等速技術在膝骨關節炎防治階段應用的研究進展

孫鑫 謝露 婁本敬 李藝

（1.西藏大學醫學院，拉薩 850000；2.新疆醫科大學第一附屬醫院運動醫學科，烏魯木齊 830054）

骨性關節炎（Osteoarthritis，OA）是當前最常見的一種關節病變，對個人和社會產生巨大影響［1］。膝骨關節炎（Knee Osteoarthritis，KOA）是患病率最高、臨床最常見的OA之一，疼痛及喪失功能導致的肢體殘疾降低了生活質量，進而增加了其他疾病發病或死亡的風險［2］。截止于2018年，我國KOA總體患病率為18%，女性患病率為19%，男性患病率為11%［3］。當下，我國的KOA患病率較高，個人及社會負擔沉重，伴隨老齡化社會來臨，其患病率預計將大幅上升［3］。KOA的發病與肌力下降、特別是股四頭肌無力有關。該疾病80%的患者行動受限，25%的患者日常生活受限，主要表現為行走異常、爬樓困難、無法做家務或坐起身等［4］。《骨關節炎診療指南（2018版）》，首次提出OA的階梯化與個體化治療方案，將治療分為基礎治療、藥物治療、修復性治療、重建治療4個階梯［5］。2019年國際骨關節炎研究學會發布的非手術治療OA指南建議基礎治療應作為首選治療方案，強調運動鍛煉的重要性，特別是對KOA的肌肉強化，以及個性化的體育鍛煉，可以改善步行，緩解疼痛和提升生活質量［5］。等速技術作為提高肌力的最好方式，以其安全性高、易控制、效果好等特點脫穎而出，逐步成為防治KOA的重要基礎治療方法［4］。因此，本文梳理等速技術在KOA預防和治療的有關研究進展，以期能為今后在醫學領域更好地運用等速技術提供一定的實踐和理論根據。

1 等速技術概述

等速運動（Isokinetics Exercise）由Perrine和Hislop率先提出［6］。等速運動是指某一肢體在其關節固定的情況下，環繞關節運動，而整個運動過程中角速度保持不變的一種肌肉收縮的運動方式，又稱為“恒定速度運動”［7］。等長運動時肌肉長度保持不變，不會產生明顯的關節活動；等張運動時肌肉張力保持不變，但其運動速度無法控制，而等速運動包含等張和等長優點的同時又彌補了不足［8］。

人類不能自主完成等速運動，必須依靠儀器的協助。等速技術可以被定義為一種依靠儀器在一定運動范圍內控制等速運動的技術［9］。第一臺成熟的等速儀器是由美國Cybex公司于1970年研制的。目前有如德國D＆R.Ferstl公司Isomed 2000型、意大利EasyTech公司Genu Plus型、美國BIODEX公司SYSTEM4型、CSMI公司HUMAC NORM 型以及德國TUR公司ISOFORCE型、中國沐恒醫療科技有限公司MUH-KS100型、寰熙醫療有限公司XYDSXZ-03A型、XY-DSXZ-01A型等［10］。

等速肌力指標［10，11］：（1）峰力矩（PT）：是指肢體在運動范圍內由肌肉收縮產生的關節單一最高扭矩輸出。PT已被證明是一個精準的測量指標，成為所有等速測量的黃金標準和參考值；（2）力矩（M）：指外界作用力與力臂的乘積，在等速肌力測試中主要反映肌肉的收縮力量；（3）峰力矩角度（PTA）：是指肌肉運動過程中所產生最大力量時對應的關節角度；（4）峰力矩與體重比（PT／BW）：指峰力矩與體重的比值，可作為比較不同體重人群肌力的指標；（5）屈伸肌峰力矩比值（H／Q）：目前多用于膝關節的測試，其中雙側膝關節屈伸肌峰力矩比值更能反映出雙側膝關節周圍肌力的平衡情況；（6）肌肉功是機械能的輸出。總功（TW）是在所有重復試驗中做功的總和；峰值功（PW）是在最佳重復試驗期間所做的功；平均功（AW）是肌肉做功的平均值；（7）肌肉功率是肌肉輸出功的比率。平均功率（AP）是收縮的總功除以運動時間；峰值功率（PP）是在最佳重復試驗期間實現的功除以運動時間；（8）峰值扭矩加速能量（PTAE），指在重復試驗中，單個扭矩產生的前125ms內的最大功。這是肌肉“爆炸性”的標志，是扭矩產生的速度（速率）估計。

