悬吊下进阶式闭链运动疗法对膝关节骨性关节炎患者平衡能力的影响

黄若葭，武俊英，许志强，刘鸿宇

膝骨性关节炎（Knee osteoarthritis，以下简称KOA）多发于中、老年人，又称膝退行性关节炎，其临床表现主要为中、老年人在体育活动及日常生活中关节功能下降、活动受限。对于关节损伤患者来说，肌肉无力、骨与关节的损伤都会不同程度地影响身体体位的调整和承重［7］。此外，膝关节炎患者还存在有关节本体感觉的缺陷，KOA患者关节灵活性及软组织柔韧性下降，可影响其平衡功能，使得关节本体感觉功能减弱，导致姿势异常［10］。

悬吊运动疗法（sling exercise therapy，以下简称SET）是近几年来新兴的一种运动疗法，它是以持久改善肌肉骨骼疾病为目的，应用主动治疗和训练的一个总的概念集合［3］。它强调在不稳定的地面上进行闭链运动，主要目的是为了达到对感觉运动器官的最佳诱发效果［8，15］，SET采用进阶式训练方法，训练难度逐渐增大。悬吊训练能够增强肌力、肌耐力及关节活动度，提高关节的灵活性、协调性及平衡能力［12］。因此，本研究在常规物理治疗和药物治疗KOA患者的基础上辅以悬吊下进阶式闭链运动训练并观察患者平衡能力及其治疗效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象与分组

共选取2010年5月到2012年8月间山西医科大学第一医院康复科收治的KOA患者40例，经诊断，并符合美国风湿病协会（ACR）诊断标准（2001）［6］，病情稳定。入组标准:1）过去的几个月中膝关节大多疼痛；2）关节边缘有骨赘增生；3）滑液分析为典型关节炎表现；4）发病期间早上关节僵硬≤30min；5）关节活动时有咿扎音。具有上述的1和2，或者1、3、5，或者1、4、5，可以诊断为 KOA，敏感性为94%，特异性为88%。排除标准:1）有髋、膝、踝外伤或手术史；2）两腿长度相差超过1cm；3）因腰、髋引起的关节疼痛；4）继发骨关节炎，如类风湿关节炎、感染性关节炎（炎症、结核）、创伤性关节炎、全身代谢性或分泌疾病引起的关节炎、骨发育不全性关节炎；5）半月板和侧副韧带、交叉韧带、髌腱及髂胫束病变；6）胫骨扭转；7）胫骨粗隆骨软骨病；8）髋部或腰椎的疼痛。本研究入选对象均要求:单侧患病，有影像学诊断、且Kellgren不低于Ⅱ级，能独立行走，膝关节活动度达到正常活动度的80%以上，肌力等级要求至少为Ⅲ级以上，无各种心血管疾病，入选患者均自愿接受实验治疗方案。若患者双侧均患病，则要求一侧症状较轻。

从40例KOA患者中随机挑选10例作为对照组，剩余30例患者为实验组（康复训练组），两组患者在治疗前，均对其性别、年龄、体重、身高、患肢侧别以及患侧痛阈负荷进行比较，差异无显著性意义（P＞0.05），具有可比性（表1）。

表1 本研究受试者基本情况一览表Table 1 Baseline Characteristics of the Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 对照组

根据自身情况接受常规物理治疗和药物治疗，包括:非甾体类抗炎药、常规中药热敷包、中频治疗、调制中频干扰电治疗、微波、超短波等治疗。

1.2.2 实验组

在接受常规物理治疗和药物治疗的基础上，共进行连续4周的SET进阶运动训练，以闭链运动为主，根据患者病情选择动作初始难度阶段，随着患者水平的提高进入下一阶段练习。在进行运动训练之前先由PT治疗师对患者进行被动活动，主要包括膝关节局部肌肉的放松，膝关节屈伸活动以及髌骨上、下、内、外的活动。5天／周，1次／天，30min／次，每次的训练强度以低强度有氧训练为主，具体训练强度依患者的自身实际情况进行调整。悬吊运动训练具体方法如下:

