不同訓練方式對膝骨關節炎患者姿勢穩定性研究探討

彭曉靜，董心，鐘連超，鄭潔皎

膝骨關節炎(Kneeosteoarthritis，KOA)是中老年人最常見的慢性退行性關節疾病，給患者、家庭和社會造成巨大的經濟負擔[1]。已被世界衛生組織列為增長最快的主要健康狀況和第二大致殘原因[2]。癥狀性KOA在50歲以上的人群中非常普遍，影響全世界超過2.5億人[3]，而伴隨KOA進展而不斷加重，疾病造成的疼痛及步態功能障礙嚴重影響其正常生活質量。目前，臨床對KOA患者越來越推崇運動療法，進而提高其姿勢穩定性，美國風濕病協會強烈建議KOA患者進行有氧訓練及耐力訓練[4]。因此，本文就KOA臨床功能障礙及姿勢穩定性受損機制基礎之上對其不同訓練方式做一陳述，目前臨床常用訓練方法，包括肌力訓練、生物力學干預、步態訓練、本體感覺訓練和中醫傳統功法治療等。

1 KOA姿勢穩定性受損機制

KOA是一種由生物力學和炎癥因子共同驅動的關節破壞的活動性疾病[5]，伴隨機制研究的不斷深入，目前較為認可的是生物力學結構的改變及炎癥因子的作用。正常的姿勢控制包括軀體感覺、視覺和前庭系統的整合。KOA患者缺乏有效運動模式以維持穩定的功能活動，證明了肌肉骨骼狀況通過改變感覺輸入，皮質處理和隨后的神經肌肉輸出對反饋回路的長期影響[6]。KOA可能存在本體感覺缺失，影響姿勢穩定性(靜態和動態平衡)，增加跌倒風險。另外，老年KOA的發生可能與年齡相關的膝關節軟骨的負荷模式力學改變因素相關。在膝關節力學上的變化很可能是運動系統，特別是肌肉和神經功能全面惡化的表現，其中股四頭肌肌力減弱是影響KOA的重要因素之一。有研究指出疼痛和肌肉無力也是影響姿勢受損的原因之一，中度至重度疼痛的參與者表現出姿勢搖擺增加[7, 8]。在其行走及維持姿勢穩中，除涉及感覺運動功能外，還涉及執行功能[9]。KOA患者存在的疼痛癥狀容易損害其執行功能，從而無法重新分配注意力進而增加其摔倒的風險，進一步影響姿勢控制機制和防止跌倒的能力。

2 訓練方式

2.1 肌力訓練

2.1.1 膝關節神經肌肉運動訓練 KOA患者關節周圍肌力較弱，導致關節壓力增加。股四頭肌是影響膝關節穩定性的重要結構，骨骼肌肌力的減退對KOA患者姿勢穩定性影響巨大，也被認為是跌倒的獨立危險因素[10]。股四頭肌肌力的增強有助于減緩膝關節負荷和關節軟骨磨損，改善功能和關節穩定性、減緩行走過程中地面反作用力的沖擊。提高肌肉強度可能會延緩KOA的進展。在一項隨機對照研究中，通過對股四頭肌肌力訓練，觀察到KOA患者股四頭肌肌力增強，明顯改善了神經對股四頭肌的潛在抑制，減輕臨床疼痛和功能障礙，步行速度也得到提升。同時KOA患者伸膝關節肌群肌力較其他肌群下降明顯，相比正常人的伸肌肌力要低40%，增強膝關節伸肌強度與降低KOA患者的步態速度起著重要作用[11]。美國運動醫學會曾對肌肉強化運動做了一項系統評價和Meta分析，證據支持肌肉增強干預能顯著提高膝關節伸肌的力量,改善膝關節炎患者的身體功能[12]。神經肌肉運動訓練(neuromuscularexercise,NEMEX)是肌力訓練的特一種殊訓練技術。是基于生物力學與神經肌肉控制原理，通過對三個平面的運動質量控制來改善感覺運動控制能力及獲得關節的功能性穩定的運動訓練技術[13]。神經肌肉運動訓練主要作用于下肢運動和肌肉激活模式的效率，改善其運動控制能力和動態穩定性。Ageberg等[14]研究認為神經肌肉運動訓練作為一種運動療法，對于退行性骨關節疾病患者而言是與傳統肌肉力量訓練和有氧運動等效的，對改善KOA患者臨床癥狀和功能有積極作用。與股四頭肌肌力訓練不同的是神經肌肉運動訓練主要是采用功能性的負重訓練方法對患者進行訓練，通過訓練可提升肌力和本體感覺的準確性,進而提高姿勢穩定性以及減少KOA患者活動受限[15]。

