DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2026.1797065
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42292529
تاريخ النشر: 2026-05-28
المؤلف: Adel Alshahrani وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
هدفت هذه الدراسة إلى التحقيق في قوة عضلات الأطراف السفلية وتوازن الوضعية لدى الأفراد المصابين بهشاشة العظام في الركبة (KOA) مقارنةً بالأشخاص الأصحاء، مع استكشاف العلاقة بين القوة والثبات الوضعي باستخدام طرق تقييم قابلة للتطبيق سريريًا. شملت التحليل العرضي 90 من كبار السن (45 مصابًا بـ KOA و45 من الضوابط المتطابقة)، تتراوح أعمارهم بين 50-75 عامًا، مع توزيع متوازن بين الجنسين. تم تصنيف المشاركين المصابين بـ KOA على أنهم يعانون من شدة مرض معتدلة (درجات كيلغرين-لورانس II-III). شملت التقييمات قياسات القوة الإيزومترية للعضلات الرباعية والعضلات الخلفية باستخدام الدينامومتر المحمول، ومقاييس توازن الوضعية التي تم تقييمها من خلال قياس الوضعية الثابتة.
أشارت النتائج إلى أن الأفراد المصابين بـ KOA أظهروا منطقة توازن وسرعة أكبر بشكل ملحوظ، ووقت وقوف على ساق واحدة أقل، وقوة عضلية أقل في كل من العضلات الرباعية والعضلات الخلفية مقارنةً بالضوابط (جميعها p < 0.001). ومن الجدير بالذكر أن قوة العضلات الرباعية (β = -0.024، p < 0.001) ومؤشر تناظر الأطراف (LSI) (β = -0.062، p = 0.001) ظهرا كمتنبئين مستقلين لمنطقة التوازن في ظروف إغلاق العينين. وُجدت علاقات قوية بين معلمات القوة ومقاييس الثبات الوضعي. تؤكد النتائج على الدور الحاسم لنقص قوة الأطراف السفلية وعدم التماثل بين الأطراف في المساهمة في عدم الاستقرار الوضعي لدى مرضى KOA، مما يبرز فائدة أدوات التقييم الموضوعية في توجيه استراتيجيات إعادة التأهيل التي تركز على تعزيز القوة والتوازن.
مقدمة
هشاشة العظام في الركبة (KOA) هي اضطراب شائع في المفاصل التنكسية يؤدي إلى تدهور الغضاريف، وتضيق مساحة المفصل، وتكوين نتوءات عظمية، مما يؤثر بشكل كبير على الحركة وجودة الحياة، خاصةً لدى كبار السن. إنها سبب رئيسي للإعاقة البدنية على مستوى العالم، مع عجز حسي حركي مرتبط مثل ضعف الوظيفة العصبية العضلية وانخفاض حدة الإحساس الحركي، مما يزيد من خطر السقوط والاعتماد الوظيفي. تشير الأبحاث السابقة إلى أن الأفراد المصابين بـ KOA يظهرون توازنًا وضعيًا أكبر وضعفًا في التوازن مقارنةً بالأشخاص الأصحاء، مع دراسات محددة تربط هذه العيوب بانخفاض الإحساس الحركي وضعف العضلات، خاصةً في العضلات الرباعية.
على الرغم من الأهمية المعترف بها لتقييم التوازن ووظيفة العضلات في KOA، استخدمت العديد من الدراسات معدات مختبرية معقدة أو مقاييس ذاتية، مما يحد من قابليتها للتطبيق السريري. هناك حاجة ملحة لأدوات موضوعية وقابلة للوصول لقياس العلاقة بين قوة عضلات الأطراف السفلية والثبات الوضعي في KOA. تهدف هذه الدراسة إلى مقارنة توازن الوضعية وقوة عضلات الأطراف السفلية بين مرضى KOA والأشخاص الأصحاء، مع فرضية أن الأفراد المصابين بـ KOA سيظهرون ضعفًا ملحوظًا في التحكم الوضعي وقوة عضلية أقل. بالإضافة إلى ذلك، تفترض أن قوة العضلات الرباعية، ونسبة العضلات الرباعية إلى العضلات الخلفية (Q:H)، وتناظر قوة الأطراف ستتنبأ بشكل كبير بأداء توازن الوضعية، مما يساعد في تحسين استراتيجيات التقييم وتوجيه التدخلات المستهدفة في بيئات إعادة التأهيل.
