高强度间歇训练在慢性膝关节炎患者中的研究进展

李寅翠，蔡春连

（铜仁学院大健康学院，贵州 铜仁 554300）

慢性膝关节炎好发于中老年人群，随人口老龄化，其患病率和发病率逐年上升，致残率高达53%，造成严重的经济负担[1,2]。主要症状包括膝关节疼痛和僵硬，功能障碍，活动受限[3]。因日常身体活动减少进一步加速年龄相关的肌肉质量损失，特别是膝关节周围肌肉，出现肌肉减少症[4]。膝关节周围肌肉力量减弱，关节软骨磨损加重，引发一系列相关症状，如炎症、关节不稳等，也可能会增加肥胖和代谢综合征的风险，从而出现恶性循环，进一步加剧患者的进展和严重程度，最终导致患者不能活动，出现残疾和健康相关并发症[5]。美国骨科医师协会（American Academy of Ortho‐pedic Surgeons,AAOS）强力推荐力量训练、有氧运动、参与与国家指南一致的体力活动以及减重来治疗管理膝关节炎患者[6]。既往系统评价和荟萃分析[7,8]也表明，多种形式的运动可以改善中、老年膝关节炎患者的身体成分、身体功能、代谢健康指标和生活质量。运动方式多集中在中、低等强度力量训练、有氧训练等，存在运动时间持续较长，一般在30-60min/次，运动过程单调乏味，众多患者难以坚持。近年有研究表明高强度的训练似乎比中、低等强度训练更有效[9-12]。

高强度间歇训练（High-Intensity Interval Training,HIIT）即在短时间极量的运动，间歇期将运动强度降至中低等轻度或完全放松状态。通过高强度、低强度分段交叉间歇训练，延长耗氧时间，是一种短时、高效的运动方式[13]。目前已广泛应用在健康人群和其它慢性疾病组（如超重/肥胖、心血管疾病、癌症和2型糖尿病）的防治，在提高慢性病人群的有氧适能、胰岛素敏感性、改善体脂含量和分布、血液生化指标、身体成分、骨骼肌肉活化等方面有显著效果，其安全性、有效性和益处均得到证实[14-16]。此外，HIIT 还具有较好的依从性、趣味性[17,18]，降低疲劳程度[19]。HIIT 应用于慢性膝关节疾病患者及围手术期患者的研究也逐渐增多，但运动处方、适宜人群及运动效果均不明确。因此，本文对已有的文献进行分析，探寻HIIT 在膝关节炎患者中的安全性和有效性，并对进一步的研究提供参考。

1 高强度间歇训练在膝关节炎患者中的应用

1.1 HIIT与膝关节骨性关节炎患者

膝关节骨性关节炎（Knee Osteoarthritis,KOA）是一种慢性、退行性关节病变，严重威胁中老年人身心健康。国际指南建议通过促进活动和参与定期体育锻炼来治疗管理膝骨关节炎[20]。Dunlop DD 等[21,22]研究表明每周一小时的中等强度剧烈活动可降低KOA致残率，且随活动量的增加致残风险下降。既往提倡进行中等强度连续训 练（moderate-intensity continuous training,MICT），然而近年的研究表明，HIIT 对KOA 患者的益处可能优于MICT[9,23]。

Grigg J 等[23]将27 名KOA 患 者 随 机 分 到MICT 组（3min 热身运动、20min 以60-80 转/分钟的节奏中等强度循环、2min 放松，强度定义为患者能够说出完整的句子，如果患者出现气喘吁吁，则嘱其放慢速度）和HIIT 组（7min 热身、强度逐渐增加、5×45s 以110 转/分钟高强度循环、间歇期以70 转/分钟持续90s、6-7min 放松，强度定义为患者在练习期间很难说出完整句子），两组均参与每周4 次，每次25min，持续8 周的无人监督家庭自行车运动后，结果显示两组均显著改善西安大略省和麦克马斯特大学骨关节炎指数（West‐ern Ontario and McMaster Universities Osteoarthri‐tis Index, WOMAC 评分）、30s 坐立试验（Sit to Stand，STS）、计时起立行走实验（Timed Up and Go，TUG），两组的Lequesne 指数，步行速度或身体成分均未观察到明显变化，而HIIT 组STS 和TUG 测试结果明显优于MICT 组。Keogh JWL等[10]报告了将40 名中老年KOA 患者分为两组，分别进行8 周的MICT 和HIIT，初步证明了其有效性和安全性。Mangione, K 等[24]将39 名OA 患者随机分为高强度（70%HRR）或低强度（40%HRR）骑自行车训练，进行10 周，每周3 次，每次25min。结果显示在步行速度，总体疼痛缓解程度和有氧能力活动范围等方面有显著改善，且高强度训练组并未增加患者的急性疼痛。

