膝骨关节炎在反复跌倒与功能受限之间的中介作用：基于CHARLS 2015数据的观察性研究

摘要

这项横断面观察性中介分析表明，功能受限在反复跌倒与膝骨关节炎之间的关联中起部分中介作用，凸显了在中老年人群中预防跌倒和维持功能的重要性。

摘要

关于功能受限、反复跌倒与膝骨关节炎之间关系的研究仍然有限。本项横断面观察性研究探讨了反复跌倒、功能受限与膝骨关节炎之间的关联，并评估功能受限是否在反复跌倒与膝骨关节炎的关系中起中介作用。在排除年龄小于45岁以及核心变量和协变量数据缺失的参与者后，共有2,278名来自2015年CHARLS调查的参与者被纳入完整病例分析。采用Spearman相关分析评估反复跌倒、功能受限评分与膝骨关节炎之间的相关性。由于膝骨关节炎被视为二分类结局变量，因此采用多变量logistic回归分析其与反复跌倒的关联。中介分析基于Bootstrap中介分析框架进行，采用线性中介模型和logistic结局模型，以反复跌倒为自变量、功能受限评分为中介变量、膝骨关节炎为因变量。在调整后的模型中，反复跌倒与膝骨关节炎发生风险升高显著相关。在将功能受限评分加入模型后，反复跌倒仍与膝骨关节炎显著相关，且功能受限评分也与膝骨关节炎显著相关。Bootstrap中介分析结果显示总效应为0.093（95% CI：0.050–0.138），直接效应为0.079（95% CI：0.037–0.123），通过功能受限产生的间接效应为0.014（95% CI：0.006–0.023），占总效应的14.92%。这些发现支持了一种具有统计学意义的中介模式，即功能受限在反复跌倒与膝骨关节炎的关联中起到中间因素的作用。研究结果强调，在中老年人群膝骨关节炎的健康管理中，整合跌倒风险评估与功能状态评价的重要性。

引言

膝骨关节炎（KOA）是一种常见的退行性关节疾病，通常表现为膝关节疼痛、活动受限和关节僵硬^1,2,3。随着病程延长，患者常出现膝关节功能障碍，严重时甚至丧失日常生活活动能力^4,5。膝骨关节炎在全球范围内具有较高的流行病学负担，尤其在老年人群中更为常见^6,7,8。据估计，约13%年龄在60岁及以上的个体患有膝骨关节炎，且其患病率随年龄增长显著上升⁹。膝骨关节炎给个人、家庭和社会带来沉重负担^10,11。在社会层面，膝骨关节炎不仅增加了医疗资源的消耗，还显著降低了劳动生产率，从而加重了社会经济负担^12,13,14。从机制上看，膝骨关节炎是一种涉及生物学、生物力学、炎症、代谢以及创伤后通路的多因素疾病，包括与年龄相关的退行性变以及与损伤相关的关节不稳定或异常负荷。因此，有必要对膝骨关节炎开展相关研究，以明确其相关因素，特别是与活动能力、关节负荷和功能衰退相关的可调控因素。

近年来，反复跌倒问题受到越来越多的研究关注，在老年人群中尤为普遍^15,16,17。跌倒不仅会增加老年人受伤的风险，可能导致骨折或头部外伤等状况，还可能引起老年人长期的功能障碍，导致功能受限和生活质量下降，并可能促进膝骨关节炎的发展^18,19,20。研究表明，每年约有25%的老年人会发生跌倒^21,22,23。此外，随着人口老龄化，跌倒的发生率及其带来的社会经济成本持续上升，这不仅考验着家庭的承受能力，也给公共卫生系统带来巨大压力^24,25。在膝骨关节炎的病理背景下，反复跌倒的相关性不仅在于急性损伤，还在于与跌倒相关的疼痛、关节损伤、步态不稳以及对跌倒的恐惧可能减少活动参与，并改变下肢的负荷模式^26,27。因此，如何降低跌倒的发生率，特别是避免老年人反复跌倒，已成为一项紧迫的课题。

功能受限通常与慢性关节负荷、活动受限以及运动模式改变有关。老年人膝关节的功能受限可能直接影响膝关节的负荷能力，长期异常负荷及关节退行性改变可诱发膝骨关节炎^28,29,30。功能受限还可能通过削弱关节周围肌肉支持、损害膝关节动态稳定性以及促进代偿性步态模式，进一步影响膝骨关节炎相关的健康负担；这些变化可能增加对软骨、半月板、软骨下骨及关节周围软组织的机械应力。此外，研究显示，长期反复跌倒不仅可直接导致身体损伤，还可能加重功能受限，进而影响生活质量，并促进膝骨关节炎的发生^31,32。因此，功能受限可能在反复跌倒与膝骨关节炎之间的关系中起重要的中介作用，并作为跌倒相关活动能力下降与膝骨关节炎相关健康负担之间的功能桥梁。

因此，本研究旨在探讨功能受限是否在中老年人群膝骨关节炎与反复跌倒之间的关联中起中介作用，从而为膝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支持。

