運動對骨性關節炎干預作用的研究

宋九龍

骨性關節炎（Osteoarthritis，OA）是一種常見的致殘性疾病，主要以軟骨的退行性病變和繼發性骨質增生為主要特征。臨床多表現為關節疼痛、腫脹、僵硬；多見于中老年人［1］。目前，還尚未有可行的治愈的方法；常規的治療方法包括：非甾體類抗炎藥、物理因子和手術治療。鑒于OA患者的發病率高，治療指南建議將藥物治療和運動鍛煉相結合。運動鍛煉的形式多種多樣；其涵蓋了一系列有針對性的體育活動，這些活動直接旨在改善肌肉力量、神經運動控制、關節運動范圍和有氧能力［2］。本文回顧了國內外最新研究進展，系統闡述了OA的流行病學、發病機制以及運動對OA的影響和機制；為運動干預提供理論依據。

1 流行病學

OA是常見的關節疾病；在臨床上膝關節是最常受累的部位，其次是手指、髖關節。WHO調查顯示，在65歲以上的人中，有1／3的人患有OA；其中女性比男性更容易受到影響［3］。隨著全球人口老齡化和肥胖的增長，以及關節損傷患者數量的增加；OA的發病人群也呈快速的趨勢；預計到2032年，60歲及以上人群中診斷為OA的比例估計將從現在的26.6%增加到29.5%。同時，OA已經成為常見的致殘疾病之一，目前OA是與糖尿病和老年癡呆癥成為三大最快速增長的殘疾相關的疾病，在全球范圍內與OA相關的疾病增長了75%。因此，OA是目前與殘疾相關的第三大快速增長的疾病［1，4］。

此外，OA發病率的升高對個人和醫療系統都成為巨大的負擔。2019年，在美國有近10%的門診就診的是OA或其他風濕性疾病的患者，其中58%被診斷為癥狀性；這造成了巨大經濟負擔和醫療成本。在2020年，在美國因OA和其他風濕病的醫療總成本估計約為1280億美元，相當于國內生產總值（GDP）的1.2%［5］。同時，OA還會導致工作效率下降，造成間接成本損失估計為每年34億至132億美元。另根據調查顯示，在50歲的以上的人群中，OA已成為導致男性喪失工作能力的第二大疾病，僅次于缺血性心臟病。因此，隨著全球范圍內OA人群的增加，經濟負擔也將隨之上升。

2 發病機制

2.1年齡與性別

高齡是OA眾所周知的最危險因素之一，OA的發病率隨著年齡的增長而增加；這是由于各種風險因素的累積暴露在關節結構中與年齡相關的生物學變化所致［6］。此外，與男性相比；女性更容易患有骨關節炎，這與女性內源性激素水平低下有關。根據美國骨關節炎倡議（OAI）和多中心骨關節炎研究（MOST）研究的數據顯示：全球有2.42億人患有癥狀性OA，約占全球人口的3.8%；其中男性占2.3%，女性占4.5%［7］。

2.2 肥胖

長期以來，肥胖一直被認為是OA的危險因素。最新的研究分析顯示，身體質量指數（BMI）的升高可適度地引起OA的敏感性增加。一項橫斷面研究最近發現，體重增加與髖OA之間存在獨立的關聯性。相反，體重減輕一直是改善的OA癥狀的主要手段之一［2］。此外，除了是由于負重關節生物力學改變的結果，還歸因于全身性介質的作用；例如，由功能失調的脂肪組織衍生的脂肪因子與手OA的發生率有高度關聯。體外研究表明，瘦素、脂聯素和抵抗素等脂肪因子可以促進軟骨分解和炎癥；與健康對照相比發現，OA人群中關節滑液內的瘦素水平更高，并且與體重指數呈正相關［8］。

2.3 關節損傷

關節軟骨、前交叉韌帶損傷和半月板撕裂后均與OA發展有關。在一項回顧性隊列研究中發現，前交叉韌帶和外側半月板撕裂的患者在發生OA或全膝關節置換術（TKR）的風險更高。此外，急性運動損傷和職業性繁重的工作也是OA的危險因素。在從事重體力工作（如農業或建筑業）需要長期反復進行單一關節活動，使得關節承重超過所能承受的負荷［5］。同時一些高強度、搞對抗的運動（例如足球，手球，曲棍球，摔跤，舉重等）與OA增加的風險呈中等程度的相關性。

