功能限制在反复跌倒与膝关节骨关节炎之间的作用：基于CHARLS 2015的观察性研究

摘要

这项横断面观察性中介分析表明，功能限制部分介导了反复跌倒与膝关节骨关节炎之间的关联，凸显了中老年人跌倒预防和功能维持的重要性。

摘要

关于功能受限、反复跌倒与膝关节骨关节炎之间关系的研究仍然有限。该横断面观察性研究考察了反复跌倒、功能受限与膝关节骨关节炎之间的关联，并评估功能受限是否介导反复跌倒与膝关节骨关节炎之间的关系。排除45岁以下参与者及核心变量和协变量数据缺失者后，2278名CHARLS 2015年调查参与者纳入完整病例分析。采用Spearman相关分析评估反复跌倒、功能受限评分与膝关节关节炎之间的相关性。由于膝关节骨关节炎被视为二元结局，采用多变量逻辑回归评估其与反复跌倒的关联。调解分析采用基于线性中介模型和逻辑结局模型的自助调解框架进行，反复跌倒为自变量，功能限制评分为中介，膝骨关节炎为因变量。调整模型中，反复跌倒与膝关节骨关节炎风险显著增加。在将功能限制评分加入模型后，反复跌倒仍与膝关节骨关节炎显著相关，功能限制评分也与膝关节骨关节炎显著相关。自助中介分析显示总效应为0.093（95% CI：0.050–0.138），直接效应为0.079（95% CI：0.037–0.123），功能限制间接效应为0.014（95% CI：0.006–0.023），占总效应的14.92%。这些发现支持一种统计学上显著的介导模式，即功能限制作为反复跌倒与膝关节炎关联的中间因素。这些结果强调了将跌倒风险评估和功能状态评估整合进中老年人膝关节骨关节炎健康管理的重要性。

引言

膝关节骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性关节疾病，通常表现为膝盖疼痛、活动受限和关节僵硬 ^1,2,3。随着病情的延长，患者常常会出现膝关节功能障碍，严重情况下甚至丧失日常活动能力 ^4,5。膝关节骨关节炎在全球流行病学上负担较高，尤其常见于^{老年人群 6,7,8}。据估计，约有13%的60岁及以上人群患有膝关节骨关节炎，且其患病率在⁹岁时显著增加。膝关节骨关节炎对个人、家庭和社会都造成了重大负担^10,11。在社会层面，膝关节炎不仅增加了医疗资源消耗，还显著降低了劳动生产率，从而增加了社会经济负担 12,13,14。从机制上看，膝关节骨关节炎是一种多因素疾病，涉及生物、生物力学、炎症、代谢和创伤后通路，包括年龄相关的退化和损伤相关的关节不稳定或异常负荷。因此，有必要开展相关的膝关节骨关节炎相关研究，以明确其相关因素，尤其是与活动度、关节负荷和功能衰退相关的可调节因素。

近年来，反复性跌倒受到越来越多的研究关注，在老年人群中较为常见，年龄^{为15、16、17}。跌倒不仅增加了老年人受伤的风险，可能导致骨折或头部外伤等状况，还可能导致老年人长期功能障碍，导致功能受限和生活质量下降，还可能导致膝关节骨关节炎的发展 18,19,20。研究显示，每年大约有25%的老年人发生跌倒，年龄为^21、22、23。此外，随着人口老龄化，人口减少的发生率及其带来的社会经济成本持续上升。这不仅考验家庭的负担能力，也给公共卫生系统带来了巨大压力^24,25。在膝关节骨关节炎的病理背景下，反复跌倒不仅因急性损伤而相关，还因为跌倒相关疼痛、关节损伤、步态不稳定和对跌倒的恐惧可能减少活动参与度并改变下肢负荷模式^26,27。因此，如何减少跌倒发生率，尤其是避免老年人反复跌倒，已成为一个紧迫问题。

功能限制通常与慢性关节负荷、活动受限和运动模式改变有关。老年人膝关节的功能限制可能直接影响膝关节的负荷能力，长期异常负荷和退行性变化会诱发膝关节骨关节炎的发展 28,29,30。功能限制可能进一步影响膝关节骨关节炎相关的健康负担，通过减少关节周围肌肉支持、损害动态膝关节稳定性并促进代偿性步态;这些变化可能增加软骨、半月板、软骨下骨和关节周围软组织的机械应力。此外，研究表明，长期反复跌倒不仅直接导致身体伤害，还可能加剧功能限制，进而影响生活质量，并可能导致膝关节骨关节炎的发展 ^31,32。因此，功能限制可能在反复跌倒与膝关节炎之间的关系中起重要调节作用，并可能作为跌倒相关活动能力下降与膝关节骨关节炎相关健康负担之间的功能性桥梁。

