骨关节炎的力量训练研究进展

唐玉成

(深圳大学师范学院体育系，广东 深圳 518060)

流行病学显示，在我国老龄人群中，65岁以上人群骨关节炎(OA)发病率超过50%，75岁以上人群则高于80%〔1〕，OA严重影响老年人的日常活动能力及生活质量，目前国内外尚缺乏针对OA的有效根治措施。OA引起关节不适和疼痛，导致日常活动能力下降，后者引起肌肉衰弱，进一步削减日常活动能力，引发恶性循环。从上世纪90年代开始，国外一些研究纷纷证实了运动治疗OA的效果，并显示其疗效不输于药物治疗〔2,3〕。在各种运动疗法中，力量训练因为其强度大、负荷高，有助于强化肌肉力量和质量及保护骨骼健康，较早受到研究人员关注；但也正是由于这种高负荷的运动属性，力量训练也颇让患者和治疗人员感到不安，应用起来诸多顾虑。本研究主要对OA患者力量训练面临的几类问题展开综述。

1 OA的症状

在临床方面，OA表现为关节疼痛、肿胀、脆弱、局部炎症、活动幅度受限等；在病理学方面，表现为在负荷增加的区域，关节软骨的不规则分布或丧失、软骨下硬化、软骨下囊肿、边缘部位骨质增生、干骺端血流增加、出现各种滑液炎症等；在组织学方面，表现为软骨表面碎裂、软骨细胞克隆、软骨表面出现垂直裂缝、各种晶体沉积；在生物化学方面，表现为蛋白多糖浓度降低，胶原纤维大小和结构改变，大分子合成和降解增加；在生物力学方面，表现为软骨的弹性、光滑性、可压缩性以及水渗透性的改变及软骨下骨的僵硬程度增加〔2〕；在影像学方面，虽然OA的影像特点因年龄和个体有所差异，但通常概括起来有三大特征〔3〕：边缘骨质增生、关节腔变窄、软骨下硬化。

2 肌肉力量与OA的关系

研究认为〔4，5〕增龄引起肌肉萎缩和肌力变弱是引发OA的重要因素之一。肌肉在关节生物力学方面发挥着重要作用，它能产生运动、吸收负荷、提供关节稳定，同时也参与关节的适应及退化过程〔6〕。骨骼肌是人体最先衰老的组织之一。目前对骨骼肌质量和力量丢失的速率还存在一定争议。一些研究认为〔7，8〕衰老导致的力量丢失从50岁开始，以每10年12%～14%的速率下降，而肌肉质量的丢失速率约为每10年6%。也有研究认为〔9〕肌肉质量丢失从40岁左右开始，速率约为每年0.5%～1%。还有研究认为〔10〕肌肉力量在30岁左右到顶峰，以后每年以1%～5%的速度丢失。以这种速度计算，一位60岁老年人只能拥有30岁时力量的50%。60岁以后，力量丢失速率加剧，每年大约丢失3%～5%，对日常活动能力影响较大，并造成一系列的功能障碍〔11〕。一旦肌肉丢失或力量下降，肌肉对关节的保护性功能也将降低，压力引起关节软骨微小损伤及关节中心轴偏离，导致OA出现，后者又会加速肌肉和力量的丢失。Palmieri Smith等〔12〕发现，对于正常女性、患轻、中、重度膝OA的四类女性，其股四头肌力量不断减小，且相互之间有显著性差异(P<0.05)，这与Dracula等〔13〕的研究结果一致，即无论力量下降是OA的原因或结果，力量大小与OA严重程度之间存在一定的正相关。肌肉力量较弱及关节松弛的OA老年患者较容易患残疾〔14〕。

目前的研究多认为〔15，16〕衰老肌肉中，Ⅰ型肌纤维变化不显著，Ⅱ型肌纤维出现选择性下降，表现为Ⅱ型肌纤维向Ⅰ型肌纤维的转化，或Ⅱ型肌纤维数量的直接减少。长期卧床的老年人只拥有Ⅰ型肌纤维与ⅡA型肌纤维，丧失了ⅡB型肌纤维。Fink等〔17〕的研究发现，在78例膝OA患者中，均出现Ⅱ型肌纤维萎缩，另外有32%的患者出现Ⅰ型肌纤维萎缩，68%的患者Ⅱ型肌纤维萎的原因可归结为关节不适造成的运动停止。力量训练可以显著地增加Ⅰ型肌纤维与Ⅱ型肌纤维〔18〕，加强对关节的保护。