طرق البحث
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك تقنيات أخذ العينات، وإجراءات القياس، والتحليلات الإحصائية المطبقة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك مجموعات التحكم والعلاج، فضلاً عن أي ظروف بيئية ذات صلة تم الحفاظ عليها طوال الدراسة. إن الصرامة في النهج المنهجي أمر حاسم للتحقق من صحة النتائج وضمان أن تكون النتائج موثوقة وقابلة للتطبيق في سياقات أوسع.
النتائج
تشير النتائج إلى أن الأفراد المصابين بهشاشة العظام في الركبة (KOA) يظهرون ضعفًا ملحوظًا في الثبات الوضعي مقارنةً بالمواضيع الضابطة، كما يتضح من زيادة منطقة التوازن في كل من ظروف العين المفتوحة (2.85 ± 0.73 سم² مقابل 1.92 ± 0.58 سم²، $p < 0.001$) وظروف إغلاق العينين (3.41 ± 0.89 سم² مقابل 2.25 ± 0.66 سم²، $p < 0.001$)، مع أحجام تأثير كبيرة (Cohen's $d = 1.41$ و$1.47$، على التوالي). بالإضافة إلى ذلك، أظهر المشاركون في KOA نطاقات أكبر من التوازن الأمامي والخلفي والجانبي، وسرعة توازن مرتفعة، ووقت وقوف على ساق واحدة أقل (8.42 ± 2.55 ثانية مقابل 12.31 ± 2.84 ثانية، $p < 0.001$)، مما يشير إلى ضعف التحكم الديناميكي في التوازن. ومن الجدير بالذكر أن قوة عضلات الأطراف السفلية كانت منخفضة بشكل ملحوظ في مجموعة KOA، خاصةً في قوة العضلات الرباعية (232.65 ± 42.18 نيوتن مقابل 286.32 ± 38.49 نيوتن، الفرق المتوسط -53.67 نيوتن، $p < 0.001$؛ Cohen's $d = 1.32$)، مع انخفاض كبير في مؤشر تناظر الأطراف (81.74% ± 7.22% مقابل 95.13% ± 5.88%، $p < 0.001$؛ Cohen's $d = 2.06$). كشفت العلاقات بين قوة العضلات ومعلمات توازن الوضعية أن قوة العضلات الرباعية الأقوى كانت مرتبطة بتحكم وضعي أفضل، حيث أظهرت علاقات سلبية معتدلة إلى قوية مع منطقة التوازن ($r = -0.61$) وسرعة التوازن ($r = -0.65$) في حالة إغلاق العينين، وعلاقة إيجابية مع وقت الوقوف على ساق واحدة ($r = 0.62$، جميعها $p < 0.001$). حدد تحليل الانحدار الخطي المتعدد أن انخفاض قوة العضلات الرباعية كان أقوى متنبئ مستقل لزيادة منطقة التوازن في حالة إغلاق العينين (β = -0.024، $p < 0.001$). بالإضافة إلى ذلك، كانت السن الأكبر ومؤشر كتلة الجسم الأعلى مرتبطين بشكل إيجابي بزيادة توازن الوضعية، بينما كان مؤشر تناظر الأطراف مرتبطًا عكسيًا بمنطقة التوازن (β = -0.062، $p = 0.001$)، مما يبرز تأثير عدم التوازن في القوة الثنائية على الثبات الوضعي.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في هذه الدراسة العلاقة بين قوة عضلات الأطراف السفلية والثبات الوضعي لدى الأفراد المصابين بهشاشة العظام في الركبة (KOA). أظهرت الدراسة التي أجريت في بيئة سريرية أن المشاركين المصابين بـ KOA أظهروا ضعفًا كبيرًا في التحكم الوضعي مقارنةً بالضوابط المتطابقة في العمر والجنس، كما يتضح من زيادة مقادير التوازن وانخفاض أوقات الوقوف على ساق واحدة. ومن الجدير بالذكر أن مجموعة KOA أظهرت انخفاضات ملحوظة في قوة العضلات الرباعية والعضلات الخلفية، وتغيرات في نسب القوة، وعدم تماثل كبير بين الأطراف. كشفت التحليلات أن قوة العضلات الرباعية وتناظر الأطراف كانت متنبئين مهمين للثبات الوضعي، مما يبرز الأهمية الوظيفية للعجز العصبي العضلي في هذه الفئة السكانية.