上述研究表明，以功率自行车为主高强度训练在KOA患者膝关节功能、疼痛及日常生活活动能力上比中、低强度训练更加明显。但在身体成分没有明显差异，未来仍需进一步研究HIIT 与KOA康复效果之间的关系。

1.2 HIIT与类风湿性关节炎患者

类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis, RA）是一种慢性、炎症性、系统性疾病，不但影响运动系统，还累及心脏、肾脏、呼吸等系统，严重影响正常生活和工作。目前的美国健康指南和风湿病学会都建议风湿性关节疾病患者进行短期中到高强度有氧训练以提高肌肉力量和质量、改善心肺健康，可能改善免疫功能[25-26]。

Munneke M 等[12]研究表明50-70%的RA 患者可以达到强化锻炼计划。Bartlett DB 等[27]将12名RA 患者进行自身前后对照研究，进行10 周高强度间歇行走（3 次/周、30min/次，高强度10×60s 、80-90%VO2peak，间歇期50-60%VO2peak），结果显示干预前后身体成分变化较小，但在心肺健康中相对和绝对有氧能力的变化增加了9%（P＜0.001），静息血压和心率均降低（P＜0.05）。干预后28 个关节疾病活动评分（DAS28）降低了38%（P= 0.001），红细胞沉降率（ESR）和关节肿胀的显著减少，患者自我感知健康明显改善。未观察到炎症标志物IL-1β，IL-6，CXCL-8，IL-10，CRP或TNF-α 的变化。Sandstad J 等[28]将7 名RA 患者和11名成人幼年特发性关节炎（juvenile idiopath‐ic arthritis，JIA）女性患者，年龄20-50 岁，进行10周功率自行车锻炼(HIIT：2 次/周，每次热身10min，强度训练4×4min、最大心率（HR max）85-95%，间歇期1min、HR max 不超过70%)，研究结果示，通过HIIT 训练后，患者最大摄氧量（VO2max）增加12.2%，心率恢复增加2.9%（P＜0.05）。BMI、体脂、腰围分别下降1.2%、1.0%和1.6%，而肌肉质量增加0.6%（P＜0.05），红细胞沉降率（CRP）呈降低趋势。de Jong Z等[29]研究表明为期2年长期的高强度运动训练有效减缓骨密度的流失，增加肌肉力量和有氧适应性。

上述研究表明稳定期风湿性膝关节炎患者进行高强度间歇训练，可较好的耐受运动锻炼计划，增加关节活动能力，且在心血管健康状况和先天免疫功能方面也得到改善，感染风险、炎症反应也随之降低，且长期的高强度运动对骨密度也有改善。但研究的样本量较小，不足以代表HIIT 对类风湿性关节炎患者的普适性，未来仍需开展大样本研究进一步明确其效果。

1.3 HIIT与膝关节炎行全膝关节置换术患者

全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）是膝关节疾病终末期减轻疼痛和改善功能的最常见和有效的治疗方法。但在TKA 后的第一个月，股四头肌肌力下降到术前水平的60%，功能表现急剧下降达88%，TKA术后12个月与同龄健康人群对照相比，步行速度减慢18%，爬楼速度减慢51%[31]。可见，围手术期下肢肌肉力量是手术效果的重要保证。