2.1.2 膝關節周圍肌群抗阻訓練 抗阻運動訓練的定義是利用外部阻力負荷(如體重、阻力帶、機械裝置等)因素來促使骨骼肌收縮，使KOA的肌肉運動模式和關節生物力學恢復正常[16]。抗阻訓練可改變其肌肉運動模式，使其關節生物力學正常化，恢復肌力和關節正常力學，同時改善身體功能。抗阻訓練已被證明是提高肌力的最有效的運動之一[17]。在KOA患者中，肌無力、本體感覺障礙和疼痛是常見的臨床表現，也是跌倒的主要危險因素。抗阻訓練與理療、藥物及拉伸等治療相比，在減輕疼痛、緩解僵硬以及改善身體功能方面具有優勢。通過高速抗阻訓練神經肌肉元素，對減少疾病癥狀，改善生理功能和肌肉力量具有潛在的積極影響，進而可以減少跌倒的風險。較之傳統KOA抗阻訓練和拉伸，高速抗阻在整合神經肌肉和結合本體感覺機制基礎上具有更好的效果[18]。Levinger等[19]通過高速抗阻訓練和平衡訓練提高下肢肌肉力量，可以預防跌倒，因而再次解釋了KOA患者因下肢肌力的下降導致其平衡受損，抗阻訓練對其平衡的積極影響。

2.2 生物力學干預 在KOA發病病因研究中，其生物力學改變是最為公認的因素。生物力學療法作為一種非藥物療法，注重個體化治療且客觀全面地對患者進行干預治療[20]。主要通過改變足底壓力中心、楔形鞋墊、膝關節支具等進行輔助治療。基于生物力學評估后的外側楔形鞋墊通過改變足底壓力中心的位置，從而使地面反作用力相對于膝關節向外側移動，即負重從內側轉移到外側。有研究顯示[21]，外側楔使膝關節外收力矩減少5%～6%，矢狀位力矩和肌肉共收縮等其他因素可能對膝關節內側負荷有重要影響。而膝關節外翻支具較外側楔形鞋墊可以顯著降低膝關節內收角[22]。Khana等[23]通過對趾內步態、外側楔形鞋鞋墊以及膝關節支具的聯合使用研究，發現三者在降低膝關節負荷上具有協同作用，同時可以有效降低膝關節內收力矩。膝關節內收力矩(kneeadductionmoment，KAM)作為評價膝關節姿勢穩定性的一個生物力學參數，減少KAM也是減輕膝關節疼痛和增強其功能的一個重要方法。同時也被認為是膝關節動態負荷分布的主要因素，因此也是內側KOA進展的主要因素。KOA患者穩定性降低的主要原因為關節應力失衡和下肢力學軸線異常，糾正膝關節的異常受力模式對于KOA患者受累關節的軸向對線以及異常受力有著良好的療效[24]。

2.3 步態訓練

2.3.1 步態調整訓練 步行是一種自主且復雜的運動，它與神經系統、肌肉骨骼系統、感覺系統、心肺系統等多種生理系統的正常功能高度協調統一。KOA患者在空間和時間步態參數的變化都會對其姿勢穩定性產生影響[25]，因而通過步態調整進行步態訓練可以更好改善其姿勢穩定性。臨床常見的步態調整包括趾外步態(toe-outgait)、趾內步態(toe-ingait)[26]、步幅縮短步態[27]、內外側軀干傾斜步態和內推力步態等[28-29]。趾外步態和趾內步態是指腳的外部和內部旋轉角度超過個人原有姿勢相位的步行方式[30]。已有研究表明趾外步態對膝關節具有明顯的的生物力學效應，降低疾病進展的風險[31]。趾內、趾外步態對KOA進展有有長期保護作用，通過對健康人群及KOA患者對比的一項隨機對照研究，步態調整訓練能夠改善癥狀和身體活動水平，而不會增加相關的KAM。部分內側KOA患者會自然地采用一種改變的步態模式，減少膝關節內收力矩，并由內-外側軀干擺動的變化驅動。軀干傾斜和內側推力可以有效降低KOA患者的KAM，而不會對髖部和踝關節動力學造成不利影響[29]。步態調整訓練重新分布了整個下肢的負荷力學，使得膝關節內收力矩峰值減少，增強膝關節穩定性，延緩KOA進展[32]。

