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全身振动训练对膝骨关节炎康复研究进展

2024-05-27 190 上传者：管理员

摘要：膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是在生物力学和生物学因素共同作用下导致膝关节结构和功能损害的退行性关节病变，是由生物力学和生物学因素共同作用导致软骨细胞，细胞外基质，软骨下骨结构改变的一种慢性关节疾病，病变累及滑膜、关节软骨、软骨下骨、髌下脂肪垫、半月板及前交叉韧带等组织。疼痛、关节僵直畸形和关节功能障碍是膝骨关节炎的突出症状，发病率高，严重影响患者的身心健康及生活质量。全身振动训练(whole body vibration training,WBVT)作为新兴的神经肌肉训练方法，无创伤和毒副作用，可以减轻膝骨关节炎患者膝关节疼痛，改善关节功能，延缓疾病进程。本文旨在分析总结WBVT对KOA患者由生物力学机制引发的症状和功能障碍的作用及应用进展，以期为KOA的康复治疗提供新的思路和方法。

关键词：
全身振动训练
生物力学
疼痛
膝骨关节炎
退行性关节病变
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膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是临床常见的以关节疼痛、畸形、活动受限、功能障碍为主要表现的退行性关节病变。病变累及滑膜、关节软骨、软骨下骨、髌下脂肪垫、半月板及前交叉韧带等组织[1]。KOA是由生物力学和生物学因素共同作用导致软骨细胞、细胞外基质、软骨下骨结构改变的一种慢性关节疾病[2]。与KOA相关的生物力学因素包括下肢力线异常、肌肉功能障碍、本体感觉受损以及步态异常等[3]。疼痛、关节僵直畸形和关节功能障碍是KOA的突出症状，严重影响患者的身心健康及生活质量，给家庭及社会造成沉重负担。运动疗法是KOA二级预防的有效手段，是《中国骨关节炎诊疗指南(2021年版)》强推荐基础治疗项目之一，经大量循证医学证实在缓解疼痛和改善关节功能方面起到了显著作用，在KOA患者的康复中越来越受到重视。

全身振动训练(whole body vibration training,WBVT)的工作原理是利用振动台，按照设定的振动频率和幅度所产生的机械波作用于机体，对减轻关节疼痛，增加下肢肌力，改善关节功能具有较为明显的优势[4]。WBVT作为新兴的神经肌肉训练方法，相对于药物和手术治疗，无创伤和毒副作用，延缓KOA疾病进程[5]。本文旨在总结近年来WBVT对KOA患者异常生物力学机制的作用及对主要症状的改善情况，以期为KOA的康复治疗提供新的思路和方法。

1、WBVT对KOA异常生物力学因素的影响

1.1对下肢肌肉功能的影响

膝关节屈、伸肌力与步行能力存在明显的正相关[6]，强健的股四头肌可以减轻关节负荷，减缓行走过程中地面反作用力的冲击及关节软骨磨损，有助于维持关节稳定。KOA患者股四头肌肌力下降显著，相当于健康同龄人的60%左右[7]。WBVT最显著的疗效即增强下肢力量[8]。来章琦[9]对老年KOA患者进行8周的WBVT干预后，患者伸、屈肌力矩最大平均值及伸肌峰值、屈肌峰值功率平均值均明显上升。刘衡等[10]研究结果提示16周45 Hz振动训练能提高老年膝、踝关节伸肌绝对力和爆发力及膝关节伸肌的耐力。Yoon等人[11]、Lai等人[12]的研究结果提示，WBVT显著提升中老年KOA患者伸膝峰力矩，增加股四头肌肌力。

对KOA患者肌肉激活效益研究中，刘彧秀等人[13]发现动态半蹲姿势下进行WBVT能够显著增强股直肌的激活程度。在振幅相同情况下，中、高频振动训练有利于提高KOA老年人膝、踝关节伸肌绝对力和爆发力，45 Hz的振动频率效果最好[10]。高频率振动益于下肢肌肉激活，可能会引起身体疲劳，影响训练效果。在训练方案的制定上应当设定适宜的抗阻训练姿势、振动强度、振幅及训练周期，以期取得更好的效果。

WBVT产生的机械振动引发快速的关节活动，刺激膝关节本体感受器和肌梭末梢肌纤维，梭内肌收缩，加快神经冲动的传递频率和强度，增强膝关节周围神经系统兴奋性，进而募集更多的运动单位参与肌肉收缩，提高膝关节周围肌肉力量。患者一般取屈膝或半蹲位闭链运动体位，以增加下肢运动负荷，增强运动效果。

