等速技术在膝骨关节炎防治阶段应用的研究进展

孙鑫 谢露 娄本敬 李艺

（1.西藏大学医学院，拉萨 850000；2.新疆医科大学第一附属医院运动医学科，乌鲁木齐 830054）

骨性关节炎（Osteoarthritis，OA）是当前最常见的一种关节病变，对个人和社会产生巨大影响［1］。膝骨关节炎（Knee Osteoarthritis，KOA）是患病率最高、临床最常见的OA之一，疼痛及丧失功能导致的肢体残疾降低了生活质量，进而增加了其他疾病发病或死亡的风险［2］。截止于2018年，我国KOA总体患病率为18%，女性患病率为19%，男性患病率为11%［3］。当下，我国的KOA患病率较高，个人及社会负担沉重，伴随老龄化社会来临，其患病率预计将大幅上升［3］。KOA的发病与肌力下降、特别是股四头肌无力有关。该疾病80%的患者行动受限，25%的患者日常生活受限，主要表现为行走异常、爬楼困难、无法做家务或坐起身等［4］。《骨关节炎诊疗指南（2018版）》，首次提出OA的阶梯化与个体化治疗方案，将治疗分为基础治疗、药物治疗、修复性治疗、重建治疗4个阶梯［5］。2019年国际骨关节炎研究学会发布的非手术治疗OA指南建议基础治疗应作为首选治疗方案，强调运动锻炼的重要性，特别是对KOA的肌肉强化，以及个性化的体育锻炼，可以改善步行，缓解疼痛和提升生活质量［5］。等速技术作为提高肌力的最好方式，以其安全性高、易控制、效果好等特点脱颖而出，逐步成为防治KOA的重要基础治疗方法［4］。因此，本文梳理等速技术在KOA预防和治疗的有关研究进展，以期能为今后在医学领域更好地运用等速技术提供一定的实践和理论根据。

1 等速技术概述

等速运动（Isokinetics Exercise）由Perrine和Hislop率先提出［6］。等速运动是指某一肢体在其关节固定的情况下，环绕关节运动，而整个运动过程中角速度保持不变的一种肌肉收缩的运动方式，又称为“恒定速度运动”［7］。等长运动时肌肉长度保持不变，不会产生明显的关节活动；等张运动时肌肉张力保持不变，但其运动速度无法控制，而等速运动包含等张和等长优点的同时又弥补了不足［8］。

人类不能自主完成等速运动，必须依靠仪器的协助。等速技术可以被定义为一种依靠仪器在一定运动范围内控制等速运动的技术［9］。第一台成熟的等速仪器是由美国Cybex公司于1970年研制的。目前有如德国D＆R.Ferstl公司Isomed 2000型、意大利EasyTech公司Genu Plus型、美国BIODEX公司SYSTEM4型、CSMI公司HUMAC NORM 型以及德国TUR公司ISOFORCE型、中国沐恒医疗科技有限公司MUH-KS100型、寰熙医疗有限公司XYDSXZ-03A型、XY-DSXZ-01A型等［10］。

等速肌力指标［10，11］：（1）峰力矩（PT）：是指肢体在运动范围内由肌肉收缩产生的关节单一最高扭矩输出。PT已被证明是一个精准的测量指标，成为所有等速测量的黄金标准和参考值；（2）力矩（M）：指外界作用力与力臂的乘积，在等速肌力测试中主要反映肌肉的收缩力量；（3）峰力矩角度（PTA）：是指肌肉运动过程中所产生最大力量时对应的关节角度；（4）峰力矩与体重比（PT／BW）：指峰力矩与体重的比值，可作为比较不同体重人群肌力的指标；（5）屈伸肌峰力矩比值（H／Q）：目前多用于膝关节的测试，其中双侧膝关节屈伸肌峰力矩比值更能反映出双侧膝关节周围肌力的平衡情况；（6）肌肉功是机械能的输出。总功（TW）是在所有重复试验中做功的总和；峰值功（PW）是在最佳重复试验期间所做的功；平均功（AW）是肌肉做功的平均值；（7）肌肉功率是肌肉输出功的比率。平均功率（AP）是收缩的总功除以运动时间；峰值功率（PP）是在最佳重复试验期间实现的功除以运动时间；（8）峰值扭矩加速能量（PTAE），指在重复试验中，单个扭矩产生的前125ms内的最大功。这是肌肉“爆炸性”的标志，是扭矩产生的速度（速率）估计。

