血流限制訓練在膝關節骨性關節炎治療中的研究進展

張冉 喬鈞 余波 何方 鄭宏

膝關節骨性關節炎(knee osteoarthritis,KOA)是一種退行性膝關節疾病,在中國老年人中患病率為8.1%[1]。KOA會使病人出現慢性疼痛、身體功能受損、殘疾和生活質量下降[2-4],其發生與多種因素密切相關[5],其中下肢肌肉力量[6],尤其是股四頭肌無力與KOA的發生[7]和進展[8]密切相關,也與個體的身體功能和膝關節疼痛密切相關[9]。因此,力量訓練可能是一種治療或延緩KOA進展的方法[10]。美國運動醫學學院建議,進行阻力訓練時,達到1次最大重量(1 repetition maximum,1RM)的60%～70%的機械負荷才能提高肌肉力量和質量[11]。然而,高負荷阻力訓練會增加關節的壓力和疼痛,使病人的依從性下降。因此,為了降低KOA疾病風險和增強身體功能,需要一種既能有效加強下肢肌肉力量又可減輕關節壓力和疼痛的方法。

血流限制訓練(blood flow restriction training,BFRT)也稱加壓訓練、KAATSU訓練,近年來,其作為一種治療肌肉骨骼疾病的方法得到了廣泛應用[12]。最近研究發現,BFRT對于膝關節相關的肌肉骨骼疾病是一種相對安全的干預方法[13]。然而,目前尚不清楚BFRT對KOA病人的治療效果。因此,本文旨在綜述BFRT在KOA治療中的應用,以期為KOA的治療和管理提供參考。

1 BFRT的作用機制

BFRT的作用機制目前尚不明確,代謝應激和機械張力被認為是肌肉肥大的兩個主要作用機制,這些機制可以通過一系列信號誘導肌肉生長,包括增加快肌纖維的募集、機械傳導、肌肉損傷、全身和局部激素的產生、細胞腫脹,以及產生活性氧及其變體,如一氧化氮和熱休克蛋白[14]。然而,這些機制是否主要由BFRT誘導產生以及BFRT誘導肌肉肥大的程度還需要進一步探索。

2 BFRT對KOA的影響

2.1 BFRT對KOA病人肌肉力量的影響 下肢肌肉力量降低是KOA的獨立影響因素[6],因此,提高下肢肌肉力量對于延緩KOA進展以及治療有重要的作用[15]。Segal等[16]的研究表明,與低負荷抗阻訓練相比,低負荷BFRT能顯著增加腿彎舉和伸膝的肌肉力量。Harper等[17]比較了12周低負荷BFRT與中等強度阻力訓練對肌力的影響,結果顯示,2組病人膝關節伸肌的峰值力矩都有所增加,但是中等強度訓練組的效果優于低負荷BFRT組。Ferraz等[18]比較了高強度訓練組、低強度訓練組和低強度BFRT組對下肢肌肉力量和質量的影響,研究發現,經過12周的訓練后,低強度BFRT組與高強度訓練組在增加下肢最大動態力量和股四頭肌橫截面積方面同樣有效。其他研究也認為BFRT可以提高肌肉力量和質量[19-21]。Chen等[22]檢測了運動后急性期肌肉生長相關激素,發現低負荷BFRT可以使KOA病人肢體的肌細胞生成相關激素增加。此外,相比高強度抗阻訓練,低負荷BFRT更有利于睪酮的分泌。然而也有研究發現,低負荷BFRT不能增加股四頭肌的力量和圍度[23-24]。綜上所述,大多數研究表明,低負荷BFRT可以增強膝關節肌肉力量,其效果甚至等同于高強度抗阻訓練。中等強度抗阻訓練效果優于低強度BFRT,但是在訓練過程中會出現更多的疼痛。Dos Santos等[25]也指出,與中等強度和高強度阻力訓練相比,低強度BFRT是一種更有益的訓練方法。而研究出現矛盾的結果可能與研究對象性別、病程[26-27],袖帶壓力的選擇[28]、運動負荷的設置以及持續時間等有關。因此,為了更好地研究低強度BFRT對KOA的效果,還需要進行大樣本、訓練方案和評估指標相似的研究[29]。

