水中运动训练干预膝骨关节炎的研究进展

李大鑫，陈 平

前言

膝骨关节炎（Knee osteoarthritis，KOA）是一种以关节软骨病变为主要特征的临床综合征，主要表现为疼痛、关节僵硬、肌肉力量下降和关节功能障碍，发病人群多集中于中老年人群［1，2］。在15－24岁的人群中，KOA的发病率为10%；而在55岁以上的人群中，发病率则高达88%，且该病的最终致残率为53%［3］。KOA的病理复杂，诱因多样，有学者认为膝关节周围肌肉力量的改变是造成关节功能下降的最直接因素。肌力下降会造成关节稳定性下降，膝关节腔内压力分布不均，进而会加重KOA的患病程度，导致严重的膝关节功能障碍［10，11］。也有学者认为，本体感觉功能的降低也会导致KOA患者的功能障碍［12］。KOA患者关节本体感觉减退，将导致关节稳定性降低、关节运动失去控制及步态异常，而关节稳定性下降及步态的异常则会加速关节软骨的退变［10］。正是由于病理的复杂性，使得KOA的治疗成为一直困扰临床的难题。

目前，KOA的康复手段主要包括药物疗法、物理疗法和运动疗法。对于KOA的治疗，尚没有明确的根治方法，非甾体药物治疗会使患者产生不良反应，众多研究表明患者在接受了运动疗法之后，KOA改善效果显著［2，6］。Kuntz等对患有KOA的女性患者进行了为期12周的随机对照试验，实验结论表明瑜伽运动和传统运动方式（有氧练习、下肢力量练习、伸展练习）均可以减缓患者疼痛程度，提高患者的生活质量［4］。曾令烽通过Meta分析的方式探究了传统运动疗法对于KOA患者疼痛指标与关节功能指标的改善效果，发现传统运动太极拳治疗KOA疗效明确，不良反应相对偏少，能够对KOA患者疼痛改善及关节功能影响发挥积极效应［2］。然而，由于陆地运动需要使肌肉和关节承载身体重量，对于KOA患者而言在一定程度上会导致风险事件的发生，不能使运动安全性得到有效保证［5］。近年来，水中运动训练作为不同人群的新型运动康复方式逐渐受到众多学者的关注［5，6，14］。王轶钊等探究了4周水中运动训练对恢复期脑卒中患者下肢肌肉力量和步行能力的影响，结果表明短期水中运动训练可提高患者的下肢功能和步行能力［7］。杨鸣等探究了12周水中运动训练对老年人体成分、健康体适能和生活质量的影响，证明了老年人进行水中运动训练可以有效改善体成分、健康体适能和生活质量［8］。Araujo等利用水中运动训练对慢性阻塞性肺病患者进行运动康复，实验结论表明水中运动训练可显著改善患者的身体状况［9］。水中运动训练是指患者在水中进行下蹲、提踵、对侧膝屈伸髋内收外展、行走、上下台阶和跑步等各种运动，并利用水的热传导性、温热效应、流体力学、浮力来达到缓解肌张力和促进肌力恢复等运动康复的目的［6］。由于膝关节部位的特殊性和KOA病理的复杂性，使得水中运动训练开始成为其青睐的运动康复方式。故本文对水中运动训练在KOA患者中的应用进行总结，旨在为该运动方式在KOA康复中的实践提供参考。