方案

数据
中国健康与养老追踪调查（CHARLS）数据库基于对中国健康、经济和社会活动的调查³³。所有CHARLS调查均获得了北京大学机构审查委员会（IRB）的伦理批准。主家庭调查（包括人体测量）的IRB批准编号为IRB0000105211015。在本研究中，作者采用了2015年的调查数据，样本共包含21,095名参与者。排除了年龄≤45岁或年龄信息缺失的参与者。随后排除了在三个核心变量——反复跌倒、功能受限评分和膝骨关节炎——中任一变量数据缺失的参与者。最后，进一步排除了协变量数据缺失的参与者，以构建一个完整病例分析数据集。本研究使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
跌倒是一种由参与者自我报告的结果³⁴，该指标基于以下依据进行评估 "自上次就诊以来，您是否发生过任何跌倒情况？" 参与者提供了二元响应，表明要么 "是" 或 "无" 在本次分析中，回答“是”的参与者被归类为有反复跌倒情况，回答“否”的参与者被归类为无反复跌倒情况。

膝关节骨关节炎
有症状性膝骨关节炎的结果由参与者回答确定 "是" 以下问题的第一个答案 "膝关节" 第二个问题³⁵ “您是否经常感到身体疼痛？”以及“您身体的哪些部位感到疼痛？请列出您目前感到疼痛的所有身体部位。”因此，本研究中膝骨关节炎的定义依据的是CHARLS 2015中自报的膝关节疼痛信息。由于CHARLS 2015的数据收集设计，本分析所使用的数据集中无法获得影像学评估结果和医生诊断的膝骨关节炎信息，故采用此定义。

功能受限
功能受限的评估采用2015年中国健康与养老追踪调查（CHARLS）中的日常生活活动能力（ADL）和工具性日常生活活动能力（IADL）项目³⁶。ADL项目包括穿衣、洗澡、进食、上下床、如厕以及控制排尿和排便方面的困难。IADL项目包括做家务、做饭、购物、管理财务和服药方面的困难。每个项目按四点量表评分，1分表示无困难，4分表示无法完成该项活动。11项ADL和IADL项目得分相加，生成一个范围为11至44的功能受限总分，得分越高表示功能受限越严重。在中介分析中，功能受限总分作为连续型中介变量处理。此外，将ADL失能和IADL失能构建为二分类协变量。若参与者报告至少有一项ADL活动无法完成，则定义为存在ADL失能；若报告至少有一项IADL活动无法完成，则定义为存在IADL失能。这两个二分类变量在回归模型中作为协变量纳入，而功能受限总分则用作中介变量。

协变量
协变量包括性别、年龄、饮酒状况、吸烟状况、体重指数类别、夜间睡眠持续时间、抑郁状态、认知评分、日常生活活动能力障碍和工具性日常生活活动能力障碍。性别分为男性和女性。年龄作为连续变量进行分析。若参与者报告每月饮酒一次以上或每月饮酒少于一次，则饮酒状况编码为是；若报告不饮酒，则编码为否。若参与者报告有吸烟史，则吸烟状况编码为是，否则为否。体重指数分为体重不足、正常、超重和肥胖。夜间睡眠持续时间分为<6 小时或 ≥6 小时。

使用2015年CHARLS研究中的10项抑郁症状量表评估抑郁状态³⁷。量表条目询问在过去一周内，参与者是否因平时不会困扰的事情而烦恼、是否难以集中注意力、是否感到抑郁、是否觉得做任何事情都很费力、是否对未来充满希望、是否感到恐惧、睡眠是否不安稳、是否感到快乐、是否感到孤独，或是否提不起劲来做事。每个条目最初按1至4的四点频率量表评分。对于8个负向表述的条目，通过将原始回答减1转换为0至3的分数；两个正向表述的条目（对未来感到有希望和感到快乐）则进行反向计分。总抑郁评分范围为0至30分，分数越高表示抑郁症状越严重。根据抑郁评分将参与者分为两组：评分<10分和≥10分，评分≥10分表示抑郁症状负担较重。

认知评分根据2015年CHARLS调查中与认知相关的项目计算得出³⁸。这些项目包括正确识别年份、月份、日期、星期几和季节；五项连续减法任务；以及一项图形绘制任务。在连续减法任务中，要求参与者从100开始连续减去7，五次减法的正确答案分别计分。正确回答计为1分，错误回答计为0分。总认知评分通过将所有项目的得分相加得出，可能得分范围为0至11分。得分越高，表示认知功能越好。

统计学分析
首先，通过排除年龄小于45岁以及在反复跌倒、功能受限评分、膝骨关节炎或回归模型中包含的协变量方面存在缺失数据的参与者，构建了一个完整病例分析数据集。研究人群的特征以均值和标准差（用于连续变量）以及频数和百分比（用于分类变量）进行汇总。使用Student t检验比较女性与男性参与者在连续变量上的基线特征，使用卡方检验比较分类变量的基线特征。采用Spearman相关性分析评估反复跌倒、功能受限评分与膝骨关节炎之间的相关性。