1.腘绳肌肌力训练。开始姿势:患者仰卧位，双手放于胸前，吊带系于足跟处，吊带垂直于床面距离的高度大约是30cm，宽带使用弹性绳固定于骨盆处，然后通过足跟往下压吊带来抬高骨盆使身体保持在伸直的姿势，同时，膝关节屈曲尽可能的把足跟往臀部方向靠近（图1）。过程难度的增加:1）逐渐减少弹性绳的支持；2）在整个运动过程中保持髋关节伸展；3）使用平衡垫；4）通过向远端移动悬吊点逐渐延长力臂。进阶判断标准:1）连续完成6～8次；2）膝关节屈曲度数大于90°；3）骨盆抬起并处于水平面；4）身体无旋转或侧屈；5）脊柱保持在正常的生理弯曲范围内。

2.股四头肌肌力训练。开始姿势:患者俯卧位，前臂支撑，在腹部下放一个枕头避免腰部脊柱过度前凸，双腿置于窄带中，宽带使用弹性绳置于腹部处，此时肘部撑起，通过伸髋伸膝使身体抬高在一个伸直的姿势（图2）。过程难度的增加:1）减少弹性绳的支撑；2）整个过程中用手支撑；3）通过向远端移动悬吊点逐渐延长力臂。进阶判断标准:1）连续完成6～8次；2）负重腿膝关节完全伸直；3）髋关节完全伸展；4）骨盆处于水平面上；5）身体无旋转或侧屈。

图1 本研究被试腘绳肌肌力训练示意图Figure 1.Strength Training of Hamstring Muscle

图2 本研究被试股四头肌肌力训练示意图Figure 2.Strength Training of Quadriceps Femoris

3.臀中肌肌力训练。开始姿势:患者侧卧位，将头部用垫或枕稍稍垫起，手臂放于前胸，一宽带置于双腿的膝关节处，吊带高度距床约30cm，宽带使用弹性绳置于骨盆处，上方腿外展并使用弹性绳悬吊支持，下方腿下压做髋外展抬高骨盆（图3）。过程难度增加:1）逐渐减少弹性绳的支持；2）通过向远端移动悬吊点逐渐延长力臂；3）下方手臂支撑上身。进阶判断标准:1）连续完成6～8次；2）身体被抬高并能够保持伸直的姿势；3）身体无旋转，脊柱保持在一个正常的生理屈曲范围。

图3 本研究被试臀中肌肌力训练示意图Figure 3.Strength Training of Middle Gluteal Muscle

4.膝关节本体感觉训练。开始位置:患者坐位，屈膝单腿踩在吊带内，离地约10cm，以膝为轴进行前后、左右、圆周轨迹运动（图4）。过程难度的增加:1）使用弹性绳；2）站立位进行练习。进阶判断标准:1）身体处于正常立位状态，无旋转，脊柱保持在正常的生理弯曲范围内；2）双眼平视前方仍能完成运动轨迹。

图4 本研究被试膝关节本体感觉训练示意图Figure 4.Knee Proprioception Training

1.3 评价指标测定

分别于康复治疗前、治疗4周后对患者的平衡功能进行测定。采用意大利Tecnobody动态平衡功能测试仪，分别记录训练前、后患者在B体位（站立位，单腿负重50%）下动态轨迹测定时的平衡数据。项目包括治疗前、治疗4周后患者前、后轴稳定指数、左右轴稳定指数、A2-A6轴稳定指数、A4-A8轴稳定指数、圆周轴稳定指数。

1.4 数据处理

本研究通过Microsoft Excel软件对实验的数据进行录入和初步整理；使用SPSS 15.0统计软件包进行统计分析，数据以均数±标准差（）表示，差异性比较采用t检验，以P＜0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 实验前患者健、患侧平衡能力比较

