的腘绳肌肌力，以及膝关节屈伸肌肌力关系的研究却很少。

与此同时，肥胖与膝骨关节炎经常共存，一种疾病的发展常导致另外一种疾病的发生进程，最终形成恶性循环[5]。研究显示，脂肪可以引起膝骨关节炎患者膝关节肌力改变[6，7]，然而另外一些研究显示他们之间并没有相关性[8]。

因此，本研究利用等速肌力测试仪探讨膝骨关节炎患者（KOA）膝关节屈伸等速肌力的特点及其与BMI之间的相关性。本研究假设膝骨关节炎患者与同年龄同性别的健康人群相比膝关节周围肌肉力量有所降低。

1 对象与方法

1.1 研究对象

研究对象选自上海市杨浦区社区中47名年龄为60～70岁的老年女性受试者。受试者包括两组，实验组为25名膝骨关节炎患者（KOA组），对照组为22名与KOA组年龄、性别相匹配的健康人群（对照组）。基本情况如表1所示。

膝骨关节炎患者的纳入标准是临床医生根据2005年美国风湿协会制定的膝骨关节炎临床诊断标准[9]以及X光片对受试者的单侧有症状腿进行评判，最终选取Kellgren/Lawrence分级[10]为1、2、3的受试者。排除标准为：（1）无法读写中文；（2）不能独立行走25米以上；（3）在过去12周内进行过膝关节手术；（4）有精神疾病；（5）正在进行康复治疗；（6）患有可能影响平衡的疾病。健康对照组的筛选条件是膝关节没有任何疼痛或者疾病症状的女性老年人。所有受试者均签署知情同意书。

1.2 实验仪器

1.2.1 等动肌力测试系统采用瑞士CMV AG公司生产的Con-trex多关节

模块人体肌力训练和评估系统。本研究主要通过其测试两组受试者下肢膝关节等速向心屈伸肌力矩。

1.2.2 WOMAC 量表 （Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritisrthritis Index）测试

WOMAC量表通过0-10cm的视觉模拟评分法评价测试人群疼痛、僵硬以及身体功能障碍。0 cm代表无疼痛，无关节僵硬或者无身体功能障碍；10 cm代表剧烈疼痛，关节僵直或者身体功能严重受限。量表包括24个问题：5个疼痛评价问题、2个关节僵硬评价问题、17个身体功能评价问题[11]。WOMAC量表已被广泛应用于评价髋关节和膝关节功能障碍，成为评价骨关节炎患者疼痛、关节僵硬和功能障碍的标准问卷[12]。

1.3 测试方法和评价参数

通过等动肌力测试系统测量KOA组单侧有症状腿和对照组优势腿的膝关节最大等速屈伸向心力矩，其评价指标为绝对峰力矩（aPT，Nm）、相对峰力矩（rPT，Nm/kg）、相对峰力矩屈伸比（FL/EX），即屈曲相对峰力矩与伸展相对峰力矩比。测试角速度为90°/s。受试者首先进行6次最大等速收缩测试练习，休息两分钟之后，要求受试者进行3次重复最大等速屈伸向心收缩测试。测试过程均由相同的研究人员采用一致的口令完成。

1.4 统计学分析

各参数用平均值±标准差表示，并用Excel和IBM SPSS Statistics 20统计软件进行分析。通过独立样本t检验对受试者的基本情况、膝关节屈伸肌力、FL/EX进行比较。采用皮尔逊相关性分析各组BMI与膝关节屈伸肌力之间的相关性。显著性水平α设为0.05。

2 结果

2.1 各组身体情况

研究对象的基本信息及临床表现如表1所示。两组受试者年龄和身高均无显著性差异。KOA组体重（P=0.001）和BMI（P=0.004）均显著大于对照组。在WOMAC骨性关节炎指数评分量表中，KOA组的疼痛得分、僵硬得分和身体功能限制得分与对照组相比均有非常显著性差异（P＜0.001）。

2.2 膝关节等速肌力

KOA组伸展aPT（56.51±14.69）比对照组（66.02 ±10.56）显著少14.4%（P=0.01），而两组屈曲aPT分别为35.01±7.96、36.43±7.00，没有显著性差异（见图2A）。通过对两组aPT体重标准化之后，KOA组（伸展：0.89±0.26屈曲：0.54±0.16）无论伸展或者屈曲rPT均显著小于对照组（伸展：1.11±0.19屈曲：0.62±0. 14）（见图2B），分别少19.8%（P=0.001）和12.9%（P=0. 042）。另外，KOA组FL/EX（0.61±0.16）与对照组（0.55±0.08）相比（见图2C）同样具有显著性差异，P= 0.045。

2.3 BMI与膝关节等速肌力的相关性

皮尔逊相关分析显示（见表2），KOA组屈曲rPT、伸展rPT与BMI呈显著负相关性（屈曲：r=-0.62，P=0. 007；伸展：r=-0.47，P=0.006）。在对照组中，屈曲rPT和伸展rPT与BMI也呈显著负相关关系（屈曲：r=-0. 57，P=0.006；伸展：r=-0.45，P=0.034）。