3 力量训练与OA

3.1力量训练对OA的主要影响 Ettinger等〔19〕对439例老年OA患者持续18个月的经典研究表明：3次/w的力量训练可以显著降低关节疼痛，增加日常活动能力，并提出力量训练应作为OA患者的一项常规治疗手段。后续的一些研究也都证实〔20〕，力量训练可以提高OA患者的关节活动幅度、肌肉力量及日常功能，如Baker等〔21〕研究发现，4个月的大强度力量训练，使得老年OA患者的肌肉力量提升了71%，关节疼痛减轻了43%，日常活动能力提升了44%，其治疗OA的效果非常显著。Fransen等〔22〕元分析表明，力量训练减少疼痛的效果系数为0.4〔效果系数=(Δ实验组-Δ对照组)/总SD，下同〕，增加日常活动能力的效果系数为0.37。而据国际OA研究协会的统计分析〔23〕，力量训练针对OA的效果系数为0.32(95%的置信区间为0.23～0.42)，与非类固醇药物治疗的效果系数一致(0.32，95%的置信区间为0.24～0.39)。观察普遍发现，肌力衰弱或先于OA出现，或与OA同步，由于力量训练能增加肌肉力量和质量，因此可在治疗OA方面发挥着重要作用。Swank等〔24〕的研究甚至表明，重度OA的老年患者在手术前都应该进行力量训练，以利于术后恢复。

3.2OA力量训练的强度和持续效果 对于老年人，大强度力量训练增加肌肉力量和质量的效果明显要优于低强度力量训练〔25〕。但OA老年患者是否应进行大强度力量训练，目前尚无定论。Kettunen等〔26〕认为力量训练对OA患者有益，但不主张进行大强度的力量训练，以避免疼痛恶化，关节肿胀和炎症加剧。但有研究却推荐较高的负荷(50%～80%1RM)〔27〕，认为大强度不会导致老年OA患者出现炎症和疼痛加剧的症状。目前为止，只有Jan等〔28〕做过高、低强度的力量训练治疗OA的比较研究，认为高、低强度力量训练在减少疼痛和提高功能上的效果相似，虽然高强度力量训练稍微有些优势，但没有统计学意义上的差别。遗憾的是，Jan等〔28〕只选择了60%1RM和10%1RM两种强度，而后者的强度明显偏小，研究的持续时间也只有8 w，不能说明长期锻炼的效果差异。

关于力量训练治疗OA的持续效果，Iwamoto等〔29〕进行了研究，发现用50%1RM的强度，进行1次/w，每组20次,共3组的力量训练，增强力量的效果在开始3～6个月较为明显，并能持续1～3年，但不会长于5年。通过分析不难发现，持续效果不长可能与训练强度和频率不足有关，特别是6个月后，还沿用 1次/w的训练频率显然不够。力量训练的频率、强度和量的变化对OA的治疗效果都会产生明显影响，这也是导致一些同类型研究得出不同结论的原因。如Tak等〔30〕对55名受试者进行了为期8 w， 1次/w的低强度力量训练，发现该训练方案减轻疼痛及改善功能的效果并不显著。美国大学运动医学会推荐〔31〕：“50～64岁的慢性OA患者，应进行 3次/w，每次20 min的大强度有氧运动，并结合 2次/w，每次8～10项的力量练习，每个练习次数为8～12次。”目前多数研究远未达到该学会推荐的训练频次、强度和量。

3.3力量训练预防OA的关键问题 力量训练能否预防OA，相关文献较少，缺乏形成统一结论的基础。力量训练能增加肌肉力量和质量，帮助控制体重，这些都是引发OA的重要因素，但并非所有肌力较弱或体重超重的老人都会患OA，OA与遗传有一定关系。根据Zhai等〔32〕的研究，下肢肌肉的遗传度约为42%，OA膝盖疼痛的遗传度约为44%，而下肢几处关节软骨的遗传度更是高达65%～85%，下肢OA的影像学遗传度也达到了61%。Amin等〔33〕通过对265例OA患者进行为期30个月的观察发现，股四头肌肌力强大并不能防止胫骨关节软骨的丧失，但却能防止髌骨关节软骨的丧失，这是首次报道增加肌肉力量能防止关节软骨丧失，其结论还有待进一步确认。该研究还表明，股四头肌肌力越大，膝盖疼痛越少，关节功能也越好。Bennell等〔34〕的研究表明，与拉伸训练相比，力量训练能更好地防止OA患者的关节腔变窄，起到较好的防止OA恶化的作用，并认为力量训练比拉伸训练能更好地预防OA。但Segal等〔35〕针对3 000多例患者的研究则表明，较强的肌肉力量能够拖延或防止OA外显症状的出现，却不能改变OA的影像学症状进程，这一结论与Bennell等〔34〕的研究结论有所冲突，可能与具体的训练强度、频率、方式等不同有关。另一项针对两腿肌力不平衡者的研究表明〔36〕，肌力不平衡者患OA的概率较高，提示肌肉力量确实是OA的重要诱因之一。