通过对两组患者在实验前健与患侧的各项平衡稳定指数进行比较，结果均具有统计学意义（P＜0.05），由此说明个体健、患侧之间的平衡功能均存在差异（表2）。

表2 本研究实验前两组患者健、患侧平衡能力比较一览表Table 2 Comparison on Two Groups of Patients with the Two Side Balance Stability Index before the Experiment

2.2 实验前、后对照组与实验组平衡能力比较

通过对两组患者4周治疗前、后健、患侧的各项平衡稳定指数差（健侧各项稳定指数-患侧各项稳定指数）与对照组相对应的各项平衡稳定指数差进行比较，结果显示，两组在4周治疗前相对应的稳定指数差均无统计学差异（P＞0.05），由此说明，4周治疗前实验组与对照组的健、患侧之间的平衡功能差异没有很大的悬殊；两组在4周治疗后相对应的稳定指数差均具有统计学差异（P＜0.05），由此说明，4周的运动训练对患者的平衡功能产生了一定的影响（表3）。

表3 本研究实验前、后两组间健、患侧平衡稳定指数差一览表Table 3 The Health of the Injured Side Balance Stability Index Difference between Two Groups before and after Experiment

2.3 实验前、后各组健、患侧平衡能力分析

通过对治疗前、后各组健、患侧平衡能力进行比较，4周治疗前、后指标统计结果显示:1）对照组健侧稳定指数中前后轴、A2-A6轴的稳定指数有统计学差异（P＜0.05）；实验组健侧各项稳定指数均具有统计学差异（P＜0.05）。2）对照组患侧稳定指数中只有前后轴的稳定指数具有统计学差异（P＜0.05）；实验组患侧的各项稳定指数显示均具有统计学意义（P＜0.05）。以上结果可说明，常规的物理治疗对KOA患者的平衡功能影响并不大，而运动训练的介入对患者的平衡能力产生很大影响（表4、表5）。

表4 本研究实验前、后各组健侧各项平衡稳定指数一览表Table 4 The Uninjured Side Balance Stability Index before and after the Experiment

表5 本研究实验前、后各组患侧各项平衡稳定指数一览表Table 5 The Injured Side Balance Stability Index before and after the Experiment

3 讨论

本研究对KOA患者及其平衡能力和运动疗法关系进行了探索，发现KOA能够导致患者平衡能力的下降，而有效的运动训练对患者平衡能力能够产生积极影响。研究采用悬吊进阶式闭链运动训练疗法，使患者在不稳定的环境下进行运动训练以改善患者平衡能力。实验研究方法从生物力学角度，按照阶梯递进原则由易到难，制定并规范训练等级。经过4周实验，两组患者的平衡能力均有所改善，其中接受SET患者的平衡能力与接受常规治疗患者的平衡能力相比，前者改善较为明显。

3.1 人体平衡能力的影响因素

人体平衡的维持依赖3个环节，感觉系统的信息输入、中枢神经的信息整合以及运动控制［14］，若某一环节出现问题则会影响平衡的维持，其中，感觉系统由视觉、前庭以及本体感觉3个要素组成。对于KOA患者而言，导致其平衡能力下降主要是感觉系统以及运动控制能力的减弱。感觉系统主要是指本体感觉，依据本体感觉划分的3个等级，KOA患者主要是一级缺失，也就是肌肉、肌腱、韧带及关节的位置感觉、运动感觉、负重感觉的缺失。因此，本研究采用意大利Tecnobody动态平衡功能测试仪对患者在前后轴、左右轴、A2-A6轴、A4-A8轴8个方向以及圆周轨迹的描迹能力进行测定，以此反应患者平衡能力，也是对患者位置觉及其运动感觉的反映，由此可以提示出患者感知肢体与关节位置移动的表现。

