水中運動訓練干預膝骨關節炎的研究進展

李大鑫，陳 平

前言

膝骨關節炎（Knee osteoarthritis，KOA）是一種以關節軟骨病變為主要特征的臨床綜合征，主要表現為疼痛、關節僵硬、肌肉力量下降和關節功能障礙，發病人群多集中于中老年人群［1，2］。在15－24歲的人群中，KOA的發病率為10%；而在55歲以上的人群中，發病率則高達88%，且該病的最終致殘率為53%［3］。KOA的病理復雜，誘因多樣，有學者認為膝關節周圍肌肉力量的改變是造成關節功能下降的最直接因素。肌力下降會造成關節穩定性下降，膝關節腔內壓力分布不均，進而會加重KOA的患病程度，導致嚴重的膝關節功能障礙［10，11］。也有學者認為，本體感覺功能的降低也會導致KOA患者的功能障礙［12］。KOA患者關節本體感覺減退，將導致關節穩定性降低、關節運動失去控制及步態異常，而關節穩定性下降及步態的異常則會加速關節軟骨的退變［10］。正是由于病理的復雜性，使得KOA的治療成為一直困擾臨床的難題。

目前，KOA的康復手段主要包括藥物療法、物理療法和運動療法。對于KOA的治療，尚沒有明確的根治方法，非甾體藥物治療會使患者產生不良反應，眾多研究表明患者在接受了運動療法之后，KOA改善效果顯著［2，6］。Kuntz等對患有KOA的女性患者進行了為期12周的隨機對照試驗，實驗結論表明瑜伽運動和傳統運動方式（有氧練習、下肢力量練習、伸展練習）均可以減緩患者疼痛程度，提高患者的生活質量［4］。曾令烽通過Meta分析的方式探究了傳統運動療法對于KOA患者疼痛指標與關節功能指標的改善效果，發現傳統運動太極拳治療KOA療效明確，不良反應相對偏少，能夠對KOA患者疼痛改善及關節功能影響發揮積極效應［2］。然而，由于陸地運動需要使肌肉和關節承載身體重量，對于KOA患者而言在一定程度上會導致風險事件的發生，不能使運動安全性得到有效保證［5］。近年來，水中運動訓練作為不同人群的新型運動康復方式逐漸受到眾多學者的關注［5，6，14］。王軼釗等探究了4周水中運動訓練對恢復期腦卒中患者下肢肌肉力量和步行能力的影響，結果表明短期水中運動訓練可提高患者的下肢功能和步行能力［7］。楊鳴等探究了12周水中運動訓練對老年人體成分、健康體適能和生活質量的影響，證明了老年人進行水中運動訓練可以有效改善體成分、健康體適能和生活質量［8］。Araujo等利用水中運動訓練對慢性阻塞性肺病患者進行運動康復，實驗結論表明水中運動訓練可顯著改善患者的身體狀況［9］。水中運動訓練是指患者在水中進行下蹲、提踵、對側膝屈伸髖內收外展、行走、上下臺階和跑步等各種運動，并利用水的熱傳導性、溫熱效應、流體力學、浮力來達到緩解肌張力和促進肌力恢復等運動康復的目的［6］。由于膝關節部位的特殊性和KOA病理的復雜性，使得水中運動訓練開始成為其青睞的運動康復方式。故本文對水中運動訓練在KOA患者中的應用進行總結，旨在為該運動方式在KOA康復中的實踐提供參考。