2 等速技术对KOA患者的肌力测试

几十年来，肌力测试的客观评价方法一直是医学、康复学、人体工效学、生物力学、生理学、运动科学等相关科研领域的一个重要课题。众多专家一致认为［12-14］，肌力测试对神经-肌肉和肌肉-骨骼疾病患者的诊断和治疗是必不可少的。值得注意的是，近年来等速肌力测试已成为评估肌肉性能的金标准［8］。

目前发现［15］，膝关节周围肌群的肌力下降与KOA的发生密切相关。KOA患者的关节肌力可能比同年龄健康人群下降三分之一［16］。业界认为，肌肉力量下降的主要原因一种是IIB型肌纤维的萎缩；另一种是股四头肌的“关节源性肌肉抑制”，即肌肉收缩的抑制可能会导致无力［17］。

有研究发现［18］，KOA患者的股四头肌无力可能出现在关节病变的早期。Demirhan等［19］发现，处于早期KOA阶段（Kellgren＆Lawrence分级0或1级）无膝关节疼痛或肌肉萎缩的KOA患者，股四头肌无力是存在的。此外，与存在疼痛、放射学征象的受试者相比，膝关节存在疼痛但没有放射学征象的患者股四头肌和腘绳肌无力更明显。李毅等［20］利用等速技术对30例K-L分级2级或3级单侧KOA患者膝关节周围肌肉功能检测发现，与健侧相比，2级或3级KOA患者在60°／s测试及180°／s测试时，患侧肌力下降明显（P＜0.05）。程亚博［21］利用CON-TREX1000等速测试仪对30例符合纳入排除标准的女性KOA患者分快、中、慢三个角速度进行测试。发现患膝伸肌群PT在低、高速向心和低速离心运动时下降明显，在中速向心和中、高速离心运动时下降不明显。屈肌群PT在低、高速向心运动能力和低、中、高速离心运动时下降明显，中速向心运动时下降不明显；患膝伸肌群向心和快速离心运动的AP下降明显，低、中速的离心运动下降不明显。屈肌群向心和离心运动的AP均下降明显。单位时间内患膝的肌肉做功率也下降。Culvenor［22］利用Kin-Com测力仪对858例KOA患者和273例健康对照者进行健、患侧肌力测试对比，KOA患者的标准扭矩显著低于健康对照组（P＜0.05）。白玉龙等［23］使用Cybex-6000型等速肌力测试系统对30例单侧KOA患者的肌肉功能进行测试，结果表明患侧股四头肌和腘绳肌的PT、TW、AP和TAE均较健侧显著降低，其中以屈伸肌群在60°／s时的PT降低最为明显，下降约1／3；在120°／s和180°／s时下降20%～25%。患肢屈伸肌峰力矩比值与健侧比较无明显改变，这表明患肢股四头肌和腘绳肌的肌力同时降低。

综上，等速仪器能够在测试后提供详细的各项肌肉功能参数以及清晰的力矩曲线，全面评定膝关节周围肌肉在关节活动任意位置的肌力情况，并提出多种评价指标，测定精确度高。

3 等速技术对KOA患者的肌力训练

《骨关节炎诊治指南（2018年版）》首次提出OA阶梯化与个体化的治疗方案，目的在于改善症状、提高生活质量、延缓疾病进展，并避免过度治疗，使处于不同疾病阶段和程度的OA患者获得最适合自身病情的治疗方案［5］。2019年国际骨关节炎研究学会推荐基础治疗是所有OA患者的首选治疗方式。主要包括健康教育、物理治疗、运动干预和行动辅助支持。其他国际指南同时提倡将包括锻炼在内的各种非药物治疗用于一线治疗OA［5］。这些指南强调了运动干预的重要性，特别是对膝关节的肌肉强化，以及个性化的体育锻炼，是能够改善局部血液循环，减轻疼痛，改善关节功能或提升日常生活质量的。