2 等速技術對KOA患者的肌力測試

幾十年來，肌力測試的客觀評價方法一直是醫學、康復學、人體工效學、生物力學、生理學、運動科學等相關科研領域的一個重要課題。眾多專家一致認為［12-14］，肌力測試對神經-肌肉和肌肉-骨骼疾病患者的診斷和治療是必不可少的。值得注意的是，近年來等速肌力測試已成為評估肌肉性能的金標準［8］。

目前發現［15］，膝關節周圍肌群的肌力下降與KOA的發生密切相關。KOA患者的關節肌力可能比同年齡健康人群下降三分之一［16］。業界認為，肌肉力量下降的主要原因一種是IIB型肌纖維的萎縮；另一種是股四頭肌的“關節源性肌肉抑制”，即肌肉收縮的抑制可能會導致無力［17］。

有研究發現［18］，KOA患者的股四頭肌無力可能出現在關節病變的早期。Demirhan等［19］發現，處于早期KOA階段（Kellgren＆Lawrence分級0或1級）無膝關節疼痛或肌肉萎縮的KOA患者，股四頭肌無力是存在的。此外，與存在疼痛、放射學征象的受試者相比，膝關節存在疼痛但沒有放射學征象的患者股四頭肌和腘繩肌無力更明顯。李毅等［20］利用等速技術對30例K-L分級2級或3級單側KOA患者膝關節周圍肌肉功能檢測發現，與健側相比，2級或3級KOA患者在60°／s測試及180°／s測試時，患側肌力下降明顯（P＜0.05）。程亞博［21］利用CON-TREX1000等速測試儀對30例符合納入排除標準的女性KOA患者分快、中、慢三個角速度進行測試。發現患膝伸肌群PT在低、高速向心和低速離心運動時下降明顯，在中速向心和中、高速離心運動時下降不明顯。屈肌群PT在低、高速向心運動能力和低、中、高速離心運動時下降明顯，中速向心運動時下降不明顯；患膝伸肌群向心和快速離心運動的AP下降明顯，低、中速的離心運動下降不明顯。屈肌群向心和離心運動的AP均下降明顯。單位時間內患膝的肌肉做功率也下降。Culvenor［22］利用Kin-Com測力儀對858例KOA患者和273例健康對照者進行健、患側肌力測試對比，KOA患者的標準扭矩顯著低于健康對照組（P＜0.05）。白玉龍等［23］使用Cybex-6000型等速肌力測試系統對30例單側KOA患者的肌肉功能進行測試，結果表明患側股四頭肌和腘繩肌的PT、TW、AP和TAE均較健側顯著降低，其中以屈伸肌群在60°／s時的PT降低最為明顯，下降約1／3；在120°／s和180°／s時下降20%～25%。患肢屈伸肌峰力矩比值與健側比較無明顯改變，這表明患肢股四頭肌和腘繩肌的肌力同時降低。

綜上，等速儀器能夠在測試后提供詳細的各項肌肉功能參數以及清晰的力矩曲線，全面評定膝關節周圍肌肉在關節活動任意位置的肌力情況，并提出多種評價指標，測定精確度高。

3 等速技術對KOA患者的肌力訓練

《骨關節炎診治指南（2018年版）》首次提出OA階梯化與個體化的治療方案，目的在于改善癥狀、提高生活質量、延緩疾病進展，并避免過度治療，使處于不同疾病階段和程度的OA患者獲得最適合自身病情的治療方案［5］。2019年國際骨關節炎研究學會推薦基礎治療是所有OA患者的首選治療方式。主要包括健康教育、物理治療、運動干預和行動輔助支持。其他國際指南同時提倡將包括鍛煉在內的各種非藥物治療用于一線治療OA［5］。這些指南強調了運動干預的重要性，特別是對膝關節的肌肉強化，以及個性化的體育鍛煉，是能夠改善局部血液循環，減輕疼痛，改善關節功能或提升日常生活質量的。

等速肌力訓練（Isokinetic Test and Exercise，ITE）是評估肌肉功能和進行肌力訓練的一種方法，效果明顯優于傳統肌力訓練，是當前最有效、最安全、最可靠的肌力訓練方式［24］，可以作為個性化的肌肉強化方法，提供一個分級和安全的計劃，同時對進展進行客觀衡量。相較于其他訓練方式，ITE對所需的運動提供了極大的選擇性，可快速提升力量并減少肌肉壓痛。ITE對心率和血壓的增加也要低于其他運動，這對通常合并有其他疾病的KOA老年患者尤為重要［25］。