因此，本研究旨在探讨功能限制是否介导中老年人反复跌倒与膝关节骨关节炎之间的关联，从而为膝关节骨关节炎相关健康管理中的跌倒预防和功能维持提供证据。

方案

数据
CHARLS数据库基于^{对中国健康}、经济和社会活动的调查。所有CHARLS均获得北京大学机构审查委员会（IRB）的伦理认可。主要家庭调查（包括人体测量）的IRB批准数字为IRB0000105211015。本研究中，作者采用了2015年的调查结果。样本共有21,095名参与者。排除年龄≤45岁或年龄信息缺失的参与者。对三项核心变量——反复跌倒、功能受限评分和膝关节骨关节炎数据缺失的参与者被排除。最后，进一步排除缺失协变量数据的参与者，以构建完整案例分析数据集。本研究所用的所有材料和工具均列于 材料表中。

关键变量指标

反复跌倒
Fall是参与者自我报告的结果³⁴，评估基于“自上次就诊以来有没有跌倒？”参与者提供了二元回答，表示“是”或“否”。在本分析中，回答“是”的参与者被归类为反复跌倒，回答“否”的参与者被归类为无反复跌倒。

膝关节骨关节炎
症状性膝关节炎的结果由参与者对以下第一个问题中的第一个回答“是”，对第二个问题³⁵ 回答“膝盖”时确定：“你经常感到身体疼痛吗？”以及“你身体哪个部位感到疼痛？请列出你目前感到疼痛的所有身体部位。”因此，本研究中的膝关节骨关节炎是基于CHARLS 2015年自我报告的膝关节疼痛信息进行操作化的。采用此定义是因为由于CHARLS 2015的数据收集设计，本次分析所用数据集中未提供放射学评估和医生诊断的膝关节炎数据。

功能限制
功能限制通过日常生活活动（ADL）和日常生活工具活动（IADL）项目评估，摘自CHARLS 2015,36页。日常生活活动的项目包括穿衣、洗澡、进食、上下床、如厕以及控制排尿和排便的困难。IADL项目包括家务、烹饪、购物、理财和服药困难。每条题目以四分制评分，1分表示无难度，4分表示无法完成该活动。将11项ADL和IADL题目相加，生成功能限制评分范围为11至44。得分越高，功能受限越严重。功能限制评分在介导分析中被视为连续介导因子。此外，ADL残疾和IADL残疾被构建为二元协变量。如果参与者报告无法至少执行一项日常生活活动，则将残疾编码为已存在。如果参与者报告无法至少执行一项IADL活动，则将IADL残疾编码为已存在。这两个二元变量作为共变量纳入回归模型，功能限制得分作为中介值。

协变量
协变量包括性别、年龄、饮酒状况、吸烟状况、体质指数类别、夜间睡眠时长、抑郁状态、认知评分、日常生活障碍和IADL残疾。性别被分为男性和女性。年龄作为连续变量进行分析。饮酒状态编码为“是”，如果参与者报告饮用酒精饮料（每月超过一次或少于一次），则表示“否”，如果报告没有饮酒。如果参与者报告有吸烟史，则将吸烟状态编码为“是”，否则无。体重指数被分类为过轻、正常、超重或肥胖。夜间睡眠时间被归类为<6小时或≥6小时。

抑郁状态使用CHARLS 2015年³⁷页的10项抑郁症状量表进行评估。这些题目询问了过去一周，参与者是否被通常不会困扰的事情困扰、难以集中注意力、感到抑郁、觉得一切都是费力、对未来充满希望、感到恐惧、睡眠不安、感到快乐、感到孤独或无法前进。每条题目最初采用1到4的四点频率评分。对于八个负面措辞题目，回答通过从原始回答中减去1，转换为0到3的分数。这两个正面措辞的题目，分别是对未来充满希望和快乐，则被反向评分。总抑郁得分范围为0至30，得分越高表示抑郁症状越严重。参与者被分为抑郁评分<10和≥10组，得分≥10表示抑郁症状负担较重。

认知得分使用CHARLS 2015年³⁸页的认知相关题目计算。这些项目包括正确标识年份、月份、日期、星期几和季节;五个串行减法任务;以及人体素描任务。在连续减法任务中，参与者被要求在连续步骤中从100中减7，五个步骤的正确答案分别评分。正确回答得1分，错误回答得0分。总认知得分通过将所有题目得分相加计算，范围范围为0至11。分数越高，认知表现越好。

统计分析
首先，通过排除45岁以下参与者及回归模型中缺少反复跌倒、功能受限评分、膝关节骨关节炎或协变量数据的参与者，构建了一个完整病例分析数据集。研究人群特征被总结为连续变量的均值和标准差，以及类别变量的频率和百分比。对连续变量使用学生t检验和类别变量卡方检验比较了女性和男性参与者的基线特征。进行了斯皮尔曼相关分析，以考察反复跌倒、功能受限评分与膝关节骨关节炎之间的相关性。

