限弧等速肌力训练对于髌股关节炎髌骨轨迹的影响

李宽，王春方，孙长城，张颖

髌股关节炎(patellofemoral osteoarthritis，PFOA)是属于膝关节骨性关节炎的一种常见病，是导致膝关节疼痛的主要原因，是多种因素导致的髌骨与股骨滑车关节软骨损伤退变，骨赘形成，软骨下骨重塑。一项针对膝痛人群的放射学研究表明：约64%(479/754)的患者有髌股关节炎，单纯胫股关节炎仅占4%(30/754)，其余32%影像学显示正常[1]。由于髌股关节结构和生物力学变化情况多样，目前尚缺少高度有效的治疗方法。因此，针对髌股关节炎的患者，调整关节间的应力分布，对于缓解疼痛等症状，改善膝关节功能，延缓膝关节炎的进展具有重要的研究价值。由于髌股关节是由静态单位(韧带和骨骼)和动态单位(神经肌肉)组成[2]，因此膝关节内、外翻，股四头肌的牵拉，股、胫骨对线，股骨扭转以及骨盆和膝关节的关系均可影响膝关节的稳定。等速肌力训练兼具等张及等长训练的特点，对于提高关节炎患者膝关节稳定，改善膝关节的功能效果明显[3]，但目前等速训练康复方案上尚缺乏诸如训练模式的选择、训练负荷安排的统一标准。本研究通过对于膝关节周围肌肉不同限弧的等速肌力训练，改善膝关节周围肌肉力量，调整髌股关节的应力分布，探究限弧等速肌力训练对于髌股关节炎膝关节功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2018年1月～2019年6月在天津市人民医院康复科及关节科就诊的髌股关节炎患者60例，所有患者入组前均拍摄膝关节负重正侧位及屈膝45°轴位片。诊断标准：过去一年内有膝关节疼痛、僵硬，伴有孤立性膝前区疼痛或至少中度的上下楼梯痛，活动时有骨摩擦音；髌骨轴位片显示：有骨质增生，或存在关节软骨磨损，或关节间隙变窄等[1]。纳入标准：诊断为髌股关节炎的患者；年龄在 35～70 岁之间，性别不限；膝关节X线K&L分级在Ⅰ～Ⅲ级；膝关节主被动活动无明显受限者；受试者能接受并配合本设计所制定的方案。排除标准：膝关节周围软组织急性损伤；合并有类风湿关节炎、痛风、关节结核、化脓性关节炎、骨肿瘤等相关疾病者；膝关节或周围新发骨折或骨折未愈合；合并严重心、脑、血管、肝、肾、造血系统疾患者；生命体征不稳定，身体虚弱不能耐受运动训练者；合并神经源性疾病；髌股关节先天发育不良。3组患者一般资料比较差异无统计学意义，具有可比性(见表1)。

表1 3组一般资料比较

1.2 方法 3组均进行常规康复治疗：①准备活动，以下肢主动运动及膝关节伸展运动为主，持续3～5 min。 ②常规理疗：理疗仪采用SUNDOM激光治疗仪，将BA-probe激光探头放置于膝关节痛点，功率为2400w照射，距离皮肤10cm，过程持续10min。在常规治疗基础上，采用ISOMED2000等速肌力训练系统按A组0°～30°、B组30°～60°、C组60°～90°角度，角速度为60°/s，进行膝关节周围肌肉向心性收缩训练。训练前向患者讲解注意事项，按照标准程序进行等速仪器参数的设定，训练前做膝关节屈伸运动5次，随后进行正式屈伸膝运动训练，每周训练3d，每次训练5组，每组10次屈伸运动，组间休息1min，共训练4周。