1 KOA的水中运动训练方法

1.1 水中肌力训练

肌肉力量的改变在KOA康复进程中具有重要意义。Waller等招募了87例KOA患者，随机将其划分为水中运动训练组和常规活动组，人数分别为43人和44人（最终失访2人）。水中运动训练组接受为期16周的高强度肌力训练，每周3次，每次1小时；常规活动组仅保持常规日常活动。评价指标为身体成分（体脂与瘦体重）、步行速度和膝关节功能评分量表（Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score，KOOS）。干预16周后，水中运动训练组的患者体脂显著降低（中等效应量0.32），体重显著降低（中等效应量0.34），步行速度显著增加，然而两组对于KOOS的改善未呈现显著差异［13］。Wyatt等募集了46例KOA患者，随机将其分为水中运动训练组和陆地运动训练组，两组患者均接受肌力训练，干预周期6周，每周3次。结局评价指标为关节活动度（Range of Motion，ROM）、大腿围度、疼痛评分（Visual Analogue Scale，VAS）和1英里步行距离。经过6周的运动干预后，两种运动方式对于ROM、大腿围度、1英里步行距离的改善效果均呈现显著性；而对于改善VAS疼痛评分而言，水中运动训练比陆地运动训练呈现更显著的优势［15］。

1.2 水中有氧训练

水中有氧训练是指受试者在水中进行有大肌肉群参与的，持续较长时间的中等及以上的运动强度，常见的水中有氧训练方式包括水中步行、水中跑步、水中跑台间歇训练和水中太极拳等。Kittichaikarn等也开展了一项水中跑台训练干预KOA患者的实验，受试者共30人（失访6人），干预时间4周，每周3次，每次30分钟。评价指标包括体重、疼痛数字评价量表（Numerical Rating Scales，NRS）、6分钟步行距离和股四头肌肌力测试。经过4周的水中运动干预，患者的体重较基线值未呈现显著性差异，而对于NRS、6分钟步行距离和股四头肌力量的改善效果显著［17］。Billy等招募了25位KOA患者进行水中太极拳训练，干预周期5周，每周2次，每次1小时，结局评价指标包括NRS、WOMAC、6分钟步行距离、ROM和生活质量问卷SF－12评分。研究结论表明：相比基线值，水中太极拳运动使NRS和WOMAC显著改善，而ROM、6分钟步行距离和生活质量问卷SF－12没有得到明显改善［21］。Aikul将80位KOA患者（失访10人）随机分为实验组和对照组，人数分别为33人和37人，实验组患者进行水中跑台持续运动，对照组进行陆地肌力练习，干预周期为4周，每周3次，每次30分钟。评价指标包括NRS、6分钟步行距离、股四头肌力量和体重，研究结论表明实验组与对照组对于NRS、6分钟步行距离、股四头肌力量指标的改善均呈现显著差异，而对于体重的改善效果无统计学意义。同时，两种运动模式之间不存在显著差异。

1.3 水中拉伸训练

水中拉伸训练可以增加关节活动范围，提高软组织柔韧性，以利于患者完成功能性活动。Lau等将20位KOA患者随机分为实验组和对照组，实验组进行水中拉伸训练，对照组不进行运动，干预周期为10周，每周2次。结局评价指标为ROM、6分钟步行距离、下肢力量和平衡能力，研究结果表明经过干预后，患者的ROM、下肢力量和平衡能力均呈现显著性；而水中运动训练对于6分钟步行距离的改善效果未呈现显著性差异［22］。

2 水中运动训练对KOA评价指标的影响

水中运动训练方法众多，但在大部分相关研究中，研究者们均采用了水中组合训练方法探究对KOA患者的影响，故无法对训练方法进行细致划分，因此本节从评价指标方面探究水中运动训练对KOA患者的影响。

