中药热敷结合运动疗法对老年膝骨关节炎患者跨越障碍物时疼痛、关节力矩和动态稳度的作用

王静文 刘伟 高博 周志鹏 宋祺鹏

(1山东体育学院研究生教育学院,山东 济南 250100;2山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院康复科;3山东体育学院运动与健康学院)

膝骨关节炎(KOA)是老年人群最常见的慢性进行性、退行性致残疾病〔1〕。KOA会导致老年人膝关节疼痛〔2〕、下肢关节力矩改变〔3〕及身体稳定性降低〔4〕。而跨越障碍物是老年人在日常生活中具有挑战性的一项活动,且占老年人跌倒比例的50%〔5〕。关节疼痛导致KOA患者步态异常和活动能力受到限制〔6,7〕。下肢关节力矩的改变及身体稳定性的下降导致KOA患者在跨越障碍物行走时发生跌倒的风险较高〔8,9〕。已有研究指出,运动疗法有效缓解KOA患者疼痛、改善下肢关节力矩及身体稳定性〔10,11〕。但是,荟萃分析表明,运动疗法改善KOA患者症状的疗效是小到中等〔12,13〕。因此,需要在运动疗法的基础上纳入新的干预方式来改善其症状。疼痛是KOA患者的主要临床症状,对下肢关节力矩〔14〕和身体稳定性〔15〕有一定的影响。中药热敷是缓解KOA疼痛有效且安全的治疗方法〔16〕,可以降低神经末梢的兴奋性,达到通络止痛的效果。

中药热敷结合运动疗法会更好地改善KOA患者的症状。然而,尚无研究探索中药热敷结合运动疗法缓解KOA患者跨越障碍物时疼痛,且缺乏从生物力学的角度探讨膝关节矢状面力矩及动态稳度(MOS)改善的作用。本研究探索8 w中药热敷结合运动疗法对KOA患者跨越障碍物时疼痛、膝关节矢状面力矩及MOS的作用。

1 对象与方法

1.1研究对象 选取山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院门诊或住院KOA患者34例。应用G-power软件,参考以往研究〔17〕,计算出power为0.95,α为0.05时所需最小样本量为22例。纳入标准：(1)年龄≥65岁;(2)符合美国风湿病学会KOA单侧或双侧诊断标准〔18〕;(3)符合膝骨关节炎中医诊疗指南(2020年)诊断标准〔19〕;(4)签署知情同意书。排除标准：(1)影响膝关节神经或神经肌肉紊乱(除KOA外);(2)3个月内接受下肢关节手术或骨折;(3)未来几个月内接受全膝关节置换术;(4)慢性致残性背部、臀部、踝关节或足部疼痛。随机分为实验组和对照组各17例,实验组接受8 w中药热敷结合运动疗法,对照组接受8 w运动疗法。当患者参与率低于80%时被排除〔20〕。8 w后,实验组2例患者因参与率低(73%,70%)被排除,2例因接受其他治疗被排除。对照组2例因参与率低(74%,72%)被排除,1例因接受其他治疗被排除。两组年龄、体质量、身高、体质量指数(BMI)、腿长、Kallgren/Lawence(K/L)分级无显著差异(P>0.05)。见表1。本研究经山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院伦理委员会的(2021009)批准,并在中国临床试验注册中心注册(注册号为ChiCTR2100052450)。

