运动对骨性关节炎干预作用的研究

宋九龙

骨性关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的致残性疾病，主要以软骨的退行性病变和继发性骨质增生为主要特征。临床多表现为关节疼痛、肿胀、僵硬；多见于中老年人［1］。目前，还尚未有可行的治愈的方法；常规的治疗方法包括：非甾体类抗炎药、物理因子和手术治疗。鉴于OA患者的发病率高，治疗指南建议将药物治疗和运动锻炼相结合。运动锻炼的形式多种多样；其涵盖了一系列有针对性的体育活动，这些活动直接旨在改善肌肉力量、神经运动控制、关节运动范围和有氧能力［2］。本文回顾了国内外最新研究进展，系统阐述了OA的流行病学、发病机制以及运动对OA的影响和机制；为运动干预提供理论依据。

1 流行病学

OA是常见的关节疾病；在临床上膝关节是最常受累的部位，其次是手指、髋关节。WHO调查显示，在65岁以上的人中，有1／3的人患有OA；其中女性比男性更容易受到影响［3］。随着全球人口老龄化和肥胖的增长，以及关节损伤患者数量的增加；OA的发病人群也呈快速的趋势；预计到2032年，60岁及以上人群中诊断为OA的比例估计将从现在的26.6%增加到29.5%。同时，OA已经成为常见的致残疾病之一，目前OA是与糖尿病和老年痴呆症成为三大最快速增长的残疾相关的疾病，在全球范围内与OA相关的疾病增长了75%。因此，OA是目前与残疾相关的第三大快速增长的疾病［1，4］。

此外，OA发病率的升高对个人和医疗系统都成为巨大的负担。2019年，在美国有近10%的门诊就诊的是OA或其他风湿性疾病的患者，其中58%被诊断为症状性；这造成了巨大经济负担和医疗成本。在2020年，在美国因OA和其他风湿病的医疗总成本估计约为1280亿美元，相当于国内生产总值（GDP）的1.2%［5］。同时，OA还会导致工作效率下降，造成间接成本损失估计为每年34亿至132亿美元。另根据调查显示，在50岁的以上的人群中，OA已成为导致男性丧失工作能力的第二大疾病，仅次于缺血性心脏病。因此，随着全球范围内OA人群的增加，经济负担也将随之上升。

2 发病机制

2.1年龄与性别

高龄是OA众所周知的最危险因素之一，OA的发病率随着年龄的增长而增加；这是由于各种风险因素的累积暴露在关节结构中与年龄相关的生物学变化所致［6］。此外，与男性相比；女性更容易患有骨关节炎，这与女性内源性激素水平低下有关。根据美国骨关节炎倡议（OAI）和多中心骨关节炎研究（MOST）研究的数据显示：全球有2.42亿人患有症状性OA，约占全球人口的3.8%；其中男性占2.3%，女性占4.5%［7］。

2.2 肥胖

长期以来，肥胖一直被认为是OA的危险因素。最新的研究分析显示，身体质量指数（BMI）的升高可适度地引起OA的敏感性增加。一项横断面研究最近发现，体重增加与髋OA之间存在独立的关联性。相反，体重减轻一直是改善的OA症状的主要手段之一［2］。此外，除了是由于负重关节生物力学改变的结果，还归因于全身性介质的作用；例如，由功能失调的脂肪组织衍生的脂肪因子与手OA的发生率有高度关联。体外研究表明，瘦素、脂联素和抵抗素等脂肪因子可以促进软骨分解和炎症；与健康对照相比发现，OA人群中关节滑液内的瘦素水平更高，并且与体重指数呈正相关［8］。

2.3 关节损伤

关节软骨、前交叉韧带损伤和半月板撕裂后均与OA发展有关。在一项回顾性队列研究中发现，前交叉韧带和外侧半月板撕裂的患者在发生OA或全膝关节置换术（TKR）的风险更高。此外，急性运动损伤和职业性繁重的工作也是OA的危险因素。在从事重体力工作（如农业或建筑业）需要长期反复进行单一关节活动，使得关节承重超过所能承受的负荷［5］。同时一些高强度、搞对抗的运动（例如足球，手球，曲棍球，摔跤，举重等）与OA增加的风险呈中等程度的相关性。