تساهم الدراسة برؤى جديدة من خلال دمج التقييمات الموضوعية لقوة العضلات وتوازن الوضعية في بروتوكول قابل للتطبيق سريريًا، مما يبرز أهمية كل من القوة المطلقة ونسب القوة في تقييم أداء التوازن. تتماشى النتائج مع الأدبيات الحالية التي تربط بين أمراض المفاصل وعيوب التحكم الوضعي، مما يشير إلى أن العيوب الملحوظة قد تنشأ من تغييرات في بيوميكانيكا المفاصل والعجز الحركي المرتبط بـ KOA. سريريًا، تدعو النتائج إلى استراتيجيات إعادة تأهيل مستهدفة تركز على تقوية العضلات الرباعية واستعادة تناظر الأطراف، إلى جانب إدارة الوزن، لتعزيز الثبات الوضعي وتقليل خطر السقوط لدى الأفراد المصابين بـ KOA.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود تؤثر على تفسير نتائجها بشأن العلاقة بين قوة عضلات الأطراف السفلية والتحكم الوضعي لدى الأفراد المصابين بهشاشة العظام في الركبة. أولاً، يحد التصميم العرضي من الاستنتاجات السببية، وقد لا تكون العينة، التي تتكون من كبار السن المقيمين في المجتمع الذين يعانون من شدة مرض معتدلة (درجات كيلغرين-لورانس II-III)، ممثلة لأولئك الذين يعانون من هشاشة العظام المتقدمة أو أولئك في المؤسسات. بالإضافة إلى ذلك، فإن نقص تقييم تكوين الجسم، بما في ذلك إجمالي الكتلة العضلية ونسبة الدهون في الجسم، يحد من فهم العوامل التي تؤثر على إنتاج القوة العضلية والتحكم الوضعي. كما أن إغفال مقاييس شدة الألم الموحدة، مثل مقياس الشدة البصرية (VAS)، يعقد تفسير العلاقة بين الأعراض والنتائج الوظيفية.