等速肌力训练（Isokinetic Test and Exercise，ITE）是评估肌肉功能和进行肌力训练的一种方法，效果明显优于传统肌力训练，是当前最有效、最安全、最可靠的肌力训练方式［24］，可以作为个性化的肌肉强化方法，提供一个分级和安全的计划，同时对进展进行客观衡量。相较于其他训练方式，ITE对所需的运动提供了极大的选择性，可快速提升力量并减少肌肉压痛。ITE对心率和血压的增加也要低于其他运动，这对通常合并有其他疾病的KOA老年患者尤为重要［25］。

?mer等［26］对39例KOA患者［平均年龄（61.7±8.6）岁；K-L分级2～3级；中度跌倒风险伴膝关节活动性疼痛］进行了一项研究，并报告了膝关节本体感觉受损和股四头肌、腘绳肌肌力下降与功能恶化之间的显著相关性。通过完善的肌肉强化训练可以改善KOA患者疼痛、僵硬、活动度、平衡、本体感觉和功能，并降低跌倒的风险。让敏等［27］研究结果证实KOA康复治疗中ITE的应用效果理想。患者膝关节活动度得到改善，可促进其膝关节功能恢复正常，有效控制疾病进展，提高生活质量。何柳等［28］应用Isomed 2000系统训练16例40～70岁单侧KOA男性患者步行能力，6周后发现ITE可明显改善运动能力，股四头肌PT、行走速度等参数较治疗前都有提高。顾旭东［29］运用Cybex-6000型系统对40例KOA患者进行为期4周、每周3次的ITE训练。结果是患膝屈、伸肌群各项参数均有显著改善，特别是屈膝肌最为明显。患者疼痛感明显减轻，下肢功能显著提高。窦娜与金晶［30］对48例KOA患者进行ITE训练。结果表明患膝屈伸肌的PT、TAE、TW、AP较训练前有很大提高，疼痛评分降低，依赖程度和困难程度评分降低，下肢功能评分明显提高。徐远红的研究［31］与他人一致，并认为ITE锻炼可以增强膝关节周围肌群的力量，减少由于应力集中引起的局部软骨损伤，减轻由于关节软骨的异常引起的疼痛，并能改善关节的稳定性，减轻关节内韧带和周围肌肉的应力，降低关节修复反应，减少骨赘形成，减轻疼痛反应。甄天赛、秦又来［32］组织KOA患者100例，随机分为传统康复训练组与ITE组。结果显示ITE组KOA病人膝关节运动幅度显著增加，VAS评分显著降低，Lysholm膝关节评分、健康调查量表的各个方面得分和显效率均显著提高。认为ITE比常规的康复治疗更能增加KOA病人的关节运动能力，缓解疼痛，促进其功能的恢复，改善其生存品质。杜建平［33］对现有文献报道的Meta分析发现，ITE训练能提高Lysholm膝关节评分，提升屈、伸肌PT和TW，降低VAS评分。证明肌肉力量锻炼对改善肌肉功能，减轻疼痛，改善生活品质有一定的作用。

综上所述，KOA患者等速技术训练效果良好，可改善关节周围的血液循环，促进关节液回流，缓解疼痛，减轻或消除肿胀，因次在今后的治疗训练中，应更多地从患者实际功能角度出发，选用最佳等速技术训练方案。

4 等速技术联合其他治疗方式

不同类型的康复治疗技术均有其不可替代的优势。近年来，ITE训练结合其他康复治疗方式治疗KOA的研究逐渐增多，业界期待“1+1＞2”的效果。郭凯锋等［34］在对比ITE与ITE+体外冲击波治疗KOA的疗效后发现，ITE+体外冲击波对轻、中度KOA患者疗效显著，能进一步改善患者膝关节肌力及本体感觉功能，加速膝关节功能恢复。殷娜［35］认为，KOA最好的治疗方法是不同治疗方式的组合，且研究发现ITE联合低强度脉冲聚焦超声治疗KOA，可促进症状改善，降低炎症因子水平，并提高膝关节功能及生活质量。谢那金［36］选取86例KOA患者观察中医特色康复护理联合ITE的应用效果，通过依从性及关节功能评分（Lequesne）、视觉模拟疼痛评分（VAS）评价实际效果，结果显示此组合可提高KOA患者的依从性，缓解疼痛、僵硬、功能障碍，改善患侧本体感觉、肌力、肌肉激活率等。Singh［37］将拉伸训练结合ITE，一方面可以解决关节粘连，另一方面可以增强肌力，有效改善了KOA患者症状。王强［38］将中医推拿手法与ITE配合，临床效果明显优于单纯推拿疗法，有效缩短治疗周期、减轻痛苦、改善关节活动度。燕军成［39］将收治的KOA患者48例随机分为对照组（静蹲训练、功率自行车运动）和观察组（静蹲训练、功率自行车运动、ITE）。结果显示观察组屈、伸肌PT、TW、Lysholm评分、VAS评分均有显著改善。说明静蹲和功率自行车练习结合ITE训练能取得较好的疗效。左坦坦［40］报道，玻璃酸钠关节腔内注射联合ITE治疗KOA患者具有协同作用，能进一步缓解患者疼痛，增强膝关节屈肌、伸肌肌力，促使关节功能尽快恢复。另一项研究结果表明［41］，单用ITE，其疗效相对缓慢，若与温针灸阳陵泉穴疗法配合，可以更好地改善KOA病人的膝关节机能，提高其治疗的效果。吕汐妍等［42］运用ITE结合股内侧肌电刺激治疗KOA患者，有效增加膝关节伸肌肌肉力量，提高膝关节稳定性，从而保护软骨，减轻疼痛、僵硬，改善膝关节运动功能。