从生物力学角度看，膝关节能够承受很大的力和力矩，主要原因是它位于股骨和胫骨这两个人体最长的杠杆臂之间。KOA对患者产生的最大影响就是造成了不同程度的功能障碍，如姿势异常、走路摇摆、步行距离减少，这些均受到膝关节平衡能力的影响。Toivanen等［17］经22年临床观察发现，重体力劳动是导致KOA发病的重要要影响因素。Segal等［16］应用计算机模拟法，根据 MRI图像计算关节软骨接触应力，发现关节软骨超负荷与KOA发病密切相关。本研究数据的采集，以患者站立位时，单腿各自负重自体50%重量的姿势下测定患者动态平衡轨迹，以此反映KOA患者健侧与患侧平衡能力是否一致。结果显示，实验前两组患者健、患侧在前后轴、左右轴、A2-A6轴、A4-A8轴以及圆周轨迹5个指标均存在差异（P＜0.05），说明个体健、患侧动态平衡能力均不同，也就是说，病灶的产生对患者主动运动的稳定性、关节位置的控制、重心的控制均产生一定的影响。

3.2 肌力训练与感觉运动功能训练对KOA患者平衡能力的影响

对于KOA患者的平衡能力的改善，下肢肌肉训练以及感觉运动功能训练是重要内容。本研究结果显示，通过对两组患者4周实验前，健、患侧的平衡能力指数差进行比较可知，实验前两组患者平衡能力均处于同一水平，并无差异（P＞0.05），4周实验后两组健、患侧在前后轴、左右轴、A2-A6轴、A4-A8轴以及圆周轨迹5个指标的平衡能力指数差产生差异（P＜0.05），也就是说，运动训练对KOA患者的平衡能力能够产生一定的影响。范庆花、玄勇等［1，11］研究后发现，KOA 患者下肢肌力经过 运 动训练有很大的增强，同时，还可以改善膝关节稳定性。首先，股四头肌和股后肌群在膝关节做曲、伸运动时两者是拮抗肌，而在行走时，它们则起协同作用共同稳定膝关节。其次，膝关节在完成日常活动中始终处于负重状态，若膝关节周围肌肉组织处于良好工作状态时可以吸收其大量负荷，因此，下肢肌力的下降直接影响膝关节的稳定性，并加大膝关节负重［5］。此外，有研究表明KOA患者还存在有不同程度的本体感觉缺陷，这减弱了对关节空间位置及运动感觉的能力［9］。KOA患者肌肉力量以及本体感觉异常，对于姿势控制能力降低，这必然使其平衡能力下降。对于选用何种训练方法，目前，SET被认为是改善肌肉骨骼问题的有效方法。Tsauo等［18］研究结果显示，与常规的物理治疗相比，SET对于促进患者本体感觉以及运动功能的恢复更具有优势，同时，本研究也证实这一点。SET不仅能够有效增强KOA患者肌力，而且为患者创造一个不稳定的运动训练环境时，患者在此环境下其本体感觉、运动控制以及局部稳定肌等会受到强烈刺激，因此，能够对感觉运动器官达到很好的诱发效果。

3.3 KOA与人体平衡能力关系

有研究者认为，“从生物力学的角度来说，弱链是指人体生物力学运动链上的薄弱环节，肢体的运动是在由多个关节构成的运动链上的传递”［16］，运动系统最主要的功能之一就是维持平衡，除平衡器官外，肌肉中的本体感受器、肌腱、筋膜以及骨关节均起重要的作用。身体是在稳态和动态中直接达到平衡，对于骨骼肌肉系统的疾病治疗，往往着眼于局部病灶产生处，忽视了整体的结构性和功能性，必然会导致此强彼弱的趋势。从人体骨骼肌肉系统整体的角度看，人体正常的完成各种活动，依靠人体一个核心结构——动力链，由肌肉链和关节链构成［2］，若某一环节的关节和肌肉出现问题，则会发生薄弱环节，产生“弱链”，进而阻碍动力链传递，引起身体不平衡并使运动失衡。运动中的“弱链”是许多机体功能障碍以及运动损伤产生的诱因，当身体某一环节薄弱时，会导致身体其他部位更大的压力，同时，身体受损伤的部位本身就是一个“弱链”，而损伤的发生与主、被动肌肉力量不平衡以及身体位置失衡关系密切［4］。KOA患者始终处于关节受损、活动度下降、肌力减弱以及本体感觉减退的恶性循环之中，这一薄弱环节的产生对于人整体平衡功能的影响也是必然的。