1.2对平衡能力的影响

WBVT通过机械振动反复挤压刺激肌腱、肌梭等本体感受器，增加本体感觉输入，诱发姿势控制，诱发骨骼肌牵张反射来增强神经肌肉功能，提高平衡能力，在中枢层面，激活中央前回运动区，改善维持体位相关原动肌与拮抗肌群协调性和稳定性，改善患者的平衡功能[14,15]。膝关节的稳定平衡能力是站立和步行的基础，是影响行走的关键因素[16,17]。人体行走速度越快，步态周期中支撑与摆动之间的转换过程就越短，就需要更强的平衡能力[18]。陈丹等[16]通过Pro-Kin平衡系统测试经过4周WBVT的KOA患者TTE、ATE值，结果显示，TTE、ATE时间较训练前显著下降，时间越短，膝关节运动时的敏捷度和控制能力越好，平衡能力越强。Aggarwal等[19]对老年KOA患者实施4周振动频率25 Hz的WBVT干预，BBS评分显著改善。

1.3对本体感觉的影响

本体感觉是人体对自身肢体的空间位置、运动状态和运动方向的特殊感觉形式之一，是人体平衡系统的重要组成部分，主要由关节周围韧带、肌腱、皮肤等组织的高尔基腱器、鲁菲尼小体等本体感觉感受器产生[20]，是保持膝关节稳定的重要因素，是平衡感觉输入的重要来源，对运动姿势的调控至关重要[21,22]。KOA患者常伴有膝关节本体感觉减退，导致运动姿势控制和步态发生异常[23]。在WBVT与KOA本体感觉相关性研究中，王彦方等[23]采用WBVT联合等速肌力训练干预老年KOA患者，12周后下肢肌力提升，AAR/TDPM值低于干预前，提高了膝关节稳定性，改善下肢力线，降低了本体感受器的损伤。陈丹等[16]采用电针和WBVT结合的方式进行本体感觉的干预，4周后AAR/TDPM值均低于干预前，改善了膝关节位置觉和运动觉。

1.4对步行能力的影响

步行速度是评价KOA患者下肢运动功能的重要指标，KOA患者步行速度降低是疼痛保护的反馈调节，也是步行能力下降的重要标志。评价行走能力的简易指标主要有“起立-行走”计时测试(TUGT)、6 min步行测试(6MWT)。TUGT包括站立、行走、转身和坐下，步行距离3 m，涉及本体感觉、速度控制、姿势调整等运动要素，时间越短步行能力越强。6MWT是在测试步行能力的基础上，评估受试者的心肺耐力，良好的心肺功能，可以增强运动耐力[24]。Lai等[12]对老年KOA进行WBVT干预后，评估TUG(3 m“起立-行走”时间)值，结果与对照组比较具有显著差异性。陈丹等[16]采用电针联合WBVT方法对中度KOA患者进行4周干预后，TUGT显著低于对照组。

步行能力提高主要取决于膝关节的负重能力、核心稳定性、下肢肌力及稳定的姿势控制能力，步幅和步频是决定步行速度的重要因素，WBVT改善KOA患者下肢肌力及平衡能力，使步态周期中的支撑相与摆动相稳定，加快步频，提高步行速度。

KOA中后期由于肌力减退、肌腱萎缩、韧带松弛及皮肤感觉减退，本体感受器数量减少或被破坏，感觉信息接收效能低下，传导速率下降，从而导致膝关节的神经肌肉控制能力减弱[25]。上述因素又会引起膝关节平衡稳定性及运动控制力减退，关节生物力线改变，诱发异常的运动姿势和步态模式，加速关节软骨退变，进一步加重KOA病情[26]。WBVT增加了下肢肌力，改善关节失衡状态，振动有效刺激膝关节本体感受器，提高其位置觉、运动觉等信息的敏感性，提高中枢系统对本体感觉的反应，从而改善神经肌肉控制能力[27]，增强了膝关节平衡稳定性和运动控制能力，改善异常的运动姿势和步态负荷，纠正下肢异常力线。