2.4 遺傳與分子生物

眾所周知，遺傳因素容易導致OA的易感性；多項研究表明，遺傳因素在OA中的發病機制中高達40%至80%。在與OA相關的單基因疾病中罕見的突變具有很大的作用，從而導致早發性OA。相反，遲發性OA通常是多因素的，常見的是由DNA變異體以及其他危險因素引起［9］。另外，分子機制也可能與OA的發病機制有關；在早期和晚期的OA中存在各種炎癥細胞因子：如前列腺素、TNF－α，白介素－1、白介素－6和一氧化氮等炎性因子。它們在體內是有效的誘導劑，可誘發促炎介質的產生，促使軟骨的降解［10］。

3 運動對骨性關節炎的影響

3.1 緩解疼痛

OA疼痛多為間歇性，主要表現為機械性疼痛。通常間歇性疼痛是可以預見的；但是當其變得更加嚴重時，則更加頻繁或不可預測。已有大量證據表明，運動鍛煉可以減輕疼痛和改善關節運動［11］。在一項每周3次，為期12周的強化協調鍛煉對膝OA干預中發現；有63%的受試者在治療后疼痛水平降低（－2.6±2.3），27%的受試者疼痛沒有變化，僅有10%的受試者感到疼痛增加［12］。最近的許多研究證明了太極拳和瑜伽對膝OA的影響；Wang等人［13］在一項研究中將太極拳與物理療法進行比較的研究中發現，兩組患者在治療前不存在差異；在第12周、24周和52周時受試者的WOMAC疼痛和功能評分均得到了顯著改善。Tiffany等人［14］進行了一步初步研究，比較了哈他瑜伽聯合有氧訓練對膝骨關節炎患者的影響。研究發現，瑜伽組在8周的干預結束后在WOMAC和視覺模擬量表（VAS）上有巨大的改善。

3.2 增加肌肉力量

OA患者在關節周圍通常存在肌肉萎縮、肌肉力量下降和協調性異常等情況。股四頭肌無力是膝OA患者的常見現象。大多數運動試驗在干預中都具有增強肌肉力量的作用。Kristin等人［15］試驗中，將力量訓練組與健康教育組進行對比發現；與健康教育組相比，力量訓練組在殘疾、疼痛和身體機能指標上得到顯著的改善。此外，Bartholdy等人［16］的Meta分析指出，膝關節肌伸肌力量的變化與疼痛和殘疾的變化之間存在關聯，遵循ACSM指南進行力量訓練的運動干預措施可使膝部伸肌力量顯著增加，這表明力量增加是有益的。

3.3 提高平衡功能

平衡是保姿勢穩定的所需的要素之一，隨著年齡的增長OA關節周圍軟骨的磨損導致周圍的組織的本體感受器敏感性下降，引起關節本體感覺下降；使得患者平衡性和穩定性下降，增加了患者的跌倒風險。Elham等人［17］研究表明，運動鍛煉后硬質表面站立位置的CoP面積顯著減少，同時CoP的平均速度均顯著降低。這表明，運動鍛煉可以使姿勢控制和穩定性得到改善。Lin等人［18］研究證實，12周的運動干預后立即以30度測試膝OA患者后發現，膝關節本體感覺有明顯改善。運動鍛煉能夠提高OA患者的平衡性和本體感覺，主要與運動鍛煉不斷刺激關節周圍的本體感覺器，并將刺激通過中樞傳輸到大腦皮質中樞，使得相應的效應器發出指令；最終達到提高OA患者的平衡功能的目的［19］。

3.4 改善生活質量

健康生活質量代表了患者對運動干預的有效性，可融合患者的情感、心理和主觀幸福感。Jose等人［20］在一項研究報告發現，在對16名膝OA患者進行為期12周的漸進式步行運動后，SF－36健康評分提高了47%。此外，大約有20%的OA患者患有抑郁癥；研究表明，定期運動可以緩解焦慮、改善抑郁情況。Nannet等［21］對406名膝OA患者進行了一項隨機對照試驗，研究發現在第32－52周的隨訪中，運動鍛煉對抑郁、焦慮、壓力等癥狀均得到了緩解。這表明運動鍛煉改善了患者的抑郁情況。同時，運動還有助于改善患者的睡眠情況。Lu等人［22］研究發現，太極運動在改善膝OA患者的睡眠時間，睡眠時間和總睡眠時間方面是有效。

4 運動干預對骨性關節炎的作用機制

4.1 肌肉力量

在膝OA的受試者中，幾乎所有干預組都評估了運動鍛煉方式對肌肉強度類別的因素的影響，從干預前到干預后都有顯著變化。將這些對膝關節伸肌和膝屈肌的影響分開進行的研究分別發現；與干預前后相比，有60%的研究顯示出顯著變化［23］。這說明在OA患者中，肌肉力量的增加似乎是運動鍛煉與癥狀緩解之間潛在的介導因子。有研究認為肌肉力量與疼痛之間存在關聯；Lee等人［24］研究證實，從干預前到干預后，股四頭肌力量的變化與自我報告的疼痛和功能的變化相關。Suzuki等［25］在一項針對154例OA患者的運動療法效果的大型隨機對照試驗的結果分析證實了這一點；股四頭肌力量變化與WOMAC疼痛評分變化之間存在顯著相關性。

