血流限制训练在膝关节骨性关节炎治疗中的研究进展

张冉 乔钧 余波 何方 郑宏

膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是一种退行性膝关节疾病,在中国老年人中患病率为8.1%[1]。KOA会使病人出现慢性疼痛、身体功能受损、残疾和生活质量下降[2-4],其发生与多种因素密切相关[5],其中下肢肌肉力量[6],尤其是股四头肌无力与KOA的发生[7]和进展[8]密切相关,也与个体的身体功能和膝关节疼痛密切相关[9]。因此,力量训练可能是一种治疗或延缓KOA进展的方法[10]。美国运动医学学院建议,进行阻力训练时,达到1次最大重量(1 repetition maximum,1RM)的60%～70%的机械负荷才能提高肌肉力量和质量[11]。然而,高负荷阻力训练会增加关节的压力和疼痛,使病人的依从性下降。因此,为了降低KOA疾病风险和增强身体功能,需要一种既能有效加强下肢肌肉力量又可减轻关节压力和疼痛的方法。

血流限制训练(blood flow restriction training,BFRT)也称加压训练、KAATSU训练,近年来,其作为一种治疗肌肉骨骼疾病的方法得到了广泛应用[12]。最近研究发现,BFRT对于膝关节相关的肌肉骨骼疾病是一种相对安全的干预方法[13]。然而,目前尚不清楚BFRT对KOA病人的治疗效果。因此,本文旨在综述BFRT在KOA治疗中的应用,以期为KOA的治疗和管理提供参考。

1 BFRT的作用机制

BFRT的作用机制目前尚不明确,代谢应激和机械张力被认为是肌肉肥大的两个主要作用机制,这些机制可以通过一系列信号诱导肌肉生长,包括增加快肌纤维的募集、机械传导、肌肉损伤、全身和局部激素的产生、细胞肿胀,以及产生活性氧及其变体,如一氧化氮和热休克蛋白[14]。然而,这些机制是否主要由BFRT诱导产生以及BFRT诱导肌肉肥大的程度还需要进一步探索。

2 BFRT对KOA的影响

2.1 BFRT对KOA病人肌肉力量的影响 下肢肌肉力量降低是KOA的独立影响因素[6],因此,提高下肢肌肉力量对于延缓KOA进展以及治疗有重要的作用[15]。Segal等[16]的研究表明,与低负荷抗阻训练相比,低负荷BFRT能显著增加腿弯举和伸膝的肌肉力量。Harper等[17]比较了12周低负荷BFRT与中等强度阻力训练对肌力的影响,结果显示,2组病人膝关节伸肌的峰值力矩都有所增加,但是中等强度训练组的效果优于低负荷BFRT组。Ferraz等[18]比较了高强度训练组、低强度训练组和低强度BFRT组对下肢肌肉力量和质量的影响,研究发现,经过12周的训练后,低强度BFRT组与高强度训练组在增加下肢最大动态力量和股四头肌横截面积方面同样有效。其他研究也认为BFRT可以提高肌肉力量和质量[19-21]。Chen等[22]检测了运动后急性期肌肉生长相关激素,发现低负荷BFRT可以使KOA病人肢体的肌细胞生成相关激素增加。此外,相比高强度抗阻训练,低负荷BFRT更有利于睾酮的分泌。然而也有研究发现,低负荷BFRT不能增加股四头肌的力量和围度[23-24]。综上所述,大多数研究表明,低负荷BFRT可以增强膝关节肌肉力量,其效果甚至等同于高强度抗阻训练。中等强度抗阻训练效果优于低强度BFRT,但是在训练过程中会出现更多的疼痛。Dos Santos等[25]也指出,与中等强度和高强度阻力训练相比,低强度BFRT是一种更有益的训练方法。而研究出现矛盾的结果可能与研究对象性别、病程[26-27],袖带压力的选择[28]、运动负荷的设置以及持续时间等有关。因此,为了更好地研究低强度BFRT对KOA的效果,还需要进行大样本、训练方案和评估指标相似的研究[29]。