1.3 评定标准 训练前、后对各组患者进行评估。①西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，WOMAC)评分：是评定膝关节骨性关节炎的经典量表，主要从疼痛、僵硬、日常功能三个方面对治疗效果进行评定。共包含 24 项内容，疼痛包含 5 项，僵硬包含 2 项，功能障碍包括 17 项。每一项的最高分记为 4 分，表示关节最大程度的疼痛、僵硬或功能极度受限；最低分为 0 分，表示关节无疼痛、僵硬或功能不受限。②等速肌力测定值：峰力矩(peak torque，PT)，是肌肉绝对力量的表现，角速度为60°/s测得的PT值具有较高的准确性和可重复性，被视为等速肌力测试中黄金指标和参照值[4]；总功(total work，TW)，与峰力矩具有较好的一致性；平均功率(average power，AP)，是指单位时间内肌肉的做功量，反应肌肉的做功效率；③髌骨轨迹参数(拍摄屈膝45°轴位片)：髌股指数、外侧髌股角、合适角[5]。髌股指数为内侧关节间隙最小距离与外侧关节间隙最小距离之比(正常<1.6)；外侧髌股角为股骨内外髁连线与髌骨外侧关节面的夹角(正常外侧髌股角开口向外)；合适角为滑车沟最低点与髌骨中央嵴最低点连线RO，与股骨滑车沟角的角平分线SO之间的夹角，当前者位于后者内侧时，角度为负值，反之为正值，正常合适角为(-8°±9°)。见图1～3。

2 结果

2.1 髌骨轨迹参数、等速肌力测定值、WOMAC评分组内训练前后比较 训练前A、B、C组髌骨轨迹参数、等速肌力测定值、WOMAC评分差异无统计学意义。

训练后，A组髌股指数、髌骨合适角较训练前明显降低，外侧髌股角较训练前明显提高(P<0.05)，B、C组训练前、后各评分比较，差异无统计学意义。训练后，A、B、C组峰力矩PT、总功TW及平均功率AP值均较训练前明显提高(均P<0.05)。训练后，WOMAC评分中，A组疼痛、日常功能评分较训练前明显降低(P<0.05)，僵硬评分差异无统计学意义；B、C组训练前后WOMAC评分差异无统计学意义。见表2。

2.2 髌骨轨迹参数、等速肌力测定值及WOMAC评分训练后组间比较 训练后，髌骨轨迹参数比较：髌股指数、髌骨合适角A组明显低于B、C组(P<0.05)，外侧髌股角明显高于B、C组(P<0.05)，B组与C组间各评分差异无统计学意义。等速肌力测定值比较：A组PT值明显高于B、C组(P<0.05)，B组与C组间差异无统计学意义；TW、AP值3组间比较差异均无统计学意义。WOMAC评分比较：疼痛评分A组明显低于B、C组(P<0.05)，B组与C组比较差异无统计学意义；僵硬、日常功能评分3组间差异均无统计学差异。见表2。

表2 3组训练前后髌骨轨迹参数、等速肌力测定值及WOMAC评分比较

3 讨论

髌股关节炎的发生与髌股关节面应力变化密切相关，而髌股关节面受力的程度及分布影响，有其独特的机制。髌股关节的应力失衡，导致髌骨与股骨之间的压力增加，增大了关节软骨的摩擦，可能成为异常机械力和关节炎改变的潜在原因[6]。此外各种因素导致的髌股关节局部受压过大，高应力侧基质被磨损，胶原纤维网破坏，蛋白多糖丢失进而导致软骨细胞退变，形成髌股关节炎；应力不足侧软骨基质不能有效营养，继而退变，亦会促进髌股关节炎的发生[7]。由于髌股关节面软骨几乎没有修复机会，在长期应对着日常生活与过量体育负荷所致的巨大压力时，将加速髌股关节关节面的退变。患者在进行上下楼梯、爬山、下坡等需要屈曲膝关节的活动时，髌股关节内的应力明显增加，长此以往髌股关节面关节软骨就会损伤、退变，当累积到一定程度的时候常可出现部分或全层软骨的剥脱缺失[8]，加速骨性关节炎的发展。