由于膝关节骨关节炎被视为二元结局，采用多变量逻辑回归方法研究反复跌倒与膝关节炎之间的关联。功能限制评分被视为连续介质;因此，采用线性回归来评估反复跌倒与功能受限评分之间的关联。模型1将反复跌倒作为主要自变量，并调整了性别、年龄、饮酒状况、吸烟状况、身体质量指数类别、夜间睡眠时长、抑郁状态、认知评分、日常生活活动残疾和IADL残疾。模型2包含与模型1相同的协变量，并额外包含功能限制评分。

调解分析采用基于线性中介模型和逻辑结局模型的自助调解框架进行。该模型中，反复跌落被定义为自变量，功能限制评分为中介变量，膝关节骨关节炎为因变量。介导分析估算了间接效应、直接效应、总效应和介导比例。路径A表示反复跌倒与功能受限评分的关联，路径b表示功能受限评分与膝关节炎在反复跌倒及协变量调整后的关联。直接效应表示，在纳入功能限制评分后，反复跌倒与膝关节骨关节炎之间的关联。

采用5000次模拟的自助重抽样法估计总效应、直接效应和间接效应及其95%置信区间。作者使用了5000次自助模拟，以提升间接效应（通常非正态分布）置信区间估计的稳定性。当95%自助信赖区间未包含零时，中介效应被认为具有统计学意义。统计显著性定义为双侧 p 值<0.05³⁹。

所有统计分析均使用Windows 10 x64上的R软件4.4.1版本进行。主要使用的R软件包包括tidyverse 2.0.0版、dplyr版1.1.4、tableone版0.13.2、psych版2.5.6、mediation版4.5.1和ggplot2版3.4.4。根据CHARLS 2015变量词典和问卷文档，数据提取和变量构建使用预设的R脚本完成。通过使用预定脚本并记录R会话信息，确保了可重复性。研究作者进行了统计分析，并将分析结果与生成的表格和图表进行核对。此外，统计工作流程、模型选择和主要分析结果由作者所在大学的统计方法专业教授审查，以确保分析的适当性和可靠性。

结果

参与者特征
研究人群通过 图1所示的筛选过程选出。最初筛查了21,095名CHARLS 2015调查中的参与者。排除1934名年龄≤45岁或缺失年龄信息的参与者后，剩余19161名参与者。其中，6,572名参与者因反复跌倒、功能受限评分或膝关节骨关节炎数据缺失被排除，另有10,311人因协变量数据缺失被进一步排除。最终完整病例分析样本共计2,278名参与者。研究样本的基本特征见 表1。最终参与者中有1,759人为女性，519人为男性。平均年龄为总年龄58.6岁，女性57.9岁，男性61.0岁，性别差异显著（p < 0.001）。与女性相比，男性饮酒和吸烟比例更高。BMI类别也因性别而显著差异（p = 0.002）。膝关节关节炎在女性中比男性更常见（20.6%对12.1%， p/ < 0.001）。女性的抑郁评分较高，抑郁评分比例也更高≥10，而男性的认知评分更高。

讨论

本研究考察了功能受限在中老年人反复跌倒与膝关节骨关节炎关联中的介导作用。结果显示，反复跌倒与膝关节骨关节炎相关，功能限制部分介导了这一关联。这些发现表明，功能衰退不仅是跌倒或膝关节症状的伴随后果，还是将跌倒史与膝关节骨关节炎相关负担联系起来的重要中间状态。

本研究观察到的介导模式可以从反复跌倒相关的功能恶化角度解释。跌倒通常伴随着一系列身体和行为变化，包括疼痛、软组织损伤、姿势自信下降、害怕跌倒以及避免运动（^40,41,42）。这些变化与步行暴露和日常活动参与减少、下肢体能退化、平衡控制差以及日常生活活动表现受损相关⁴³。在这个过程中，功能限制不仅仅是衰老的结果，而是反复跌倒相关压力后肌肉骨骼储备减少的可测量表现。

功能限制为反...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
中国健康与退休纵向研究2015年调查数据	中国健康与退休纵向研究，北京大学	不适用	公开可用的调查数据集，用于二次分析。注册研究人员可以通过CHARLS官方网站访问数据。
Dplyr R包	CRAN	版本1.1.4	用于数据清理、过滤、重编码和变量构建。
Ggplot2 R包	CRAN	版本3.4.4	用于可视化和图形准备。
Mediation R包	CRAN	版本4.5.1	用于基于线性中介模型和逻辑回归结果模型的Bootstrap中介分析。
Psych R包	CRAN	版本2.5.6	用于描述性统计和量表相关数据处理。
R软件	R统计计算基金会	版本4.4.1	用于数据处理、变量构建、统计分析、回归建模、中介分析和图表生成。
Tableone R包	CRAN	版本0.13.2	用于总结研究人群的基线特征。
Tidyverse R包	CRAN	版本2.0.0	用于数据组织和数据管理。