3 讨论

3.1 膝关节等速肌力

本实验中，两组受试者采取等动训练系统测量膝关节屈伸最大等速向心收缩力矩，分别通过屈伸绝对峰力矩、相对峰力矩评价两组受试者的膝关节伸肌肌力和屈肌肌力。因为膝关节伸肌主要为股四头肌，屈肌主要为腘绳肌，所以以腘绳肌肌力与股四头肌肌力代表膝关节屈伸肌力。结果发现，膝骨关节炎患者股四头肌肌力与腘绳肌肌力均显著弱于健康对照组，腘绳肌与股四头肌相对峰力矩屈伸比显著大于健康对照组。膝骨关节炎患者普遍存在股四头肌肌力下降的现象。Hassan[13]、Messier等[14]均发现膝骨关节炎患者与对照组相比，股四头肌肌力下降大约22%～36%，这些与本研究股四头肌肌力下降19.8%相吻合。由于下肢肌力提供了膝关节的稳定性，而较弱的股四头肌肌力通常伴随着较高的载荷率，导致关节空间狭窄，这可能会引起膝骨关节炎的发生[13]。以往的研究大多关注于膝骨关节炎患者股四头肌肌力变化，很少有研究讨论腘绳肌肌力特点，并且得出结论也并不一致。Jale Tan[15]研究发现膝骨关节炎患者无论股四头肌还是腘绳肌最大峰力矩均显著低于健康对照组。然而，Slemenda等[16]得出膝骨关节炎患者虽然股四头肌肌力显著下降，但腘绳肌肌力减退并不明显。本研究发现膝骨关节炎患者腘绳肌肌力呈显著下降趋势。

腘绳肌与股四头肌相对峰力矩屈伸比用来评价腘绳肌与股四头肌关系、关节肌力平衡，可反映膝关节稳定性。常用评价方法是用腘绳肌与股四头肌最大等速向心收缩肌力矩比值来表示[17]。本研究发现，膝骨关节炎患者腘绳肌与股四头肌相对峰力矩屈伸比显著大于健康对照组。Glykeria等[18]均通过研究发现膝骨关节炎患者屈伸等速肌力比显著大于健康对照组。安丙辰[19]也得出KOA症状与膝关节屈伸肌力均相关。总之，更多的研究表明，膝骨关节炎患者膝关节活动模式被改变。这种肌肉活性的改变可能干扰膝关节正常负荷的分布情况，加快疾病的发展进程。所以在制定膝骨关节炎患者康复训练方案时，不仅需要考虑提高患者下肢肌力，还应该关注膝关节肌力平衡。

3.2 BMI与膝关节肌力的相关性

本研究发现，无论有无膝骨关节炎，膝关节屈伸相对峰力矩均与BMI呈显著负相关关系，即随着BMI的增加，膝关节肌力矩呈下降趋势。本研究中膝骨关节炎患者与对照组相比体重明显过大（P＜0.05）。有研究已确定肥胖是引发膝骨关节炎的危险因素之一[20]。Vincent等[21]认为肥胖会引起异常的关节负荷，导致合成物、关节软骨的结构和性能发生不利改变。脂肪与全身性促炎生物因子的水平提高有关。当肥胖加重时，这些促炎因子导致肌肉分解代谢加快以及肌力下降加速[13]。另外，Vincent的研究显示，当体重增加时，虽然肌肉质量和脂肪均增加，但是肌肉质量所占比例却保持相对较低的状态，不能充分与作用于关节软骨的负荷相匹配，从而导致关节疼痛、功能障碍[21]。本研究中BMI与膝关节肌力呈负相关性进一步证实了肥胖与膝关节肌力的下降存在一定关系，但其内在机制本研究尚无法明确。

4 总结

膝骨关节炎可降低老年女性膝关节伸肌肌力和屈肌肌力，且对伸肌肌力的影响更甚。并且可显著影响膝关节的稳定性。无论有无膝骨关节炎，随着BMI的增加，老年女性膝关节肌力均下降，且膝骨关节炎患者下降更加明显。

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Isokinetic Muscle Strengths of Knee Flexors and Extensors and Their Relation to BMI in Elderly Women with Knee Osteoarthritis

Pan Xiaoyu，Fu Weijie，Wu Xie，Huang Lingyan，Liu Yu
Exercise and Health Sciences Key laboratory of Education Ministry，Shanghai University of Sport，Shanghai，China 200438 Corresponding Author：Liu Yu，Email：yuliu@sus.edu.cn

Objective To explore the relationship of isokinetic muscle strengths of knee flexors and extensors with BMI in elderly women with knee osteoarthritis（KOA）.Methods Forty seven elderly women，including 25 KOA patients and 22 healthy people，were tested by isokinetic dynamometry.The absolute peak torque（aPT）and relative peak torque（rPT）of knee were recorded.Results aPT of extensor was significant smaller in KOA women than healthy people（P＜0.05）.Both rPT of flexor and extensor in KOA women were significantly smaller than health people（P＜0.05），and the ratio of flexion rPT to extension rPT in KOA women was significantly greater than health people（P＜0.05）.There were significant negative relationships between BMI and rPT of flexors and extensors in both groups.Conclusion Knee osteoarthritis could reduce quadriceps and hamstring muscle strengths in the elderly women，and significantly affected the knee joint stability.With increasing of BMI，the knee muscle strength of the elderly women reduces，especially those with knee osteoarthritis.

knee osteoarthritis，knee muscle strength，BMI，elderly women

2015.07.07

上海市科委重点支撑项目（12490503200）

刘宇，Email：yuliu@sus.edu.cn