4.2 關節活動度

關節活動受限是OA的常見癥狀之一；隨著OA的發展，疼痛加劇、關節僵硬程度加重，關節屈曲活動度減少；功能活動受限［26］。Zhu等人［27］研究了量身定制的太極運動干預是否會改善患老年女性膝OA人群的步態運動學和身體機能；通過為期24周的運動干預結果發現，參與太極運動訓練的受試者在步態速度、步幅、膝關節的初始接觸角和膝關節的最大角度方面與教育控制組相比有顯著改善。這表明，由于體育鍛煉關節活動范圍增加可能是導致OA疼痛和功能改善的部分原因。

4.3 關節負荷

隨著年齡的增長，關節滑膜液質量下降；滑膜關節的正常功能是在運動過程中提供緩沖和潤滑作用，這有助于關節的健康功能和營養。運動鍛煉過程中可增加軟骨和滑膜之間的擴散。諸如必需營養素，生長因子，酶和廢物等分子；這些分子通過滑膜和軟骨進入或離開軟骨。在運動期間，關節相鄰的骨骼是負載傳遞的關鍵［28］。關節負荷是骨骼健康的關鍵調節器，包括維持骨礦物質密度以及全身激素和局部因子。因此，適度的運動鍛煉可通過幫助關節結構之間的營養物質和廢物的運轉來維持關節軟骨和關節本身的完整性。

4.4 炎癥標志物

經常進行定期運動訓練被認為具有抗炎特性。因此，運動鍛煉可對關節健康產生影響。在觀察性研究發現，體育活動水平與炎癥標志物（包括CRP，IL－6和TNF－α）之間的負相關關系。有研究表明，有氧運動訓練可能對降低中老年人CRP，TNF－α和IL－6有積極作用［3］。此外；還有研究中發現，進行為期12周的高強度抵抗強度訓練不會影響IL－1β，TNF－α或IL－6的產生。同樣，抵抗訓練的12周并沒有顯著降低CRP，IL－6或IL－8。這表明有氧訓練可能是獲得運動訓練的有益效果的關鍵［29］。最近一項為期12個月的隨機對照試驗比較了一項體育鍛煉與一項非運動發現，體育鍛煉組中顯示出兩種生物標志物濃度（IL－6和IL－8）顯著降低。

4.5 心理

此外，除了上述可能的機制外，運動鍛煉可通過提高自我效能感、社會功能，以此來減輕抑郁和焦慮感；幫助患者建立自信心、獲得支持和克服對疼痛的恐懼。這些因素共同改善了身體、心理的健康狀況，從而提高了患者的整體生活質量［30］。Wang等人［31］研究發現，太極運動可以使膝OA患者身心得到減壓和放松；平靜溫和的呼吸使身體放松、內心平靜，這可能會打破OA的“疼痛循環”。運動還可通過提高自我效能感、社會功能，以此來減輕抑郁和焦慮感；幫助患者建立自信心、獲得支持和克服對疼痛的恐懼。

5 小結

OA是老年常見的疾病，主要癥狀包括疼痛、腫脹和僵硬。其發病機制主要與年齡、性別、肥胖、關節損傷和遺傳與生物分子等因素相關。運動鍛煉可以改善OA癥狀，不僅可以有效地提高肌肉力量，而且可以有效地抑制反射抑制，緩解疼痛。同時，鍛煉可以改善關節活動范圍，心血管健康狀況以及許多與OA相關的合并癥，例如糖尿病，高血壓和肥胖癥。此外，運動還可以改善心理變量，例如抑郁，情緒障礙，情緒健康和自我效能感。有效的改善OA癥狀的機制可能與肌肉力量的增加、關節活動度的改善、關節負荷的刺激、炎癥標志物的消除以及心理的改善有關。

6 展望

我們應該清楚意識到，在未來的幾十年中，全球人口將面臨OA的增加，其程度將使其成為最常見的疾病之一。盡管針對OA有循證指南，但骨關節的非手術治療療效證據不足。此外，OA是一種緩慢的進行性疾病，具有不可逆的結構變化；并且在其中可形成慢性疼痛表型，需要早期積極治療。但是，尚無經過驗證的早期診斷標準，運動干預應該作為早期治療的目標和方向。