运动是否会加速关节软骨的磨损？动物实验表明〔37〕，运动可以保护关节软骨，防止其退化，而相对静态的生活方式反而会导致关节软骨中蛋白多糖含量及关节液减少，加速软骨老化。有实验针对半月板切除人群(易患OA)做了类似的对比研究〔38〕，也得出了类似的结论，即适当运动不但不会加速软骨磨损，反而有助于维护关节软骨健康。力量训练保护关节软骨的机制仍不明确，有研究认为可能与力量训练引起关节液及滑膜中白细胞介素-10的含量增加有关，后者的升高有助于关节软骨对抗炎症和减少疼痛〔39〕。

3.4力量训练治疗OA的方案及注意事项 目前，OA的主要运动干预手段有力量训练、有氧训练、拉伸训练、水疗训练等。其中力量训练和有氧训练是最主要的方式，有氧训练能帮助降体重，有助于提高相对力量，其强度也较为容易接受，经常与力量训练配合使用。拉伸训练有助于减少疼痛和增大关节活动幅度，但通常不单独使用。水疗训练有利于减少下肢关节负重，但对场地要求较高，且不利于后期增加强度，多在初期或短期内使用。一些研究认为〔40，41〕，多种运动方式结合，特别是力量训练、有氧训练和拉伸训练相结合的运动方式，比起单一形式的训练，更有利于OA治疗。但根据Jansen等〔42〕对12项OA随机对照实验的元分析，力量训练治疗疼痛、提升日常活动能力的效果系数为(0.38～0.41)，要好于多种运动方式结合(效果系数为0.25～0.34)。

从目前的情况看，多数研究的训练时间为每次30～60 min，训练频率(1～7)次/w均有，持续时间最短1个月，最长达30个月。多数研究并未准确界定训练强度，只简单划分为“大”，“中”，“小”强度，个别研究用心率界定强度。OA的力量训练方式有等长训练、等动训练、等张训练等，肌肉的收缩方式是向心收缩或离心收缩，其中比较常见的是等长和等张力量训练。等长力量训练即静力力量训练，与动力性力量训练相比，静力力量训练本身导致的关节疼痛感较低，在训练初期更容易被接受，但由于处在静止状态，其提升日常活动能力的效果也要受限〔43〕。国外官方机构推荐的力量训练、有氧训练及拉伸训练的参考方案见表1〔44，45〕。

表1 运动训练治疗OA的方案

在进行力量训练时，应该注意：①根据关节的稳定性和炎症程度调整训练计划；②不应运动至肌肉疲劳；③不宜使用最大强度进行训练；④处在明显炎症期应避免动力性力量训练，而应以静力性的拉伸或力量训练为主，次数也要相应减少；⑤运动后关节疼痛和肿胀持续1 h以上表明运动过量；⑥运动负荷可以逐步递增，增加幅度为每周5%～10%，不应过高；⑦力量训练应多部位练习，非炎症关节部位的肌肉也应适当进行锻炼。此外，运动治疗OA的效果还常常取决于患者本身，患者一旦中断锻炼，效果也会随之消失。因此，有必要给予患者一定的外部支持，如为其制定具有个体针对性的训练计划或方案，进行集体练习和专家指导等。

4 小 结

OA与肌肉力量有重要关联，力量训练在减轻OA患者疼痛、提高日常活动能力方面的效果较为明显，但其机制却不是十分明确，力量训练对关节造成的生物力学、生物化学和病理学变化的深层次原因，还有待于进一步发掘。运动不是导致OA的原因，适当运动反而有助于推迟OA的出现或减缓其症状。力量训练预防OA的效果，有待进一步确认。力量训练作为一种治疗OA的有效手段，在应用时还存在一定的随意性，如在运动强度、量、频率、持续时间等的使用方面还缺乏统一的标准，存在一定的争议，这可能与OA力量训练属于跨学科研究领域有关，也导致了力量训练治疗或预防OA效果的不确定。后续研究可以使用不同的力量训练方案(如不同强度、不同频率)进行对比，以探究OA的潜在机制，并根据对OA机制的新认识制定出更合适、更全面的力量训练方案。

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