2.1 骨关节炎指数评分量表

2.1.1 WOAMC

WOMAC是由美国风湿性关节炎临床研究组创立并推荐，将其作为KOA评估应用最广泛的量表之一［25］。Gi－Chul等对比了水中运动训练组患者与无运动组患者的WOMAC，总样本量共17人，实验组9人，对照组8人。实验组的干预方式为水中步行和水中力量训练，干预周期12周，每周3次，每次1小时；对照组不从事任何身体活动。研究结论表明经过12周的水中运动干预，实验组患者的肌力显著增加，WOMAC较对照组呈现显著性差异［14］。葛俊胜等将90位老年KOA患者随机分为实验组（水中运动）和对照组（陆地运动），样本量分别为46人和44人，其中实验组的训练内容包括关节活动度训练、力量训练、灵敏训练和耐力训练，对照组的训练内容包括关节活动度训练和力量训练，干预周期2个月，每周3次，每次1小时。研究结论表明两种运动方式对于WOMAC的改善均呈现显著性差异，而水中训练相比陆地训练，优势更加显著［18］。Lim等招募了75例KOA患者，将其分为水中运动组、陆地运动组和无运动组，每组人数分别为26人（2人失访），25人（3人失访），24人（4人失访），干预周期为8周，每周3次，每次40分钟。水中运动训练组进行耐力训练和肌力训练；陆地运动训练组进行关节活动度训练、肌力练习、拉伸练习和耐力训练。干预结果表明两组运动方式对于WOMAC的改善效果均呈现显著性，而两种运动模式之间无差异［23］。Taglietti等将60位KOA患者随机分为水中运动组和无运动组，人数分别为31人（失访2人）和29人（失访10人），干预周期为8周，每周2次，每次1小时。水中运动训练内容包括有氧训练、拉伸训练和本体感觉训练。经过8周的运动干预，患者的WOMAC改善效果显著［24］。Assar将36位受试者随机划分为水中运动组、陆地运动组和无运动组，每组12人。干预周期为8周，每周3次，水中运动组每次干预时间为90分钟，陆地运动组每次干预时间为1小时。水中运动组进行拉伸训练、有氧训练、肌力训练、核心训练和本体感觉训练、陆地运动组进行肌力训练。研究结论表明陆地运动对于改善WOMAC呈现显著性，而水中运动未呈现显著性，两种干预方式之间也未呈现显著差异［26］。

2.1.2 KOOS

KOOS是一种以患者自我评估管理为主要方式的膝关节损伤及骨关节病治疗效果评估问卷，该评分系统适用于膝关节损伤后短期及长期治疗效果的评估。Wang将84名KOA患者随机分为水中运动训练组、陆地运动训练组和无运动组，每组28人（每组各失访2人），两种运动干预时间为12周，每周3次，每次1小时，干预内容均为灵敏练习和有氧练习。相比对照组，干预12周后，两种运动干预模式均使KOOS显著提高，然而两种运动模式之间并无差异［19］。Bressel等招募了18名KOA患者进行水中跑台间歇训练与平衡训练，干预周期为6周，每周3次，每次30分钟。经过6周的水中运动干预后，患者对于KOOS的改善较基线值呈现显著性差异［16］。

2.2 疼痛评分

临床上用于术后疼痛评估的方法主要有视觉模拟评分法（visual analogue scale，VAS）、数字评分法（numerical rating scale，NRS）和语言评分法（verbal rating scale，VRS）等，它们用于疼痛评估的可靠性、有效性、敏感性及相关性已受到临床的重视［27］。

Hinman等将71位KOA患者随机分为水中运动组和无运动组，人数分别为36人和35人。水中运动组进行肌力训练、拉伸训练和水中步行，干预周期为6周，每周2次，每次45－60分钟。研究结论表明水中运动训练对于VAS的改善效果呈现显著性（小效应量0.24）。Kunduracilar等将89位患者随机分为水中运动组和无运动组，水中运动组进行拉伸训练和肌力训练，干预周期为3周，每周5次，每次45－60分钟。研究结论表明水中运动训练对于改善VAS，缓解患者膝关节疼痛呈现显著性。葛俊胜和Assar也对水中运动是否能改善VAS进行了探究，结果表明水中运动对于缓解疼痛起到了显著效果［19，26］。Taglietti等将60位KOA患者随机分为水中运动组和无运动组，人数分别为31人（失访2人）和29人（失访10人），干预周期为8周，每周2次，每次1小时。水中运动训练内容包括有氧训练、拉伸训练和本体感觉训练。然而，经过8周的运动干预，患者的VAS未得到显著改善［24］。