1 KOA的水中運動訓練方法

1.1 水中肌力訓練

肌肉力量的改變在KOA康復進程中具有重要意義。Waller等招募了87例KOA患者，隨機將其劃分為水中運動訓練組和常規活動組，人數分別為43人和44人（最終失訪2人）。水中運動訓練組接受為期16周的高強度肌力訓練，每周3次，每次1小時；常規活動組僅保持常規日常活動。評價指標為身體成分（體脂與瘦體重）、步行速度和膝關節功能評分量表（Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score，KOOS）。干預16周后，水中運動訓練組的患者體脂顯著降低（中等效應量0.32），體重顯著降低（中等效應量0.34），步行速度顯著增加，然而兩組對于KOOS的改善未呈現顯著差異［13］。Wyatt等募集了46例KOA患者，隨機將其分為水中運動訓練組和陸地運動訓練組，兩組患者均接受肌力訓練，干預周期6周，每周3次。結局評價指標為關節活動度（Range of Motion，ROM）、大腿圍度、疼痛評分（Visual Analogue Scale，VAS）和1英里步行距離。經過6周的運動干預后，兩種運動方式對于ROM、大腿圍度、1英里步行距離的改善效果均呈現顯著性；而對于改善VAS疼痛評分而言，水中運動訓練比陸地運動訓練呈現更顯著的優勢［15］。

1.2 水中有氧訓練

水中有氧訓練是指受試者在水中進行有大肌肉群參與的，持續較長時間的中等及以上的運動強度，常見的水中有氧訓練方式包括水中步行、水中跑步、水中跑臺間歇訓練和水中太極拳等。Kittichaikarn等也開展了一項水中跑臺訓練干預KOA患者的實驗，受試者共30人（失訪6人），干預時間4周，每周3次，每次30分鐘。評價指標包括體重、疼痛數字評價量表（Numerical Rating Scales，NRS）、6分鐘步行距離和股四頭肌肌力測試。經過4周的水中運動干預，患者的體重較基線值未呈現顯著性差異，而對于NRS、6分鐘步行距離和股四頭肌力量的改善效果顯著［17］。Billy等招募了25位KOA患者進行水中太極拳訓練，干預周期5周，每周2次，每次1小時，結局評價指標包括NRS、WOMAC、6分鐘步行距離、ROM和生活質量問卷SF－12評分。研究結論表明：相比基線值，水中太極拳運動使NRS和WOMAC顯著改善，而ROM、6分鐘步行距離和生活質量問卷SF－12沒有得到明顯改善［21］。Aikul將80位KOA患者（失訪10人）隨機分為實驗組和對照組，人數分別為33人和37人，實驗組患者進行水中跑臺持續運動，對照組進行陸地肌力練習，干預周期為4周，每周3次，每次30分鐘。評價指標包括NRS、6分鐘步行距離、股四頭肌力量和體重，研究結論表明實驗組與對照組對于NRS、6分鐘步行距離、股四頭肌力量指標的改善均呈現顯著差異，而對于體重的改善效果無統計學意義。同時，兩種運動模式之間不存在顯著差異。

1.3 水中拉伸訓練

水中拉伸訓練可以增加關節活動范圍，提高軟組織柔韌性，以利于患者完成功能性活動。Lau等將20位KOA患者隨機分為實驗組和對照組，實驗組進行水中拉伸訓練，對照組不進行運動，干預周期為10周，每周2次。結局評價指標為ROM、6分鐘步行距離、下肢力量和平衡能力，研究結果表明經過干預后，患者的ROM、下肢力量和平衡能力均呈現顯著性；而水中運動訓練對于6分鐘步行距離的改善效果未呈現顯著性差異［22］。

2 水中運動訓練對KOA評價指標的影響

水中運動訓練方法眾多，但在大部分相關研究中，研究者們均采用了水中組合訓練方法探究對KOA患者的影響，故無法對訓練方法進行細致劃分，因此本節從評價指標方面探究水中運動訓練對KOA患者的影響。