由于膝骨关节炎被视为二分类结局，因此采用多变量逻辑回归分析反复跌倒与膝骨关节炎之间的关联。功能受限评分被视为连续型中介变量，因此采用线性回归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，并对性别、年龄、饮酒状况、吸烟状况、体重指数类别、夜间睡眠持续时间、抑郁状态、认知评分、日常生活活动能力（ADL）失能及工具性日常生活活动能力（IADL）失能进行了校正。模型2在模型1的基础上 additionally 包含了功能受限评分。

采用基于线性中介模型和逻辑回归结果模型的自举中介分析框架进行中介分析。在该模型中，将反复跌倒定义为自变量，功能受限评分作为中介变量，膝骨关节炎作为因变量。中介分析估算了间接效应、直接效应、总效应以及中介比例。路径a表示反复跌倒与功能受限评分之间的关联，路径b表示在调整了反复跌倒及其他协变量后，功能受限评分与膝骨关节炎之间的关联。直接效应表示在模型中纳入功能受限评分后，反复跌倒与膝骨关节炎之间的关联。

采用含5,000次模拟的Bootstrap重采样法，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5,000次Bootstrap模拟，以提高对间接效应的置信区间估计的稳定性，因为间接效应通常呈非正态分布。当95% Bootstrap置信区间不包含零时，认为中介效应具有统计学显著性。统计学显著性定义为双侧 p 值 <0.05³⁹。

所有统计分析均在 Windows 10 x64 系统上使用 R 软件 4.4.1 版本完成。主要使用的 R 程序包包括 tidyverse 2.0.0 版本、dplyr 1.1.4 版本、tableone 0.13.2 版本、psych 2.5.6 版本、mediation 4.5.1 版本以及 ggplot2 3.4.4 版本。数据提取与变量构建依据 CHARLS 2015 变量字典及问卷文档，采用预先设定的 R 脚本进行。通过使用预设脚本并记录 R 会话信息，确保了分析的可重复性。统计分析由研究作者完成，分析结果已对照生成的表格和图表进行了核对。此外，作者所在大学一位精通统计方法学的教授对统计工作流程、模型选择及主要分析结果进行了审查，以进一步确保分析的恰当性与可靠性。

结果

研究对象特征
研究人群通过图1所示的筛选流程进行选择。最初纳入2015年CHARLS调查中的21,095名参与者。排除年龄≤45岁或年龄信息缺失的1,934名参与者后，剩余19,161名。其中，因反复跌倒、功能受限评分或膝骨关节炎数据缺失而排除6,572名，因协变量数据缺失进一步排除10,311名。最终纳入完整病例分析的样本共2,278名参与者。研究样本的基本特征见Table 1。在最终的参与者中，女性1,759名，男性519名。总体平均年龄为58.6岁，女性为57.9岁，男性为61.0岁，性别间差异具有统计学意义（p < 0.001）。与女性相比，男性饮酒和吸烟的比例更高。体重指数（BMI）分类在性别间亦存在显著差异（p = 0.002）。女性膝骨关节炎的患病率高于男性（20.6% vs. 12.1%，p < 0.001）。女性抑郁评分更高，抑郁评分≥10的比例也更高，而男性的认知评分较高。

讨论

本研究探讨了在中老年人群中，功能受限在反复跌倒与膝骨关节炎关联中的中介作用。结果表明，反复跌倒与膝骨关节炎相关，且功能受限在其中起到部分中介作用。这些发现提示，功能下降不仅是跌倒或膝关节症状伴随的后果，也是连接跌倒史与膝骨关节炎相关疾病负担的重要中间状态。

本研究中观察到的中介模式可从与反复跌倒相关的功能退化的角度进行解释。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、姿势自信心下降、对跌倒的恐惧以及活动回避^40,41,42。这些变化与步行暴露减少、日常活动参与度降低、下肢失健、平衡控制能力变差以及日常生活活动能力受损相关⁴³。在此过程中，功能受限不仅仅是衰老的结果，更是反复跌倒相关应激后肌肉骨骼储备能力下降的可测量表现。

功能受限通过改变运动模式和负荷分布，为反复跌倒与膝骨关节炎之...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
中国健康与养老追踪调查 2015 年数据	中国健康与养老追踪调查，北京大学	不适用	公开可用的调查数据集，用于二次分析。注册研究人员可通过 CHARLS 官方网站访问该数据。
Dplyr R 包	CRAN	版本 1.1.4	用于数据清洗、筛选、重新编码及变量构建。
Ggplot2 R 包	CRAN	版本 3.4.4	用于可视化及图表制作。
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进行自助中介分析。
Psych R 包	CRAN	版本 2.5.6	用于描述性统计及量表相关数据处理。
R 软件	统计计算 R 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、中介分析以及图表生成。
Tableone R 包	CRAN	版本 0.13.2	用于汇总研究人群的基本特征。
Tidyverse R 包	CRAN	版本 2.0.0	用于数据整理与数据管理。