?mer等［26］對39例KOA患者［平均年齡（61.7±8.6）歲；K-L分級2～3級；中度跌倒風險伴膝關節活動性疼痛］進行了一項研究，并報告了膝關節本體感覺受損和股四頭肌、腘繩肌肌力下降與功能惡化之間的顯著相關性。通過完善的肌肉強化訓練可以改善KOA患者疼痛、僵硬、活動度、平衡、本體感覺和功能，并降低跌倒的風險。讓敏等［27］研究結果證實KOA康復治療中ITE的應用效果理想。患者膝關節活動度得到改善，可促進其膝關節功能恢復正常，有效控制疾病進展，提高生活質量。何柳等［28］應用Isomed 2000系統訓練16例40～70歲單側KOA男性患者步行能力，6周后發現ITE可明顯改善運動能力，股四頭肌PT、行走速度等參數較治療前都有提高。顧旭東［29］運用Cybex-6000型系統對40例KOA患者進行為期4周、每周3次的ITE訓練。結果是患膝屈、伸肌群各項參數均有顯著改善，特別是屈膝肌最為明顯。患者疼痛感明顯減輕，下肢功能顯著提高。竇娜與金晶［30］對48例KOA患者進行ITE訓練。結果表明患膝屈伸肌的PT、TAE、TW、AP較訓練前有很大提高，疼痛評分降低，依賴程度和困難程度評分降低，下肢功能評分明顯提高。徐遠紅的研究［31］與他人一致，并認為ITE鍛煉可以增強膝關節周圍肌群的力量，減少由于應力集中引起的局部軟骨損傷，減輕由于關節軟骨的異常引起的疼痛，并能改善關節的穩定性，減輕關節內韌帶和周圍肌肉的應力，降低關節修復反應，減少骨贅形成，減輕疼痛反應。甄天賽、秦又來［32］組織KOA患者100例，隨機分為傳統康復訓練組與ITE組。結果顯示ITE組KOA病人膝關節運動幅度顯著增加，VAS評分顯著降低，Lysholm膝關節評分、健康調查量表的各個方面得分和顯效率均顯著提高。認為ITE比常規的康復治療更能增加KOA病人的關節運動能力，緩解疼痛，促進其功能的恢復，改善其生存品質。杜建平［33］對現有文獻報道的Meta分析發現，ITE訓練能提高Lysholm膝關節評分，提升屈、伸肌PT和TW，降低VAS評分。證明肌肉力量鍛煉對改善肌肉功能，減輕疼痛，改善生活品質有一定的作用。

綜上所述，KOA患者等速技術訓練效果良好，可改善關節周圍的血液循環，促進關節液回流，緩解疼痛，減輕或消除腫脹，因次在今后的治療訓練中，應更多地從患者實際功能角度出發，選用最佳等速技術訓練方案。

4 等速技術聯合其他治療方式

不同類型的康復治療技術均有其不可替代的優勢。近年來，ITE訓練結合其他康復治療方式治療KOA的研究逐漸增多，業界期待“1+1＞2”的效果。郭凱鋒等［34］在對比ITE與ITE+體外沖擊波治療KOA的療效后發現，ITE+體外沖擊波對輕、中度KOA患者療效顯著，能進一步改善患者膝關節肌力及本體感覺功能，加速膝關節功能恢復。殷娜［35］認為，KOA最好的治療方法是不同治療方式的組合，且研究發現ITE聯合低強度脈沖聚焦超聲治療KOA，可促進癥狀改善，降低炎癥因子水平，并提高膝關節功能及生活質量。謝那金［36］選取86例KOA患者觀察中醫特色康復護理聯合ITE的應用效果，通過依從性及關節功能評分（Lequesne）、視覺模擬疼痛評分（VAS）評價實際效果，結果顯示此組合可提高KOA患者的依從性，緩解疼痛、僵硬、功能障礙，改善患側本體感覺、肌力、肌肉激活率等。Singh［37］將拉伸訓練結合ITE，一方面可以解決關節粘連，另一方面可以增強肌力，有效改善了KOA患者癥狀。王強［38］將中醫推拿手法與ITE配合，臨床效果明顯優于單純推拿療法，有效縮短治療周期、減輕痛苦、改善關節活動度。燕軍成［39］將收治的KOA患者48例隨機分為對照組（靜蹲訓練、功率自行車運動）和觀察組（靜蹲訓練、功率自行車運動、ITE）。結果顯示觀察組屈、伸肌PT、TW、Lysholm評分、VAS評分均有顯著改善。說明靜蹲和功率自行車練習結合ITE訓練能取得較好的療效。左坦坦［40］報道，玻璃酸鈉關節腔內注射聯合ITE治療KOA患者具有協同作用，能進一步緩解患者疼痛，增強膝關節屈肌、伸肌肌力，促使關節功能盡快恢復。另一項研究結果表明［41］，單用ITE，其療效相對緩慢，若與溫針灸陽陵泉穴療法配合，可以更好地改善KOA病人的膝關節機能，提高其治療的效果。呂汐妍等［42］運用ITE結合股內側肌電刺激治療KOA患者，有效增加膝關節伸肌肌肉力量，提高膝關節穩定性，從而保護軟骨，減輕疼痛、僵硬，改善膝關節運動功能。