表1 两组一般资料比较

1.2干预方法 实验组接受中药热敷和运动疗法90 min,包括中药热敷即寒湿痹痛方30 min,关节松动术30 min,肌力训练30 min。对照组接受运动疗法和健康宣教90 min,包括关节松动术30 min,肌力训练30 min,健康宣教30 min。30 min/次,3次/w,干预8 w。寒湿痹痛方药物组成：桂枝、白芍、生麻黄、白术、知母、防风、制附子、制川乌、白芥子、乳香、没药、川牛膝、烫狗脊、鹿角胶等。用生理盐水纱布清洁皮肤,使用木勺快速搅拌中药外敷剂,将温度适宜(40～42 ℃)的特制外敷剂均匀涂抹于膝关节(内外膝眼连线上下约10 cm,前后左右均包裹),尺寸约15 cm×15 cm×2 cm,将保鲜膜覆盖在外敷剂处,用绷带固定。运动疗法：①关节松动术：以澳大利亚Maitland的方法为主〔21〕。患者仰卧位,在治疗师的帮助下接受关节松动术,包括髌骨远端滑动、内外侧滑动,胫腓关节前后滑动,胫股关节前后滑动、长轴牵引,每个方向滑动5～6次。疼痛明显时用Ⅰ、Ⅱ级松动手法,随着关节活动度增加和疼痛缓解改用Ⅲ、Ⅳ级手法。②肌力训练(等长、等张肌力训练)〔22〕：等长训练为患者仰卧位,膝关节伸直,绷紧股四头肌10 s,放松10 s。等张训练为患者坐位,屈曲时足跟向臀部方向接近,伸展时膝关节在可耐受的情况下伸直,阻力点位于踝关节处,按照患者的膝关节恢复状况逐渐增加运动阻力(9.8～15.0 N)。

1.3疼痛评分 采用疼痛视觉模拟评分(VAS)对患者跨越障碍物时患侧腿的疼痛进行评分。VAS在0～10分之间,0表示不痛,10表示极端疼痛,得分越高说明疼痛程度越高。

1.4跨越障碍物 每个患者以自行选择的步速行走,并穿过一个高度可调的障碍物,该障碍物为放置在游标卡尺上的木尺。测力台(90 cm ×60 cm×10 cm,AMTI,BP600900,USA)放置在障碍物两侧。在骨骼标志上粘贴了43个红外反光Marker点(直径14 mm)标记。采用带有12个高速红外摄像头(Vicon,Oxford Metrics Ltd,UK)对目标动作进行捕捉,采样频率为100 Hz。同步的地面反作用力数据通过三维测力台进行采集,采样频率为1 000 Hz。在实验中,采用障碍物高度为受试者10%腿长来模拟铺路石的高度,其中腿长定义为同侧髂前上棘到内踝之间的距离〔23〕。每例患者用患侧腿领先跨越,健侧腿跟随跨越障碍物,在整个过程中与障碍物无接触并无步伐调整为1次成功的测试。患侧腿定义为K/L分级较高的那条腿,或者当两条腿的K/L分级相同时,则选用患者认为更疼的那条腿,最终采集3次成功的实验数据。见图1。

图1 跨越障碍物测试

1.5运动学数据和动力学数据分析 通过Visual 3D软件(C-Motion,Germantown,MD,USA)完成处理、计算等。采用巴特沃斯四阶低通滤波器滤波,截止频率分别为6和50 Hz〔24〕。选取领先跨越腿支撑期内膝关节力矩的3个特征值〔支撑前期最大膝伸展力矩(KEMps)、支撑中期最大膝屈曲力矩(KFMms)和支撑末期最大膝伸展力矩(KEMts)〕进行分析〔25〕。支撑前期：领先跨越腿足跟着地到跟随跨越腿足尖离地为止;支撑中期：跟随跨越腿足尖离地到跟随跨越腿足跟着地为止;支撑末期：跟随跨越腿足跟着地到领先跨越腿足尖离地为止。膝关节力矩采用逆向动力学方法计算。正值表示膝关节伸展力矩,负值表示膝关节屈曲力矩,膝关节力矩标准化为体质量和身高的乘积。外推质心(CM)定义为质心(COM)在水平面的垂直投影位置加上质心速度(VCOM)与因子W0的比值。g表示重力加速度,大小为9.8 m/s2,l表示COM到地面的垂直距离。把CM到BOS边界的最小距离定义为MOS。Bmax由压心位置(COP)表示〔26〕,COP依据测力台数据获得。将足跟触地的时刻定义为测力台Z轴方向上的地面反作用力F≥20 N的时刻〔27〕。MOS公式如下：

(1)