2.1 骨關節炎指數評分量表

2.1.1 WOAMC

WOMAC是由美國風濕性關節炎臨床研究組創立并推薦，將其作為KOA評估應用最廣泛的量表之一［25］。Gi－Chul等對比了水中運動訓練組患者與無運動組患者的WOMAC，總樣本量共17人，實驗組9人，對照組8人。實驗組的干預方式為水中步行和水中力量訓練，干預周期12周，每周3次，每次1小時；對照組不從事任何身體活動。研究結論表明經過12周的水中運動干預，實驗組患者的肌力顯著增加，WOMAC較對照組呈現顯著性差異［14］。葛俊勝等將90位老年KOA患者隨機分為實驗組（水中運動）和對照組（陸地運動），樣本量分別為46人和44人，其中實驗組的訓練內容包括關節活動度訓練、力量訓練、靈敏訓練和耐力訓練，對照組的訓練內容包括關節活動度訓練和力量訓練，干預周期2個月，每周3次，每次1小時。研究結論表明兩種運動方式對于WOMAC的改善均呈現顯著性差異，而水中訓練相比陸地訓練，優勢更加顯著［18］。Lim等招募了75例KOA患者，將其分為水中運動組、陸地運動組和無運動組，每組人數分別為26人（2人失訪），25人（3人失訪），24人（4人失訪），干預周期為8周，每周3次，每次40分鐘。水中運動訓練組進行耐力訓練和肌力訓練；陸地運動訓練組進行關節活動度訓練、肌力練習、拉伸練習和耐力訓練。干預結果表明兩組運動方式對于WOMAC的改善效果均呈現顯著性，而兩種運動模式之間無差異［23］。Taglietti等將60位KOA患者隨機分為水中運動組和無運動組，人數分別為31人（失訪2人）和29人（失訪10人），干預周期為8周，每周2次，每次1小時。水中運動訓練內容包括有氧訓練、拉伸訓練和本體感覺訓練。經過8周的運動干預，患者的WOMAC改善效果顯著［24］。Assar將36位受試者隨機劃分為水中運動組、陸地運動組和無運動組，每組12人。干預周期為8周，每周3次，水中運動組每次干預時間為90分鐘，陸地運動組每次干預時間為1小時。水中運動組進行拉伸訓練、有氧訓練、肌力訓練、核心訓練和本體感覺訓練、陸地運動組進行肌力訓練。研究結論表明陸地運動對于改善WOMAC呈現顯著性，而水中運動未呈現顯著性，兩種干預方式之間也未呈現顯著差異［26］。

2.1.2 KOOS

KOOS是一種以患者自我評估管理為主要方式的膝關節損傷及骨關節病治療效果評估問卷，該評分系統適用于膝關節損傷后短期及長期治療效果的評估。Wang將84名KOA患者隨機分為水中運動訓練組、陸地運動訓練組和無運動組，每組28人（每組各失訪2人），兩種運動干預時間為12周，每周3次，每次1小時，干預內容均為靈敏練習和有氧練習。相比對照組，干預12周后，兩種運動干預模式均使KOOS顯著提高，然而兩種運動模式之間并無差異［19］。Bressel等招募了18名KOA患者進行水中跑臺間歇訓練與平衡訓練，干預周期為6周，每周3次，每次30分鐘。經過6周的水中運動干預后，患者對于KOOS的改善較基線值呈現顯著性差異［16］。

2.2 疼痛評分

臨床上用于術后疼痛評估的方法主要有視覺模擬評分法（visual analogue scale，VAS）、數字評分法（numerical rating scale，NRS）和語言評分法（verbal rating scale，VRS）等，它們用于疼痛評估的可靠性、有效性、敏感性及相關性已受到臨床的重視［27］。

Hinman等將71位KOA患者隨機分為水中運動組和無運動組，人數分別為36人和35人。水中運動組進行肌力訓練、拉伸訓練和水中步行，干預周期為6周，每周2次，每次45－60分鐘。研究結論表明水中運動訓練對于VAS的改善效果呈現顯著性（小效應量0.24）。Kunduracilar等將89位患者隨機分為水中運動組和無運動組，水中運動組進行拉伸訓練和肌力訓練，干預周期為3周，每周5次，每次45－60分鐘。研究結論表明水中運動訓練對于改善VAS，緩解患者膝關節疼痛呈現顯著性。葛俊勝和Assar也對水中運動是否能改善VAS進行了探究，結果表明水中運動對于緩解疼痛起到了顯著效果［19，26］。Taglietti等將60位KOA患者隨機分為水中運動組和無運動組，人數分別為31人（失訪2人）和29人（失訪10人），干預周期為8周，每周2次，每次1小時。水中運動訓練內容包括有氧訓練、拉伸訓練和本體感覺訓練。然而，經過8周的運動干預，患者的VAS未得到顯著改善［24］。