2.2 BFRT对KOA病人疼痛的影响 疼痛是KOA的主要症状,其出现时间早、持续时间长、影响范围广。据统计,超过75%的KOA病人每天都会受到疼痛的困扰,因此,KOA管理的主要目标是缓解和控制疼痛[30]。Shakeel等[24]使用VAS对KOA病人的疼痛进行评估,结果显示,与低强度抗阻训练组相比,低负荷BFRT能显著降低病人的疼痛。Harper等[17]采用西安大略大学和麦克马斯特大学骨关节炎指数(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index,WOMAC)比较了低强度BFRT与中等强度抗阻训练对疼痛的效果,结果显示2种训练方式都可以改善疼痛,但是中等强度抗阻训练的疗效优于低强度BFRT,同时,中等强度抗阻训练在训练过程中也会产生较多的疼痛。Bryk等[21]使用数字疼痛评分法(Numerical Pain Rating Scale,NPRS)比较了高强度抗阻训练与低强度BFRT对疼痛的效果,结果显示2种训练方式都可以显著减轻疼痛,但是在治疗过程中,高强度抗阻训练组的病人膝关节前侧不适较多。Ferraz等[18]采用WOMAC疼痛评分比较了BFRT、低强度抗阻训练和高强度抗阻训练对疼痛的效果,结果显示BFRT和低强度抗阻训练都可以有效缓解KOA病人疼痛。但是也有研究[16, 23]使用膝关节损伤和骨性关节炎结果评分(Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score,KOOS)评估KOA疼痛,发现低负荷BFRT对疼痛没有显著的改善,这可能与评估指标的选择、KOA的严重程度等有关[31]。经过分析,综合大多数研究结果表明,低负荷BFRT和中高强度抗阻训练在缓解膝关节疼痛方面效果相当。但是与中高强度抗阻训练相比,低负荷BFRT可减少训练过程中的疼痛,使病人更容易接受。对于一些无法完成适当锻炼计划的KOA病人来说,BFRT可能是一种减轻疼痛的锻炼方案。

2.3 BFRT对KOA病人身体功能的影响 KOA引起的功能障碍严重影响着病人的健康与生活质量,因此,康复治疗对于改善病人的功能和提高生活质量非常重要。Harper等[17]使用简易机体功能评估(short physical performance battery,SPPB)和晚年功能和失能工具(self-assessed physical function,LLFDI)评估了KOA病人的整体身体功能,结果显示中等强度抗阻训练效果优于低负荷BFRT。Bryk等[21]使用“起立-行走”计时测试(timed-up and go test,TUG)和Lequesne问卷评估了KOA病人的身体功能,结果显示高强度负荷抗阻训练和低强度BFRT都可以显著提高身体功能,两者之间没有显著差别。Ferraz等[18]使用站立计时测验(timed-stands test,TST)、TUG以及WOMAC对KOA病人的身体功能进行评估,结果显示低负荷BFRT组与高强度抗阻运动组的TST、WOMAC身体功能都得到显著改善,且高强度抗阻运动组TST结果优于低负荷BFRT组。Petersson等[32]研究了血流限制的步行训练对KOA功能的影响,结果显示病人30 s座椅站立测试(30-second chair sit-to-stand test,30STS)、TUG、40 m快速步行测试(40-m fast-paced walking,40MWT)和11级爬楼梯测试(11-step stair-climbing test,11-step SCT)的结果都有显著提高。综上,低负荷BFRT可以改善身体功能,但是没有证据表明BFRT在改善身体功能方面优于其他抗阻运动。此外,身体功能受肌肉力量、有氧能力和本体感觉等的影响,因此,干预方案改善这些指标的程度还有待于进一步研究。