2、对疼痛的影响

疼痛是KOA患者就诊的主要原因，也是最突出的症状。关节组织病变产生促炎细胞因子诱发炎症反应及关节内生物力学负荷变化刺激痛觉感受器产生疼痛是KOA疼痛产生的主要原因，另外痛觉敏化对疼痛产生了放大等协同效应，疼痛贯穿于KOA整个病程[28]。来章琦[9]采用振动频率20 Hz，振幅2 mm，对老年KOA患者进行8周WBVT，结果显示VAS评分显著下降，张翼等[29]采用振动频率35～40 Hz，振幅4～6 mm，对老年KOA患者进行WBVT训练8周，结果显示VAS评分、WOMAC疼痛指数低于对照组。Yoon等人[30]采用振动频率30～40 Hz，振幅2.5 mm，连续20周，结果显示WBVT在缓解患者疼痛方面具有明显效果。WBVT改善KOA疼痛及膝关节功能的荟萃分析[31,32]提示，WBVT可以显著降低KOA患者VAS、WOMAC疼痛评分，缓解KOA膝关节疼痛，与上述研究者的结论相一致。WBVT通过增强下肢肌力，提高膝关节稳定性，延缓关节软骨的退变[33]，改善膝关节生物力学稳定性。激活脊髓背角中的Aβ纤维，抑制了痛觉的传入[31]。此外，还通过伤害感受神经元和运动神经元的突触前抑制改善疼痛[15]。

3、WBVT在细胞生物学方面的研究

研究人员运用细胞生物学方法研究WBVT对早期膝关节软骨组织形态学变化的影响，王连[34]研究发现较低频率的WBVT可降低大鼠早期KOA关节软骨中缺氧诱导因子HIF-2α表达，明显改善关节软骨退变。汪宗宝等[35]发现较低频率振动下调JNK/NF-κB表达，提高SOX9活性从而调控胶原合成，修复大鼠早期KOA关节软骨损伤。魏晓霏等[36]研究发现早期应用振动训练可有效降低兔KOA的血清CTX-Ⅱ水平，改善兔KOA软骨下骨重塑，减轻软骨损伤。上述研究可能为WBVT对早期KOA患者的治疗提供了新的靶点。未来研究不仅要完善振动作用机制的基础性研究，还要深入探索最佳的振动方案，优化早期KOA软骨和软骨下骨的治疗效果。

4、小结与展望

WBVT作为一种新兴的无创治疗，已应用于脑卒中后遗症、帕金森等神经系统疾病的康复。WBVT在KOA治疗上大多数是与运动疗法联合应用，与其他疗法联合应用并不多见。大量循证医学研究证实其对KOA的止痛及生物学效应与其他疗法联合使用具有辅助或协同作用。陈丹等[16]用WBVT联合电针灸对KOA进行干预，取得较好效果。电针疗法具有镇痛、疏松肌肉、活络气血的功效[37]，减轻局部炎症介质，促进本体感觉修复，多维度增加感觉刺激，与运动效应整合后激活更多本体感觉器，增强神经传导，增强膝关节周围肌肉力量，提升控制能力，与WBVT作用效果叠加。在经筋理论指导下的中药外敷、灸法、针刀疗法经临床证实[38]，都可以有效阻断KOA的进一步发展。WBVT和针灸都属于非药物疗法，对患者无毒副作用，WBVT联合传统康复疗法值得临床推广。

目前KOA的研究已由宏观的生物力学转移到细胞因子神经机制等方面，药物治疗已经由常规口服止痛药、关节腔注射透明质酸、糖皮质激素发展到富血小板血浆(PRP)和间充质干细胞(MSCs)疗法[28]。PRP和MSCs疗法能促进软骨细胞增殖，抑制炎性因子分泌，抑制软骨细胞凋亡，起到维持软骨细胞结构稳定，缓解疼痛，延缓KOA发展的效果。笔者认为，为巩固疗效，可以尝试将WBVT与PRP和MSCs等疗法联合应用，WBVT无毒副作用，其生物力学效应与药物联合应用起到协同增效的作用，在未来的KOA治疗中可作为新的靶点进行研究。

常规WBVT患者一般采用屈膝站立体位，研究人员在对WBVT训练方式研究中发现，对年老体弱及下肢运动障碍的老年人进行坐位、低频率(3～13 Hz)的WBVT，可有效提高高龄、下肢运动障碍老年人的下肢肌力、平衡能力及行走能力，具有安全易行的优势[39,40]。因此对于运动功能障碍、步行困难、无法站立的KOA患者可以尝试在坐位下进行WBVT以改善膝关节功能。

WBVT简便易行、安全有效，在KOA等慢性病康复领域越来越受到重视。笔者认为，WBVT对KOA的作用机制在细胞生物学领域需要进一步研究探索，加强与PRP、MSCs新疗法及针灸等中医传统疗法联合使用，结合训练体位精准制定治疗方案，延缓病情发展，提高疗效同时减轻患者家庭负担。

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