2.3.2 步態再訓練 步態再訓練是指在常規步態訓練基礎上，使用實時運動反饋系統觀察特定關節角度改變造成的步態模式改變，進而調整不正常步態模式下對機體穩定性造成的損害[33]。膝關節內收力矩是一種重要的生物力學危險指標(膝關節負荷)，可作為步態中膝關節負荷的替代指標。步態再訓練從整體上講，是通過調整身體負荷，降低患者膝關節的承重，進而減少了步行過程中的內收力矩。膝關節屈曲力矩(kneeflexionmoment，KFM)的作用是平衡關節處屈肌和伸肌的力量，主動反饋步態再訓練是在原有基礎之上佩戴主動反饋裝置(即傳感器)，實時監測足底壓力改變。研究結果表明足內側負重移位引起的膝關節內收力矩減少,從而減少了膝關節內側間隙負荷，因而對臨床疼痛和功能有所改善[34]。有研究經過對六周步態再訓練計劃的可行性和效果分析后得出步態再訓練對KOA患者是有益的，在降低膝關節內收力矩方面可能具有積極的作用，減少膝關節內翻從而發展成為內側KOA的風險，但不同運動訓練對膝關節內收力矩影響也存在差異[35]。步態訓練是在生物力學分析基礎之上，針對具體問題采取的具體進行訓練方法。矯正不正確的步行方式，實現下肢力矩的最大改善，從而達到訓練目的。

2.4 本體感覺訓練 本體感覺訓練是基于肌肉運動訓練進行，本體感覺相關的運動訓練會引起下肢反饋刺激膝關節周圍的本體感受感受器，尤其是屈肌紡錘體，肌肉紡錘體是膝關節最重要的本體感受體，從而改善膝關節本體感覺[36]。本體感覺通過肌肉和皮膚組織的機械改變來收集和傳遞與關節的位置、方向和運動相關的感覺信息以此保持姿勢平衡[37]。KOA軀體感覺功能出現障礙，主要表現為關節位置(本體感覺)障礙和運動感覺障礙(運動覺)。因此改善本體感覺可降低膝關節骨性關節炎患者步態中的負重率和協同激活，進而提高姿勢穩定性[38]。本體感覺訓練能改善關節的穩定性，從而提高運動質量和改善本體感覺，長期本體感覺訓練可降低KOA的疼痛強度[39]。因而改善KOA患者的膝關節感覺運動特征，可以恢復步行過程動態功能平衡能力。

2.5 中醫傳統功法治療 目前臨床對KOA患者多采用保守治療，長期運動功法運用得到證實KOA患者有積極作用，其無毒副作用且效果顯著被廣泛患者所接受。中醫傳統功法如太極拳、八段錦、易筋經等多屬中小輕度運動，對提高KOA的穩定性以及促進其功能恢復具有重要的作用，傳統功法鍛煉可促進膝關節周圍局部靜脈和淋巴液的回流，加速新陳代謝，從而減輕惡性刺激所導致的膝關節疼痛[40]。郭朝卿等[41]在對易筋經進行生物力學分析中，鍛煉過程中為維持姿勢穩定性，需要肌肉和骨骼維持一定平衡，并加強了肌肉力量和柔韌性，保證了一定的關節活動度。肌力隨年齡增長呈衰減趨勢，尤其是下肢肌力對整體穩定性有至關重要作用，有研究顯示堅持太極拳鍛煉，對肌肉衰減癥有預防作用[42]。KOA患者的步態相對常人不同，太極拳鍛煉注重重心轉移，增大了髖關節內收力矩或限制其減小, 降低膝關節內收力矩或限制其增大。進而使得下肢肌肉控制的協調性增強, 關節僵硬得到緩解，穩定性增加[43]。

3 小結

KOA已被認為是老年人跌倒的一個重要的危險因素,姿勢穩定性的維持需要感覺統合系統和神經肌肉系統的協調配合得以實現，對預防KOA患者二次損傷具有重要意義。影響KOA姿勢穩定性的因素也很多,股四頭肌肌力減退是目前一致公認的影響因素之一。但臨床專門針對KOA姿勢穩定性的治療性研究相對較少，姿勢穩定性的治療主要著眼于其疼痛及功能障礙基礎上，具體姿勢受損機制研究也相對欠缺，因而總結前人治療經驗，從而進一步對KOA姿勢穩定性進行探索研究尤為重要。