علاوة على ذلك، على الرغم من إجراء تقييمات موضوعية للقوة والتوازن، فإن غياب تحليل المشي الديناميكي يحد من تقييم التحكم الوضعي أثناء الأنشطة الوظيفية. كما لم تقم الدراسة بإجراء تحليلات فرعية للتفريق بين هشاشة العظام في الركبة أحادية الجانب وثنائية الجانب، مما قد يكشف عن تكيفات بيوميكانيكية متميزة وعيوب وظيفية. على الرغم من تضمين المتغيرات المهمة مثل العمر ومؤشر كتلة الجسم في نموذج الانحدار، إلا أن عوامل ذات صلة أخرى مثل مستوى النشاط البدني وتاريخ السقوط لم تؤخذ بعين الاعتبار، مما قد يحد من نمذجة أداء التوازن. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على التصاميم الطولية والتدخلية لإقامة علاقات سببية وتقييم استراتيجيات إعادة التأهيل، مع دمج تقييمات شاملة للألم، وتحليل تكوين الجسم، وتقييمات المشي الديناميكي. قد تعزز التحليلات الفرعية بناءً على جانب المرض وشدته، إلى جانب استخدام تقنيات استشعار قابلة للارتداء للمراقبة في العالم الحقيقي، فهم العيوب الوظيفية وتوجيه بروتوكولات إعادة التأهيل الفردية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2026.1797065
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42292529
Publication Date: 2026-05-28
Author(s): Adel Alshahrani et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study aimed to investigate lower-limb muscle strength and postural sway in individuals with knee osteoarthritis (KOA) compared to healthy controls, while also exploring the relationship between strength and postural stability using clinically feasible assessment methods. A cross-sectional analysis involved 90 older adults (45 with KOA and 45 matched controls), aged 50-75 years, with a balanced gender distribution. Participants with KOA were classified as having moderate disease severity (Kellgren-Lawrence grades II-III). Assessments included isometric strength measurements of the quadriceps and hamstrings using handheld dynamometry, and postural sway metrics evaluated through static posturography.
Results indicated that individuals with KOA exhibited significantly greater sway area and velocity, reduced single-leg stance time, and lower muscle strength in both quadriceps and hamstrings compared to controls (all p < 0.001). Notably, quadriceps strength (β = -0.024, p < 0.001) and the limb symmetry index (LSI) (β = -0.062, p = 0.001) emerged as independent predictors of sway area under eyes-closed conditions. Strong correlations were found between strength parameters and postural stability metrics. The findings underscore the critical role of lower-limb strength deficits and inter-limb asymmetry in contributing to postural instability in KOA patients, highlighting the utility of objective assessment tools for guiding rehabilitation strategies focused on enhancing strength and balance.
Introduction
Knee osteoarthritis (KOA) is a common degenerative joint disorder that leads to cartilage degradation, joint space narrowing, and osteophyte formation, significantly affecting mobility and quality of life, especially in older adults. It is a major cause of physical disability globally, with associated sensorimotor deficits such as impaired neuromuscular function and reduced proprioceptive acuity, which increase the risk of falls and functional dependency. Previous research indicates that individuals with KOA exhibit greater postural sway and diminished balance compared to healthy individuals, with specific studies linking these impairments to proprioceptive decline and muscle weakness, particularly in the quadriceps.
Despite the established importance of assessing balance and muscle function in KOA, many studies have utilized complex laboratory equipment or self-reported measures, limiting their clinical applicability. There is a pressing need for objective and accessible tools to quantify the relationship between lower limb muscle strength and postural stability in KOA. This study aims to compare postural sway and lower-limb muscle strength between KOA patients and healthy controls, hypothesizing that KOA individuals will show significantly impaired postural control and lower muscle strength. Additionally, it posits that quadriceps strength, the quadriceps-to-hamstrings (Q:H) ratio, and inter-limb strength symmetry will significantly predict postural sway performance, thereby refining assessment strategies and guiding targeted interventions in rehabilitation settings.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols for data collection, including sampling techniques, measurement procedures, and statistical analyses applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control and treatment groups, as well as any relevant environmental conditions maintained throughout the study. The rigor in the methodological approach is critical for validating the findings and ensuring that the results are both reliable and applicable to broader contexts.