2.4 BFRT对KOA病人生活质量的影响 KOA是一种慢性疾病,会导致膝关节软骨和骨头受损,从而引起疼痛、僵硬和功能受限,对病人的生活质量产生很大的影响。然而,目前关于BFRT对KOA病人生活质量影响的研究有限。Ferraz等[18]使用SF-36评估KOA病人的生活质量,结果显示BFRT训练后病人的生活质量没有显著性变化。由于研究数量有限,BFRT对于生活质量的改善有效性尚需进一步研究。因此,在未来研究BFRT对KOA的疗效时,可以增加KOA治疗前、治疗后以及随访时间点的生活质量评估,以进一步评价BFRT在改善KOA病人生活质量方面的有效性。

3 BFRT治疗KOA的训练方案选择

BFRT的关键在于确定训练方案,对于KOA病人,BFRT训练方案的主要内容包括运动强度、运动形式、持续时间、运动频率及袖带压力。

运动强度:运动强度是BFRT训练方案中的关键要素,它主要包括负荷重量、训练重复次数、练习组数以及间歇时间。在一些研究中,确定下肢抗阻训练的强度通常以1RM的百分比来衡量。通常,KOA病人的训练负荷重量为20%～30% 1RM,每组练习10～30次不等,通常进行3～5组,间歇时间一般为5 s至2 min不等,而BFRT指南[33]建议休息时间在30～60 s之间。在训练休息期间,可以采用袖带持续加压或间歇施压,但是对于哪种方式更适合KOA病人还需进一步研究。因此,在确定适合KOA病人的BFRT训练方案时,理想的训练强度还需要更进一步的探索。

运动形式:KOA病人应用血流限制可以结合不同运动形式。目前,大多数文献采用常见的抗阻运动与血流限制相结合,即采用1RM的百分比计算负荷量,强度一般为1RM的20%～30%。此外,血流限制也可以与功率自行车、等速训练仪、步行等其他运动形式相结合。不同的运动形式对肌肉的刺激方式和作用机制有所不同,因此,选择合适的运动形式对于KOA病人的康复效果具有重要意义。此外,应注意选择合适的运动形式来避免关节的过度负荷,防止关节炎的加重。

持续时间和运动频率:KOA病人的BFRT训练周期为4～12周,运动频率为2～3次/周。这与BFRT的运动指南[33]中的建议相一致。尽管在短期内可以观察到肌肉对运动的适应,但一项综述[34]指出,更长时间的运动干预可能更有效。

袖带压力:BFRT中,闭塞压力的确定尤其重要,压力值可以决定肢体中被限制的血液回流量。袖带充气压力受肢体的围度、长度和袖带宽度[28, 35]等因素的影响,因此与绝对气压相比,应用肢体动脉闭塞压力(arterial occlusion pressure,AOP)可以对不同个体产生更为精确的动脉闭塞程度。Patterson等[33]建议袖带压力为AOP的40%～80%。研究表明,采用40%AOP的BFRT足以引起有效的肌肉急性反应[36]。但在BFRT期间,较高的AOP增加了更多的疼痛感[20, 37],这可能会降低病人的依从性。因此,对于每个KOA病人,袖带压力应该进行个性化的调整和监控,以确保训练的安全性和有效性。

虽然有一些研究表明BFRT对KOA病人有益,但是目前的研究还很有限,且存在一定的异质性。因此,需要进行更多的临床实践和科学研究,以进一步了解BFRT在KOA病人中的应用效果、最佳方案以及安全性等问题。此外,还需要更好地理解BFRT的机制,以便更好地指导临床实践和优化治疗方案。

4 小结

虽然对KOA病人进行BFRT的相关研究较少,但现有的研究结果表明,BFRT对于KOA可能是一种有效的替代疗法,可改善KOA保守治疗病人的肌肉力量,减轻疼痛,改善病人身体功能,但是仍然需要更多的研究来确定最佳的BFRT训练方案,包括训练量和程度,以及与其他运动形式的结合效果。此外,需要注意的是,BFRT并不适用于所有的KOA病人,特别是对于存在严重循环系统或神经系统疾病的病人。因此,在实践中需要根据病人的具体情况进行个性化的治疗方案设计。