Calatayud等[30]将44名60岁以上终末期骨关节炎（OA）拟行单侧TKA 患者随机分为干预组（15min 热身活动，2×20 次直腿抬高，5×10 次坐式压腿、膝关节伸直、弯曲、髋部外展、间歇期60s，4×30s 双腿站立，4×15s 单腿站立平衡训练，5min轻度静态拉伸放松，为期8 周、3 次/周）和常规组。结果显示，术后膝关节屈曲、伸直，髋部外展，VAS，WOMAC，ROM，TUG,STS,SF-36 均优于常规组，干预组和常规组住院时间也有显著（4.5±0.9 vs 6.4±1.1；P＜0.001）差异。Casaña J 等[11]报道用上述方法训练8 周后采用Romberg 测试（ICC范围为0.87～0.98）结合NedSVE/ IBV 测力平台（测量误差小于2%）测试患者平衡功能情况。结果显示，运动干预8 周后及术后干预组的压力中心区域（The Center of Pressure area，COP）较低（即得分较高），睁眼Romberg 测试的COP 前后范围较低，干预后8 周的闭眼Romberg 测试的COP前后范围较低。可见，术前高强度间歇力量训练可有效改善TKA 术前和术后早期的姿势控制能力。Bade MJ 等[31]将8 名参加高强度间歇康复计划（HI 组）的患者与8 名参加低强度康复计划（对照组）的年龄、性别匹配的患者进行比较。术前、术后3.5、6.5、12、26 和52 周对患者进行评估。结果显示两组之间ROM 和疼痛无差异，但在3.5 周和12周（康复结束）时间点，HI组与对照组相比具有更好的功能性能和股四头肌强度（P＜0.05）。在52 周的时间点，与对照组相比，HI 组持续表现出更 好 的 功 能 性 能（P＜0.05），包 括SCT、TUG、6MW。同时具有更大的股四头肌强度。该研究两组患者术后平均住院时间为3 天，出院后两组均接受家庭锻炼计划（home exercise program,HEP）包括ROM 练习、股四头肌、髋关节外展肌、髋伸肌和足底屈肌的负重和非负重加强练习。常规组完成8 周内16 次门诊进行物理治疗进行抗阻运动包括膝关节伸展、直腿抬高、髋部外展、站立勾腿，以2×10次开始、逐次增加，增加重量最大为4.5kg。HI 组进行12 周25 次基于机器的高强度间歇抗阻训练。

以上研究表明，术前短期和术后早期高强度间歇康复锻炼比渐进性阻力训练股四头肌激活倾向更大，从而预防肌肉萎缩，有效增强患者下肢肌肉力量，改善平衡能力，显著提高患者日常生活活动能力，如行走、上下楼梯等。

2 高强度间歇训练的依从性

Keogh JW 等[23]报告有兴趣的50 名潜在参与者中有27名（54%）参加研究，27名参与者中有17名完成了试验（退出率为37%）；主要退出原因是与运动无关的疾病和家庭有关的问题。在完成试验的17 名参与者中，运动依从性非常高（HIIT 94%;MICT 88%）。Casaña J 等[11]招募186 名受试者中，57 名患者不符合纳入标准，79 名拒绝参加调查（主要是因为居住在城市以外交通困难）。在剩下的50 名患者中，有6 名受试者因不同原因退出研究，其中包括：三名参与者有术后并发症；一名患者不想继续研究；两名患者决定不进行研究干预，直接进行手术；一人搬到另一个城市。最后，44 名患者（7 名男性，37 名女性）分为两组，每组22 人参加了研究。手术后，干预组中的19名患者参加了医院的所有康复治疗（100%依从性），而该组中的3 名患者参加了13 次治疗（合格率为72%）。在对照组中，所有患者都参加了所有康复治疗（100%依从性）。Thomsen RS 等[32]报告95%完成训练日记，78%完成所有训练课程，1名因脑卒中后遗症退出HIIT。Bartlet DB 等[27]报告参与者完成了99%的锻炼计划。

上述研究表明患者参与运动的依从性与家庭、环境、交通以及与运动无关的疾病等因素有关，在参与研究的患者中，HIIT 的患者依从性明显优于MICT组患者。

3 高强度间歇训练的安全性

HIIT 的安全性已在其它慢病中得到证实[33]，但关于HIIT 运动对慢性关节炎患者肌肉骨骼疾病的健康状况，肌肉量，力量或功能的测量的影响的文献有限[28]。导致这种缺乏研究的一个问题是可能对膝关节疾病患者的这项运动的安全性产生的担忧，特别是如果这项运动是在家中或健身中心无人监督的情况下进行的。高强度运动可能导致是肌肉骨骼问题，如肌肉拉伤、关节疼痛、肿胀[34]。但Sandstad J 等[28]研究在10 周的高强度间歇训练中，并未发现与运动有关的不良反应。Bade MJ 等[35]在TKA 患者术后进行HIIT 是安全可行的，无任何肌肉损伤情况的发生。然而，Regnaux JP 等[9]报告1000 人中有17 人报告了与高强度锻炼计划相关的不良影响，高强度运动导致将近2%的人受到不良影响，但并未发生严重不良事件。Keogh JW 等[23]报告在参与为期8周每周4次的训练中，27名患者中有三个人（一个在MICT 中，两个在HIIT 组中）报告了不良事件，总共报告了28 次加重膝关节肿胀，其中24 次归因于一个HIIT参与者（32次中完成25次）。