2.3 關節活動度（ROM）

王忠禮等將50例KOA患者隨機分為水中運動訓練組和物理治療組，每組25人。水中運動組接受水中步行、平衡訓練、拉伸訓練和肌力訓練，物理治療組接受濕熱袋敷療法和超聲療法，干預周期為3個月，每周3次，每次30分鐘。研究結論表明水中運動組的患者，其關節活動度呈現顯著性變化，而物理治療組無顯著性變化［28］。Wang將42例KOA患者隨機分為水中運動組和無運動組，水中運動組21人（失訪1人），無運動組21人（失訪3人），水中運動組進行靈敏訓練、力量訓練及耐力訓練，干預周期為12周，每周3次，每次50分鐘。水中運動干預后，患者的關節活動度得到顯著改善［29］。

2.4 有氧耐力

在康復過程中，眾多研究把步行距離作為衡量KOA患者有氧耐力的指標。Wang將42例KOA患者隨機分為水中運動組和無運動組，水中運動組21人（失訪1人），無運動組21人（失訪3人），水中運動組進行靈敏訓練、力量訓練及耐力訓練，干預周期為12周，每周3次，每次50分鐘。12周水中運動干預后，患者的6分鐘步行距離顯著增加，有氧耐力得到顯著提升［29］。Tamin等招募了33位KOA患者，將其隨機分為水中運動組和陸地運動組，人數分別為15人和18人，兩組均進行有氧訓練和力量訓練，干預周期8周，每周3次。研究結論表明兩組運動方式對于有氧耐力的改善均不具有統計學意義［30］。

3 水中運動訓練干預KOA的生物學原理

骨關節炎（OA）是最常見的關節炎類型，而膝關節則是OA的高發部位。膝骨關節炎（KOA）是由于膝關節的退行性改變和慢性積累性損傷引起的膝關節軟骨變性，關節增生，骨刺形成等病理改變，以膝關節疼痛、運動受限為主要臨床癥狀的一種病癥，其發病機制十分復雜。

運動療法是為了達到一些特定的治療目標而專門設計和規范的體育活動計劃，旨在恢復正常的肌肉骨骼功能和減少疾病或身體損傷引起的疼痛［31］。由于膝關節部位的特殊性與復雜性，在緩解和治療KOA方面，水中運動訓練比其他運動訓練更受到學者們的關注。水中運動訓練緩解KOA患者疼痛的生物學原理主要表現在以下幾個方面：

3.1 水的作用力

在水中進行運動訓練，KOA患者可以借助水的浮力克服因膝關節活動受限所致的功能障礙，更加順利地完成訓練計劃。這是由于患者利用水的浮力，可以在很大程度上減少人體在水中運動時關節附近肌肉和韌帶結締組織的承受力，同時水流可以在多個方向給予力效應來維持患者的平衡。除此之外，在進行水中運動時，利用水的摩擦力，可以刺激人體敏感的神經末梢，有助于患者最大限度地發揮自身的運動能力［6］。

3.2 水的溫度

水可以儲存和傳遞熱量，具有熱傳導性。當人體與水相接觸時，利用水的溫熱效應，一方面可以擴張人體毛細血管，改善關節處肌肉組織的血流量，促使炎癥因子被吸收；另一方面能封閉人體感受器，減輕肌肉張力，促進血液循環，減輕疼痛，進而有助于提高患肢的運動強度。同時，利用水的熱傳導性不僅使患肢訓練過程中肌肉不易疲勞，還加深關節軟組織處的肌肉溫度的刺激深度，使其更富有彈性，促進收縮［6］。

4 小結

眾多研究表明，水中運動訓練對于治療KOA具有良好的效果。水中運動訓練可以減輕患者膝關節疼痛，改善心肺耐力，提高患者的生活質量。但在本文納入的大部分研究中，水中運動訓練周期較短，未來仍需要更多高質量的研究予以證據支持。同時，對于現存的大部分研究，研究者對于水中運動訓練方法的劃分不夠系統明確，期待在今后建立更系統的水中運動訓練方案。