Results
The results indicate that individuals with knee osteoarthritis (KOA) exhibit significantly impaired postural stability compared to control subjects, as evidenced by increased sway area in both eyes-open (2.85 ± 0.73 cm² vs. 1.92 ± 0.58 cm², $p < 0.001$) and eyes-closed conditions (3.41 ± 0.89 cm² vs. 2.25 ± 0.66 cm², $p < 0.001$), with large effect sizes (Cohen's $d = 1.41$ and $1.47$, respectively). Additionally, KOA participants demonstrated greater anteroposterior and mediolateral sway ranges, elevated sway velocity, and reduced single-leg stance time (8.42 ± 2.55 s vs. 12.31 ± 2.84 s, $p < 0.001$), indicating compromised dynamic balance control. Notably, lower limb muscle strength was significantly reduced in the KOA group, particularly in quadriceps strength (232.65 ± 42.18 N vs. 286.32 ± 38.49 N, mean difference -53.67 N, $p < 0.001$; Cohen's $d = 1.32$), with a substantial reduction in the limb symmetry index (81.74% ± 7.22% vs. 95.13% ± 5.88%, $p < 0.001$; Cohen's $d = 2.06$). Correlations between muscle strength and postural sway parameters revealed that stronger quadriceps were associated with better postural control, showing moderate to strong negative correlations with sway area ($r = -0.61$) and sway velocity ($r = -0.65$) in the eyes-closed condition, and a positive correlation with single-leg stance time ($r = 0.62$, all $p < 0.001$). Multiple linear regression analysis identified lower quadriceps strength as the strongest independent predictor of increased sway area in the eyes-closed condition (β = -0.024, $p < 0.001$). Additionally, older age and higher BMI were positively associated with greater postural sway, while the limb symmetry index inversely related to sway area (β = -0.062, $p = 0.001$), underscoring the impact of bilateral strength imbalance on postural stability.
Discussion
The discussion section of this study investigates the relationship between lower limb muscle strength and postural stability in individuals with knee osteoarthritis (KOA). Conducted in a clinical setting, the study found that participants with KOA exhibited significant impairments in postural control compared to age- and sex-matched controls, evidenced by increased sway magnitudes and reduced single-leg stance times. Notably, the KOA group demonstrated marked reductions in quadriceps and hamstrings strength, altered strength ratios, and substantial inter-limb asymmetry. The analysis revealed that quadriceps strength and limb symmetry were significant predictors of postural stability, emphasizing the functional relevance of neuromuscular deficits in this population.
The study contributes novel insights by integrating objective assessments of muscle strength and postural sway into a clinically feasible protocol, highlighting the importance of both absolute strength and strength ratios in evaluating balance performance. The findings align with existing literature that links joint pathology to postural control deficits, suggesting that the observed impairments may stem from altered joint biomechanics and proprioceptive deficits associated with KOA. Clinically, the results advocate for targeted rehabilitation strategies focusing on quadriceps strengthening and restoration of limb symmetry, alongside weight management, to enhance postural stability and reduce fall risk in individuals with KOA.
Limitations
The study presents several limitations that impact the interpretation of its findings regarding the relationship between lower-limb muscle strength and postural control in individuals with knee osteoarthritis. Firstly, the cross-sectional design restricts causal inferences, and the sample, comprising community-dwelling older adults with moderate disease severity (Kellgren-Lawrence grades II-III), may not be representative of those with advanced osteoarthritis or those in institutional settings. Additionally, the lack of body composition assessment, including total lean mass and body fat percentage, limits the understanding of factors influencing muscle force production and postural control. The omission of standardized pain intensity measures, such as the Visual Analog Scale (VAS), further complicates the interpretation of the relationship between symptoms and functional outcomes.
Moreover, while objective strength and balance assessments were conducted, the absence of dynamic gait analysis restricts the evaluation of postural control during functional activities. The study also did not perform subgroup analyses to differentiate between unilateral and bilateral knee osteoarthritis, which could reveal distinct biomechanical adaptations and functional impairments. Although key covariates like age and body mass index were included in the regression model, other relevant factors such as physical activity level and fall history were not considered, potentially limiting the modeling of balance performance. Future research should focus on longitudinal and interventional designs to establish causal relationships and assess rehabilitation strategies, while incorporating comprehensive pain assessments, body composition analysis, and dynamic gait evaluations. Subgroup analyses based on disease laterality and severity, along with the use of wearable sensor technologies for real-world monitoring, may enhance understanding of functional impairments and inform individualized rehabilitation protocols.