3.4 非稳定环境下的悬吊训练对人体神经-肌肉系统控制的影响

悬吊训练是在为人体创造的不稳定环境下进行训练，以激发运动躯干肌肉舒缩而产生训练效果的方法［13］。在这种不稳定的环境下，人体各部分骨骼肌肉始终处于不断调节中来进行姿势控制。姿势控制属运动控制范畴，两个重要因素是身体的稳定性与定向性，其中，姿势的稳定性也就是平衡。人体对姿势的控制主要依赖于神经-肌肉系统的相互作用，在悬吊训练中完成特定的训练动作，处于这种非稳定条件下躯体各个部位需要多次重复的进行肌肉收缩与放松、身体在平衡与不平衡之间快速转化以及骨关节不断的调整。此时，各部位肌肉、关节中的感受器不断受到相应的肌肉长度、速度、张力以及关节速度、压力等的刺激，并由感觉传导通路传至中枢神经系统进行整合，运动神经元则会产生相适应的肌肉收缩及关节变化来维持身体平衡。机体时刻处于各部位肌肉、关节不同紧张度的控制和调节中，能够形成神经对肌肉的准确支配能力，提高神经对肌肉的募集能力，最终改善躯体由失衡到控制平衡的能力。因此，在不稳定的悬吊环境下完成有效的姿势控制需要骨骼肌肉系统控制身体的空间位置和中枢神经系统对不稳定环境下感觉信息提供的身体相关信息进行整合再作用于运动感觉器官，以此反复，改善神经-肌肉系统的协调性和姿势控制的精确性。

3.5 进阶式闭链运动对患者平衡能力的影响

SET对于解决骨骼肌肉疾患的效果早已被证实，但鲜见关于悬吊下动作的使用和训练阶梯等级的规范化研究。本研究则根据悬吊阶梯递进原则，对训练进阶标准进行细化和归纳，为患者不同时期的训练安排提供参考。悬吊训练中，开链运动和闭链运动均是常用方法。闭链运动较开链运动相比，对其肢体远端进行固定，增加了远端承重，着重于对关节肌肉的功能性锻炼，激活躯体原动肌、协调肌以及拮抗肌共同维持动态稳定。同时，使用悬吊系统，对于同一动作不同难度运用渐进式阶梯训练系统，通过改变悬吊点以及悬吊绳角度的方式来逐渐增大训练强度，这是直接影响动作难易程度的关键。通过闭链的运动模式，并强调低负荷、渐进抗阻式的训练方法，以此增强患者的运动感觉控制能力以及稳定肌肌力，这与传统的力量训练相比有了本质的区别。本研究结果显示，4周实验后，两组患者健、患侧平衡能力指数差由实验前的同一水平到产生了差异（P＜0.05）；接受了4周的常规物理治疗的患者健侧仅在前后轴、A2-A6轴位产生变化，患侧在前后轴产生了变化；接受运动训练的患者健、患侧在前后轴、左右轴、A2-A6轴、A4-A8轴以及圆周轨迹5个指标均产生了显著变化（P＜0.05）。对于悬吊下进阶式闭链运动，运动负荷大小、悬吊绳对人体拉力方向以及力矩的不同，对人体产生的效应有别。需要强调的是，训练过程中要根据患者情况来调整动作难易度，在适当的难度下要求动作标准、姿势正确、减少代偿。

4 结论

1.膝关节稳定性以及整体姿势控制能力的改善与有效的运动训练密不可分。

2.悬吊进阶式闭链运动疗法能够明显改善KOA患者的平衡能力，改善人体神经-肌肉系统的协调性和姿势控制的精确性，对KOA患者的康复及维持日常活动具有积极意义。

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