以上研究均表明某種治療技術結合等速肌力訓練療效優于單一技術治療，這也為治療師及學者對KOA的康復拓展了思路，提供了新的想法。

5 小結

經歷四十余年的實踐與研究，等速技術在肌肉功能測試和肌力鍛煉中顯現出明顯的優勢。特別是針對KOA患者進行的膝關節肌力測試、ITE或其他聯合療法，不僅準確、客觀、有效地評價肌肉功能，同時可以提高膝關節周圍肌群的肌力，提升關節穩定性，加速關節損傷后的康復，為早、中期KOA患者的保守治療，提供一種科學的運動療法，對于預防和控制病情發展產生巨大效果。

然而，縱觀已有的有關等速肌力測試與訓練方面的研究會發現存在幾個明顯的問題。筆者總結如下：

（1）通過相關的數據指標和力矩曲線的分析，如KOA典型的“M”型力矩曲線［23］，可以判定關節可能存在的病變，獲得病理變化的客觀信息。但等速技術測得的異常指標可能是非特異性的，僅可作為一種輔助檢查方式，如需確診仍要結合其他臨床手段。

（2）KOA的病程較長，其肌肉功能恢復是漫長的過程，需要長期隨訪關注其康復情況，但大部分文獻沒有進行長期的隨訪工作，結論只能表明短期內對KOA有一定改善作用，其長期療效及復發率的真實效果缺乏評估依據。因此，筆者強調應關注長期療效的研究。同時，受制于患者數量、儀器普及程度等影響，等速技術改善KOA肌肉功能的臨床報道并不多，故還需要擴大樣本，開展大量的隨機對照試驗，為結論提供更堅實的佐證。

（3）國內大部分研究報道并未詳細說明其采取何種具體的測試體位，僅在文中標明測試體位的選擇是參考說明書，未具體描述。本實驗室在日常使用中發現，體位的不同或者固定方式的改變，均可影響實驗數據的獲得或改變實驗結果。因而，建議國內研究人員在以后的等速肌力研究報道中應具體說明采取何種測試體位，以便日后作為同類型研究的參照模式。

（4）現有的文獻雖然結論均表明ITE可改善肌肉功能，有助于KOA的治療，但是試驗設計和干預指標呈多樣性，選取的等速訓練的訓練模式、速度、時間等存在不同，訓練的具體動作和強度無統一標準和規范要求，這可能會影響分析結果。

（5）我國等速肌力測試與訓練儀器的保有量低，且絕大多數設備均由國外生產，價格都十分昂貴，難以普及。而國產設備多數是作為科研或是技術驗證層面使用。我國在等速儀器的研制方面非常薄弱，生產能力有限，建議相關部門重視等速儀器的研發生產工作。

盡管等速技術仍有不盡如人意之處，但是等速技術的出現加速了人體肌肉活體特性研究的進程，同時豐富了KOA疾病的診療手段，其價值毋庸置疑。未來，肌力評定、訓練方案可以愈加個性化、多元化，根據患者個人情況加以聯合其他治療手段，做到更具有針對性。綜上，治療部位的拓展、治療方式的豐富，訓練標準的統一等將是未來研究的趨勢。相信未來等速技術在醫療領域中將會發揮更多的作用，為患者帶來更多的益處。