2.2 BFRT對KOA病人疼痛的影響 疼痛是KOA的主要癥狀,其出現時間早、持續時間長、影響范圍廣。據統計,超過75%的KOA病人每天都會受到疼痛的困擾,因此,KOA管理的主要目標是緩解和控制疼痛[30]。Shakeel等[24]使用VAS對KOA病人的疼痛進行評估,結果顯示,與低強度抗阻訓練組相比,低負荷BFRT能顯著降低病人的疼痛。Harper等[17]采用西安大略大學和麥克馬斯特大學骨關節炎指數(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index,WOMAC)比較了低強度BFRT與中等強度抗阻訓練對疼痛的效果,結果顯示2種訓練方式都可以改善疼痛,但是中等強度抗阻訓練的療效優于低強度BFRT,同時,中等強度抗阻訓練在訓練過程中也會產生較多的疼痛。Bryk等[21]使用數字疼痛評分法(Numerical Pain Rating Scale,NPRS)比較了高強度抗阻訓練與低強度BFRT對疼痛的效果,結果顯示2種訓練方式都可以顯著減輕疼痛,但是在治療過程中,高強度抗阻訓練組的病人膝關節前側不適較多。Ferraz等[18]采用WOMAC疼痛評分比較了BFRT、低強度抗阻訓練和高強度抗阻訓練對疼痛的效果,結果顯示BFRT和低強度抗阻訓練都可以有效緩解KOA病人疼痛。但是也有研究[16, 23]使用膝關節損傷和骨性關節炎結果評分(Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score,KOOS)評估KOA疼痛,發現低負荷BFRT對疼痛沒有顯著的改善,這可能與評估指標的選擇、KOA的嚴重程度等有關[31]。經過分析,綜合大多數研究結果表明,低負荷BFRT和中高強度抗阻訓練在緩解膝關節疼痛方面效果相當。但是與中高強度抗阻訓練相比,低負荷BFRT可減少訓練過程中的疼痛,使病人更容易接受。對于一些無法完成適當鍛煉計劃的KOA病人來說,BFRT可能是一種減輕疼痛的鍛煉方案。

2.3 BFRT對KOA病人身體功能的影響 KOA引起的功能障礙嚴重影響著病人的健康與生活質量,因此,康復治療對于改善病人的功能和提高生活質量非常重要。Harper等[17]使用簡易機體功能評估(short physical performance battery,SPPB)和晚年功能和失能工具(self-assessed physical function,LLFDI)評估了KOA病人的整體身體功能,結果顯示中等強度抗阻訓練效果優于低負荷BFRT。Bryk等[21]使用“起立-行走”計時測試(timed-up and go test,TUG)和Lequesne問卷評估了KOA病人的身體功能,結果顯示高強度負荷抗阻訓練和低強度BFRT都可以顯著提高身體功能,兩者之間沒有顯著差別。Ferraz等[18]使用站立計時測驗(timed-stands test,TST)、TUG以及WOMAC對KOA病人的身體功能進行評估,結果顯示低負荷BFRT組與高強度抗阻運動組的TST、WOMAC身體功能都得到顯著改善,且高強度抗阻運動組TST結果優于低負荷BFRT組。Petersson等[32]研究了血流限制的步行訓練對KOA功能的影響,結果顯示病人30 s座椅站立測試(30-second chair sit-to-stand test,30STS)、TUG、40 m快速步行測試(40-m fast-paced walking,40MWT)和11級爬樓梯測試(11-step stair-climbing test,11-step SCT)的結果都有顯著提高。綜上,低負荷BFRT可以改善身體功能,但是沒有證據表明BFRT在改善身體功能方面優于其他抗阻運動。此外,身體功能受肌肉力量、有氧能力和本體感覺等的影響,因此,干預方案改善這些指標的程度還有待于進一步研究。