2.3 关节活动度（ROM）

王忠礼等将50例KOA患者随机分为水中运动训练组和物理治疗组，每组25人。水中运动组接受水中步行、平衡训练、拉伸训练和肌力训练，物理治疗组接受湿热袋敷疗法和超声疗法，干预周期为3个月，每周3次，每次30分钟。研究结论表明水中运动组的患者，其关节活动度呈现显著性变化，而物理治疗组无显著性变化［28］。Wang将42例KOA患者随机分为水中运动组和无运动组，水中运动组21人（失访1人），无运动组21人（失访3人），水中运动组进行灵敏训练、力量训练及耐力训练，干预周期为12周，每周3次，每次50分钟。水中运动干预后，患者的关节活动度得到显著改善［29］。

2.4 有氧耐力

在康复过程中，众多研究把步行距离作为衡量KOA患者有氧耐力的指标。Wang将42例KOA患者随机分为水中运动组和无运动组，水中运动组21人（失访1人），无运动组21人（失访3人），水中运动组进行灵敏训练、力量训练及耐力训练，干预周期为12周，每周3次，每次50分钟。12周水中运动干预后，患者的6分钟步行距离显著增加，有氧耐力得到显著提升［29］。Tamin等招募了33位KOA患者，将其随机分为水中运动组和陆地运动组，人数分别为15人和18人，两组均进行有氧训练和力量训练，干预周期8周，每周3次。研究结论表明两组运动方式对于有氧耐力的改善均不具有统计学意义［30］。

3 水中运动训练干预KOA的生物学原理

骨关节炎（OA）是最常见的关节炎类型，而膝关节则是OA的高发部位。膝骨关节炎（KOA）是由于膝关节的退行性改变和慢性积累性损伤引起的膝关节软骨变性，关节增生，骨刺形成等病理改变，以膝关节疼痛、运动受限为主要临床症状的一种病症，其发病机制十分复杂。

运动疗法是为了达到一些特定的治疗目标而专门设计和规范的体育活动计划，旨在恢复正常的肌肉骨骼功能和减少疾病或身体损伤引起的疼痛［31］。由于膝关节部位的特殊性与复杂性，在缓解和治疗KOA方面，水中运动训练比其他运动训练更受到学者们的关注。水中运动训练缓解KOA患者疼痛的生物学原理主要表现在以下几个方面：

3.1 水的作用力

在水中进行运动训练，KOA患者可以借助水的浮力克服因膝关节活动受限所致的功能障碍，更加顺利地完成训练计划。这是由于患者利用水的浮力，可以在很大程度上减少人体在水中运动时关节附近肌肉和韧带结缔组织的承受力，同时水流可以在多个方向给予力效应来维持患者的平衡。除此之外，在进行水中运动时，利用水的摩擦力，可以刺激人体敏感的神经末梢，有助于患者最大限度地发挥自身的运动能力［6］。

3.2 水的温度

水可以储存和传递热量，具有热传导性。当人体与水相接触时，利用水的温热效应，一方面可以扩张人体毛细血管，改善关节处肌肉组织的血流量，促使炎症因子被吸收；另一方面能封闭人体感受器，减轻肌肉张力，促进血液循环，减轻疼痛，进而有助于提高患肢的运动强度。同时，利用水的热传导性不仅使患肢训练过程中肌肉不易疲劳，还加深关节软组织处的肌肉温度的刺激深度，使其更富有弹性，促进收缩［6］。

4 小结

众多研究表明，水中运动训练对于治疗KOA具有良好的效果。水中运动训练可以减轻患者膝关节疼痛，改善心肺耐力，提高患者的生活质量。但在本文纳入的大部分研究中，水中运动训练周期较短，未来仍需要更多高质量的研究予以证据支持。同时，对于现存的大部分研究，研究者对于水中运动训练方法的划分不够系统明确，期待在今后建立更系统的水中运动训练方案。