膝关节内外侧肌肉(股内侧肌和股外侧肌)的动力平衡对维持髌骨的最佳对线起重要作用[9]。膝关节周围的静力性因素(包括股骨滑车关节面骨性几何学形态以及髌骨内外侧韧带结构等)和动力性因素(股四头肌等)共同维持着髌骨的正常位置，从而使髌骨沿正常轨迹活动。而在动力性因素中，股内侧肌的斜行纤维，也称股最内侧肌，股内斜肌(vastus medialis obliquus，VMO)是唯一具有将髌骨向内、后侧牵拉作用的动力性结构。VMO止于髌骨内侧，与股骨长轴呈50°角[10]，其收缩时产生的力线与下肢的机械轴构成了朝向内上方50°～60°角，有对抗髌骨外移的动力性稳定作用[11]。在膝关节骨性关节炎的患者中发现，关节源性肌肉抑制和废用性肌肉萎缩常导致肌肉力量的减弱[12]，在损伤、制动或手术等因素的影响下，股内侧肌是首先发生废用性萎缩的肌肉[13]。股内侧肌明显萎缩是造成髌骨内外侧拉力不平衡的主要原因[14]，也是股四头肌在伸膝时会产生肌群间收缩不协调的重要因素。在负重过程中，肌肉力量或力向量的不平衡会导致髌股关节应力失衡，髌骨和股骨之间的压力增加，导致疼痛和结构的损伤，同时关节将可能超过其正常的移动极限[15]，从而加速关节炎的发病和进展。VMO的肌力增强，保证了髌骨运动中的正常轨迹，从而维持了膝关节的正常功能[16]。针对性的加强股内侧肌的力量对于调整髌股关节的应力平衡，维持膝关节的稳定性有极其重大的意义。

股四头肌力量下降在骨性关节炎的发生发展中占据着重要因素[17]，本研究中，3组患者经过等速肌力训练后，峰力矩PT、总功TW及平均功率AP值均较前增大，股四头肌的力量及做功能力均较前提高，说明进行膝关节等速肌力训练能明显提高膝关节骨性关节炎周围肌肉力量，改善膝关节功能。另外有研究经过肌电图和CT检查证实，在屈膝0～30°范围内，VMO对髌骨的力学作用最大[18]，在本研究中，0°～30°时VMO得到更为充分的锻炼，加强了VMO的绝对力量，纠正了髌股内外侧的应力失衡，改善了髌骨轨迹，所以0～30°组等速肌力测定值增加更为明显。有研究表明，肌力训练不但能改善肌力，同时膝关节疼痛和稳定性也能得到改善[19]，3组训练后WOMAC量表评分亦较前降低，而0～30°组下降更明显。等速肌力训练不仅提高了膝关节的稳定性及功能，而且减轻了临床症状。随着髌骨轨迹的改善，WOMAC量表评分降低也进一步说明了髌股关节间应力对膝关节功能的影响，可能为临床上通过手段改善髌股关节间应力来改善髌股关节炎患者膝关节功能成为一种思路。

所以在0～30°范围内的膝关节等速肌力训练不仅强化了VMO的肌力训练，而且提高了膝关节的稳定性，改善膝关节的功能。此外，下肢力学研究表明等长收缩中膝关节屈肌力矩最大值出现在屈膝30°的位置[13]。因此在0～30°角度的锻炼同时加强了对腘绳肌的锻炼，而且较慢角速度(60°/S)膝关节终末段(0～30°)的等速训练更能加强股四头肌的力量控制，而非单纯的肌力锻炼。膝关节0～30°的锻炼可综合屈肌的力量训练和髌股关节的稳定性训练，可有效改善膝关节的功能。

综上所述，等速肌力训练能显著提高髌股关节炎患者股四头肌的力量，在维持膝关节的稳定性方面具有重要意义，尤其在膝关节屈曲0～30°范围内进行股四头肌等速训练可有效增强VMO肌力，改善髌骨轨迹，提高膝关节的稳定性，提高膝关节功能，能较好的缓解患者疼痛等不良症状，提高步行能力，对髌骨关节炎能起到较好的治疗作用。