以上研究均表明某种治疗技术结合等速肌力训练疗效优于单一技术治疗，这也为治疗师及学者对KOA的康复拓展了思路，提供了新的想法。

5 小结

经历四十余年的实践与研究，等速技术在肌肉功能测试和肌力锻炼中显现出明显的优势。特别是针对KOA患者进行的膝关节肌力测试、ITE或其他联合疗法，不仅准确、客观、有效地评价肌肉功能，同时可以提高膝关节周围肌群的肌力，提升关节稳定性，加速关节损伤后的康复，为早、中期KOA患者的保守治疗，提供一种科学的运动疗法，对于预防和控制病情发展产生巨大效果。

然而，纵观已有的有关等速肌力测试与训练方面的研究会发现存在几个明显的问题。笔者总结如下：

（1）通过相关的数据指标和力矩曲线的分析，如KOA典型的“M”型力矩曲线［23］，可以判定关节可能存在的病变，获得病理变化的客观信息。但等速技术测得的异常指标可能是非特异性的，仅可作为一种辅助检查方式，如需确诊仍要结合其他临床手段。

（2）KOA的病程较长，其肌肉功能恢复是漫长的过程，需要长期随访关注其康复情况，但大部分文献没有进行长期的随访工作，结论只能表明短期内对KOA有一定改善作用，其长期疗效及复发率的真实效果缺乏评估依据。因此，笔者强调应关注长期疗效的研究。同时，受制于患者数量、仪器普及程度等影响，等速技术改善KOA肌肉功能的临床报道并不多，故还需要扩大样本，开展大量的随机对照试验，为结论提供更坚实的佐证。

（3）国内大部分研究报道并未详细说明其采取何种具体的测试体位，仅在文中标明测试体位的选择是参考说明书，未具体描述。本实验室在日常使用中发现，体位的不同或者固定方式的改变，均可影响实验数据的获得或改变实验结果。因而，建议国内研究人员在以后的等速肌力研究报道中应具体说明采取何种测试体位，以便日后作为同类型研究的参照模式。

（4）现有的文献虽然结论均表明ITE可改善肌肉功能，有助于KOA的治疗，但是试验设计和干预指标呈多样性，选取的等速训练的训练模式、速度、时间等存在不同，训练的具体动作和强度无统一标准和规范要求，这可能会影响分析结果。

（5）我国等速肌力测试与训练仪器的保有量低，且绝大多数设备均由国外生产，价格都十分昂贵，难以普及。而国产设备多数是作为科研或是技术验证层面使用。我国在等速仪器的研制方面非常薄弱，生产能力有限，建议相关部门重视等速仪器的研发生产工作。

尽管等速技术仍有不尽如人意之处，但是等速技术的出现加速了人体肌肉活体特性研究的进程，同时丰富了KOA疾病的诊疗手段，其价值毋庸置疑。未来，肌力评定、训练方案可以愈加个性化、多元化，根据患者个人情况加以联合其他治疗手段，做到更具有针对性。综上，治疗部位的拓展、治疗方式的丰富，训练标准的统一等将是未来研究的趋势。相信未来等速技术在医疗领域中将会发挥更多的作用，为患者带来更多的益处。