2.4 BFRT對KOA病人生活質量的影響 KOA是一種慢性疾病,會導致膝關節軟骨和骨頭受損,從而引起疼痛、僵硬和功能受限,對病人的生活質量產生很大的影響。然而,目前關于BFRT對KOA病人生活質量影響的研究有限。Ferraz等[18]使用SF-36評估KOA病人的生活質量,結果顯示BFRT訓練后病人的生活質量沒有顯著性變化。由于研究數量有限,BFRT對于生活質量的改善有效性尚需進一步研究。因此,在未來研究BFRT對KOA的療效時,可以增加KOA治療前、治療后以及隨訪時間點的生活質量評估,以進一步評價BFRT在改善KOA病人生活質量方面的有效性。

3 BFRT治療KOA的訓練方案選擇

BFRT的關鍵在于確定訓練方案,對于KOA病人,BFRT訓練方案的主要內容包括運動強度、運動形式、持續時間、運動頻率及袖帶壓力。

運動強度:運動強度是BFRT訓練方案中的關鍵要素,它主要包括負荷重量、訓練重復次數、練習組數以及間歇時間。在一些研究中,確定下肢抗阻訓練的強度通常以1RM的百分比來衡量。通常,KOA病人的訓練負荷重量為20%～30% 1RM,每組練習10～30次不等,通常進行3～5組,間歇時間一般為5 s至2 min不等,而BFRT指南[33]建議休息時間在30～60 s之間。在訓練休息期間,可以采用袖帶持續加壓或間歇施壓,但是對于哪種方式更適合KOA病人還需進一步研究。因此,在確定適合KOA病人的BFRT訓練方案時,理想的訓練強度還需要更進一步的探索。

運動形式:KOA病人應用血流限制可以結合不同運動形式。目前,大多數文獻采用常見的抗阻運動與血流限制相結合,即采用1RM的百分比計算負荷量,強度一般為1RM的20%～30%。此外,血流限制也可以與功率自行車、等速訓練儀、步行等其他運動形式相結合。不同的運動形式對肌肉的刺激方式和作用機制有所不同,因此,選擇合適的運動形式對于KOA病人的康復效果具有重要意義。此外,應注意選擇合適的運動形式來避免關節的過度負荷,防止關節炎的加重。

持續時間和運動頻率:KOA病人的BFRT訓練周期為4～12周,運動頻率為2～3次/周。這與BFRT的運動指南[33]中的建議相一致。盡管在短期內可以觀察到肌肉對運動的適應,但一項綜述[34]指出,更長時間的運動干預可能更有效。

袖帶壓力:BFRT中,閉塞壓力的確定尤其重要,壓力值可以決定肢體中被限制的血液回流量。袖帶充氣壓力受肢體的圍度、長度和袖帶寬度[28, 35]等因素的影響,因此與絕對氣壓相比,應用肢體動脈閉塞壓力(arterial occlusion pressure,AOP)可以對不同個體產生更為精確的動脈閉塞程度。Patterson等[33]建議袖帶壓力為AOP的40%～80%。研究表明,采用40%AOP的BFRT足以引起有效的肌肉急性反應[36]。但在BFRT期間,較高的AOP增加了更多的疼痛感[20, 37],這可能會降低病人的依從性。因此,對于每個KOA病人,袖帶壓力應該進行個性化的調整和監控,以確保訓練的安全性和有效性。

雖然有一些研究表明BFRT對KOA病人有益,但是目前的研究還很有限,且存在一定的異質性。因此,需要進行更多的臨床實踐和科學研究,以進一步了解BFRT在KOA病人中的應用效果、最佳方案以及安全性等問題。此外,還需要更好地理解BFRT的機制,以便更好地指導臨床實踐和優化治療方案。

4 小結

雖然對KOA病人進行BFRT的相關研究較少,但現有的研究結果表明,BFRT對于KOA可能是一種有效的替代療法,可改善KOA保守治療病人的肌肉力量,減輕疼痛,改善病人身體功能,但是仍然需要更多的研究來確定最佳的BFRT訓練方案,包括訓練量和程度,以及與其他運動形式的結合效果。此外,需要注意的是,BFRT并不適用于所有的KOA病人,特別是對于存在嚴重循環系統或神經系統疾病的病人。因此,在實踐中需要根據病人的具體情況進行個性化的治療方案設計。