CM=COM+VCOM/W0

(2)

MOS=Bmax-CM

(3)

MOS越大,说明COP与CM之间的距离越长,稳定性越差。根据以往研究〔28〕,足跟着地的MOS最小,因此选用领先跨越足跟着地时刻的前后、内外方向的MOS进行分析。

2 结 果

2.2膝关节矢状面力矩 8 w干预后,两组KEMps有显著的交互作用(P<0.05)。事后检验结果显示,与干预前相比,干预后实验组和对照组KEMps显著增大(d=1.417、0.702,P<0.001、=0.015),实验组与对照组相比上升更显著(d=0.889,P<0.001)。见表2。

表2 两组干预前后膝关节矢状面力矩

2.3MOS 8 w干预后,两组前后方向MOS有显著交互作用(P<0.001)。事后检验结果显示,与干预前相比,干预后实验组前后方向MOS显著减小(d=2.646,P<0.001)。两组前后方向的VCOM有显著交互作用(P<0.05)。事后检验结果显示,与干预前相比,干预后实验组前后方向的VCOM显著增大(d=1.540,P<0.001)。见表3。

表3 两组前后外侧(A/P)、内外侧方向(M/L)干预前后动态稳定参数

3 讨 论

运动疗法促进血液、淋巴液的循环,增高血中内啡肽、5-羟色胺含量,降低痛阈,缓解疼痛〔29〕。中药热敷结合运动疗法相较于单一的运动疗法在缓解KOA患者疼痛方面更有效,可能有以下原因。第一,中药热敷可以防止蛋白多糖的丢失,并加速软骨细胞的增殖来保护细胞基质,从而使相连的关节面光滑,避免关节面之间的撞击和磨损,缓解疼痛〔30〕;第二,中药热敷抑制各种促炎因子、化学物质和蛋白质的释放〔31〕,从而减缓KOA患者疼痛;第三,运动疗法加强中药热敷缓解疼痛的作用。运动疗法改善血液和淋巴液循环,促进局部血管舒张,增加中药的吸收和渗透〔32〕,达到消炎止痛、温经通络的作用。

关节松动术通过松解膝关节周围紧张的肌肉群,并拉伸膝关节以降低骨内压力,缓解肌肉挛缩现象〔33〕;肌力训练增粗肌纤维,增强下肢肌力和改善膝关节功能〔34〕。中药热敷结合运动疗法相较于单一的运动疗法在改善KOA患者股四头肌力方面更有效可能有以下原因。第一,中药热敷降低神经末梢的兴奋性,缓解膝关节周围肌肉痉挛和僵硬的状态,为实施运动疗法打下良好的动力学基础,促使运动疗法做得更标准;第二,运动疗法协调肌肉之间收缩能力、增加膝关节周围的肌力,改善下肢关节稳定性〔35〕,继而会提高在跨越障碍物时抬腿的高度及落地时刻的下肢稳定性。

本研究结果表明,中药热敷结合运动疗法改善了领先跨越足跟着地前后的MOS。倒钟摆模型理论认为,MOS为 CM 到最远前边界的最小距离,人体VCOM对CM起决定性作用〔36〕。经过8 w干预后,中药热敷结合运动疗法在足跟着地前后方向VCOM增大,这与前人的研究结果〔37〕一致,当跨越障碍物之后,跨越足跟触地之前身体处在不稳定的状态,这时候需要领先跨越足跟快速触地来增加支撑面积以维持平衡,当速度越快,身体重新恢复稳定性的能力越快越稳,减少跌倒的风险。股四头肌是改善步态速度的主要肌肉群之一,中药热敷结合运动疗法改善KOA患者足跟着地前后方向的MOS是因为中药热敷结合运动疗法通过增强股四头肌肌力从而改善VCOM〔38〕。

综上,相较于单一的运动疗法,8 w中药热敷结合运动疗法缓解KOA患者跨越障碍物时疼痛,改善膝关节矢状面力矩及MOS更有效。因此,在实施运动疗法之前增加中药热敷促进KOA患者康复。