可见，在严格纳排标准后，仍有少数患者受到不良影响，HIIT 在膝关节炎患者中的安全性仍存在一定的争议。未来的研究尚需进一步明确HIIT在膝关节炎患者中的适用人群。

4 小结

4.1 高强度间歇训练应用于关节炎患者的人群特征

以往的研究人群主要涉及膝关节骨性关节炎[10,23]、类风湿性关节炎[27]、银屑病关节炎[32]、幼年特发性关节炎[28]以及全膝关节置换术患者[35-37]。研究对象年龄在18-85 岁之间[23,31,32]，平均年龄在32.4±8.3 至66.8±4.8[11,28]，主要集中在中、老年人，女性多于男性，平均BMI 在24.0±4.3 至32.3±4.2之间[11,27]，排除标准：有明显高血压、血糖，未得到控制的患者[31]；严重心脏疾病，如有心律失常、心肌缺血病史或处于不稳期的缺血性心血管疾病患者[10,23,32]；BMI＞35kg/m²[31]；有神经损伤，对侧肢体出现严重疼痛，严重双下肢骨科疾病，无法独立行走[27]，有运动禁忌症的患者[11,31]；严重的肺部疾病患者,妊娠、哺乳、药物或酒精成瘾,干预期间预期需要使用抗风湿药物（DMARDs），活动期关节炎[32]；前一年做过另一侧髋、膝关节置换术[11]；定期运动训练的患者[28]。在以后的研究仍需严格纳排标准，专业人士监督指导，制定个体化的HIIT运动方案，降低HIIT相关的不良反应。

4.2 高强度间歇训练运动处方的类型

既往高强度间歇训练运动处方包括热身运动、强度训练、间歇恢复和放松[13]。在膝关节炎患者运动方式多种多样，主要包括跑步[27]、步行[27,38]、器 械 运 动[31,36]、徒 手 运 动[11]、骑 自 行车[10,24,28,32]、水中训练[39,40]等。运动时间主要集中在6-12 周[23,32,37]，每周2-4 次，每次训练中进行多次短时间（30s～4min）高强度的训练,在两次训练之间有适当的间歇,间歇时间在45s～90s 不等，可根据患者情况适当延长，并在间歇期进行中低强度的训练或完全休息, 总运动时间较短，一般不超过30min。运动强度原则主要以患者主观感受能承受最大强度[31]。

负重训练逐次极量增加重量，间歇期完全放松，增重范围在2-4.5kg[11,31]；骑功率自行车高强度训练强度60-110转/min，间歇期转速下降至60-80转/min[10,23,32]；HIIT 步行、跑步训练高强度期心率储备（Heart rate reserve ，HRR）在70%-90%之间，间歇期心率储备为50%-60%[24,27]。水中训练项目能更好的减轻膝关节负荷，但在临床应用中不便于开展，且费用昂贵。器械运动需有专业的仪器设备和专业人士指导。而跑步、步行、徒手运动操作简单，不受环境、时间等因素的限制，但部分以家庭为基础的运动设计限制了客观量化两组参与者进行的运动的频率，持续时间和强度。由于缺乏此类数据，无法量化研究中评估的可行性和疗效结果的剂量-反应关系，未来的研究可用心率监测器、循环测力仪等其它仪器客观记录患者运动强度。

4.3 局限性

目前的研究表明，对慢性膝关节炎稳定期患者、TKA患者围手术期进行HIIT训练在膝关节功能、平衡能力、身体成分、心血管健康、免疫等方面有良好的疗效，能显著提高患者日常生活活动能力，改善运动依从性，但在安全性上，仍存在一定的争议。目前关于HIIT 康复方案在慢性膝关节炎患者中的应用研究相对很少，已有的研究样本量较小，运动处方各有不同，尚需进一步开展大规模临床研究明确慢性膝关节疾病患者康复运动危险分层相应的运动处方，制定合理的训练参数，以便为慢性膝关节疾病患者提供更科学的运动方案。