2.4 遗传与分子生物

众所周知，遗传因素容易导致OA的易感性；多项研究表明，遗传因素在OA中的发病机制中高达40%至80%。在与OA相关的单基因疾病中罕见的突变具有很大的作用，从而导致早发性OA。相反，迟发性OA通常是多因素的，常见的是由DNA变异体以及其他危险因素引起［9］。另外，分子机制也可能与OA的发病机制有关；在早期和晚期的OA中存在各种炎症细胞因子：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。它们在体内是有效的诱导剂，可诱发促炎介质的产生，促使软骨的降解［10］。

3 运动对骨性关节炎的影响

3.1 缓解疼痛

OA疼痛多为间歇性，主要表现为机械性疼痛。通常间歇性疼痛是可以预见的；但是当其变得更加严重时，则更加频繁或不可预测。已有大量证据表明，运动锻炼可以减轻疼痛和改善关节运动［11］。在一项每周3次，为期12周的强化协调锻炼对膝OA干预中发现；有63%的受试者在治疗后疼痛水平降低（－2.6±2.3），27%的受试者疼痛没有变化，仅有10%的受试者感到疼痛增加［12］。最近的许多研究证明了太极拳和瑜伽对膝OA的影响；Wang等人［13］在一项研究中将太极拳与物理疗法进行比较的研究中发现，两组患者在治疗前不存在差异；在第12周、24周和52周时受试者的WOMAC疼痛和功能评分均得到了显著改善。Tiffany等人［14］进行了一步初步研究，比较了哈他瑜伽联合有氧训练对膝骨关节炎患者的影响。研究发现，瑜伽组在8周的干预结束后在WOMAC和视觉模拟量表（VAS）上有巨大的改善。

3.2 增加肌肉力量

OA患者在关节周围通常存在肌肉萎缩、肌肉力量下降和协调性异常等情况。股四头肌无力是膝OA患者的常见现象。大多数运动试验在干预中都具有增强肌肉力量的作用。Kristin等人［15］试验中，将力量训练组与健康教育组进行对比发现；与健康教育组相比，力量训练组在残疾、疼痛和身体机能指标上得到显著的改善。此外，Bartholdy等人［16］的Meta分析指出，膝关节肌伸肌力量的变化与疼痛和残疾的变化之间存在关联，遵循ACSM指南进行力量训练的运动干预措施可使膝部伸肌力量显著增加，这表明力量增加是有益的。

3.3 提高平衡功能

平衡是保姿势稳定的所需的要素之一，随着年龄的增长OA关节周围软骨的磨损导致周围的组织的本体感受器敏感性下降，引起关节本体感觉下降；使得患者平衡性和稳定性下降，增加了患者的跌倒风险。Elham等人［17］研究表明，运动锻炼后硬质表面站立位置的CoP面积显著减少，同时CoP的平均速度均显著降低。这表明，运动锻炼可以使姿势控制和稳定性得到改善。Lin等人［18］研究证实，12周的运动干预后立即以30度测试膝OA患者后发现，膝关节本体感觉有明显改善。运动锻炼能够提高OA患者的平衡性和本体感觉，主要与运动锻炼不断刺激关节周围的本体感觉器，并将刺激通过中枢传输到大脑皮质中枢，使得相应的效应器发出指令；最终达到提高OA患者的平衡功能的目的［19］。

3.4 改善生活质量

健康生活质量代表了患者对运动干预的有效性，可融合患者的情感、心理和主观幸福感。Jose等人［20］在一项研究报告发现，在对16名膝OA患者进行为期12周的渐进式步行运动后，SF－36健康评分提高了47%。此外，大约有20%的OA患者患有抑郁症；研究表明，定期运动可以缓解焦虑、改善抑郁情况。Nannet等［21］对406名膝OA患者进行了一项随机对照试验，研究发现在第32－52周的随访中，运动锻炼对抑郁、焦虑、压力等症状均得到了缓解。这表明运动锻炼改善了患者的抑郁情况。同时，运动还有助于改善患者的睡眠情况。Lu等人［22］研究发现，太极运动在改善膝OA患者的睡眠时间，睡眠时间和总睡眠时间方面是有效。

4 运动干预对骨性关节炎的作用机制

4.1 肌肉力量

在膝OA的受试者中，几乎所有干预组都评估了运动锻炼方式对肌肉强度类别的因素的影响，从干预前到干预后都有显著变化。将这些对膝关节伸肌和膝屈肌的影响分开进行的研究分别发现；与干预前后相比，有60%的研究显示出显著变化［23］。这说明在OA患者中，肌肉力量的增加似乎是运动锻炼与症状缓解之间潜在的介导因子。有研究认为肌肉力量与疼痛之间存在关联；Lee等人［24］研究证实，从干预前到干预后，股四头肌力量的变化与自我报告的疼痛和功能的变化相关。Suzuki等［25］在一项针对154例OA患者的运动疗法效果的大型随机对照试验的结果分析证实了这一点；股四头肌力量变化与WOMAC疼痛评分变化之间存在显著相关性。

4.2 关节活动度

关节活动受限是OA的常见症状之一；随着OA的发展，疼痛加剧、关节僵硬程度加重，关节屈曲活动度减少；功能活动受限［26］。Zhu等人［27］研究了量身定制的太极运动干预是否会改善患老年女性膝OA人群的步态运动学和身体机能；通过为期24周的运动干预结果发现，参与太极运动训练的受试者在步态速度、步幅、膝关节的初始接触角和膝关节的最大角度方面与教育控制组相比有显著改善。这表明，由于体育锻炼关节活动范围增加可能是导致OA疼痛和功能改善的部分原因。

4.3 关节负荷

随着年龄的增长，关节滑膜液质量下降；滑膜关节的正常功能是在运动过程中提供缓冲和润滑作用，这有助于关节的健康功能和营养。运动锻炼过程中可增加软骨和滑膜之间的扩散。诸如必需营养素，生长因子，酶和废物等分子；这些分子通过滑膜和软骨进入或离开软骨。在运动期间，关节相邻的骨骼是负载传递的关键［28］。关节负荷是骨骼健康的关键调节器，包括维持骨矿物质密度以及全身激素和局部因子。因此，适度的运动锻炼可通过帮助关节结构之间的营养物质和废物的运转来维持关节软骨和关节本身的完整性。

4.4 炎症标志物

经常进行定期运动训练被认为具有抗炎特性。因此，运动锻炼可对关节健康产生影响。在观察性研究发现，体育活动水平与炎症标志物（包括CRP，IL－6和TNF－α）之间的负相关关系。有研究表明，有氧运动训练可能对降低中老年人CRP，TNF－α和IL－6有积极作用［3］。此外；还有研究中发现，进行为期12周的高强度抵抗强度训练不会影响IL－1β，TNF－α或IL－6的产生。同样，抵抗训练的12周并没有显著降低CRP，IL－6或IL－8。这表明有氧训练可能是获得运动训练的有益效果的关键［29］。最近一项为期12个月的随机对照试验比较了一项体育锻炼与一项非运动发现，体育锻炼组中显示出两种生物标志物浓度（IL－6和IL－8）显著降低。

4.5 心理

此外，除了上述可能的机制外，运动锻炼可通过提高自我效能感、社会功能，以此来减轻抑郁和焦虑感；帮助患者建立自信心、获得支持和克服对疼痛的恐惧。这些因素共同改善了身体、心理的健康状况，从而提高了患者的整体生活质量［30］。Wang等人［31］研究发现，太极运动可以使膝OA患者身心得到减压和放松；平静温和的呼吸使身体放松、内心平静，这可能会打破OA的“疼痛循环”。运动还可通过提高自我效能感、社会功能，以此来减轻抑郁和焦虑感；帮助患者建立自信心、获得支持和克服对疼痛的恐惧。

5 小结

OA是老年常见的疾病，主要症状包括疼痛、肿胀和僵硬。其发病机制主要与年龄、性别、肥胖、关节损伤和遗传与生物分子等因素相关。运动锻炼可以改善OA症状，不仅可以有效地提高肌肉力量，而且可以有效地抑制反射抑制，缓解疼痛。同时，锻炼可以改善关节活动范围，心血管健康状况以及许多与OA相关的合并症，例如糖尿病，高血压和肥胖症。此外，运动还可以改善心理变量，例如抑郁，情绪障碍，情绪健康和自我效能感。有效的改善OA症状的机制可能与肌肉力量的增加、关节活动度的改善、关节负荷的刺激、炎症标志物的消除以及心理的改善有关。

6 展望

我们应该清楚意识到，在未来的几十年中，全球人口将面临OA的增加，其程度将使其成为最常见的疾病之一。尽管针对OA有循证指南，但骨关节的非手术治疗疗效证据不足。此外，OA是一种缓慢的进行性疾病，具有不可逆的结构变化；并且在其中可形成慢性疼痛表型，需要早期积极治疗。但是，尚无经过验证的早期诊断标准，运动干预应该作为早期治疗的目标和方向。