运动疗法对早期膝骨关节炎患者下肢生物力学风险因素的影响研究

【摘 要】目的：采用无线表面肌电分析技术探究运动疗法对早期膝骨关节炎患者干预前后的生物力学风险因素的影响。方法：选取2022年2月至2023年6月在福州市第二医院骨科和康复科门诊就诊的早期膝骨关节炎患者98例，随机分为观察组和对照组，每组49例。观察组采用等速肌力训练和平衡本体感觉训练，每周3次，持续4周；对照组采用健康宣教的方式，每周1次，持续4周。观察2组治疗前后股内外侧肌激活比值（VM/VL）、股外侧肌和腘绳肌的激活比值（VL/BF）、前后轴距和左右轴距、西安大略大学和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）评分、视觉模拟评分法（VAS）评分。结果：治疗后，观察组VM/VL提高，VL/BF降低，前后轴距和左右轴距降低，WOMAC评分、VAS评分显著下降，差异均有统计学意义（P < 0.05）。对照组治疗前后VM/VL、VL/BF、前后轴距和左右轴距、WOMAC评分、VAS评分比较，差异均无统计学意义（P > 0.05）。治疗后，观察组以上指标均优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。结论：运动疗法可提升早期膝骨关节炎膝周内外侧和前后侧肌群协同收缩能力，提升患者下肢平衡和本体感觉能力，改善患者疼痛与僵硬的症状，对早期膝骨关节炎患者疾病生物力学风险因素具有调控作用，可延缓疾病进展，提高患者膝关节功能。

【关键词】 早期膝骨关节炎；运动疗法；生物力学；风险因素；临床研究

A Study on the Impact of Exercise Therapy on Lower Limb Biomechanical Risk Factors in Patients with Early Knee Osteoarthritis

CHEN Bo，SU Chan-juan，WANG Nai-zhen

【ABSTRACT】Objective：To explore the effects of exercise therapy on biomechanical risk factors in patients with early knee osteoarthritis before and after intervention using wireless surface electromyography analysis technology.Methods：Ninty-eight patients with early knee osteoarthritis were selected，who visited the orthopedics and rehabilitation clinics of Fuzhou Second Hospital from February 2022 to June 2023.The patients were randomly divided into an observation group and a control group，with 49 cases in each group.The observation group received isokinetic muscle strength training and balance proprioception training，three times a week for four weeks;The control group received health education，once a week，for a duration of four weeks.Observe the activation ratio（VM/VL）of the medial and lateral femoris muscles，the actbb360f6463c4af303599f07ce5e06c552de098c704e9fbd3f1d8e28d0c3488d6ivation ratio（VL/BF）of the lateral femoris and hamstring muscles，the anteroposterior and left and right wheelbases，the osteoarthritis index（WOMAC）scores of the University of Western Ontario and McMaster University，and the visual analogue scale（VAS）scores before and after treatment in two groups.Result：After treatment，the observation group showed an increase in VM/VL，a decrease in VL/BF，a decrease in front and rear wheelbase，left and right wheelbase，and a significant decrease in WOMAC and VAS scores，with statistical significance（P < 0.05）.There was no statistically significant difference in VM/VL，VL/BF，front and rear wheelbase，left and right wheelbase，WOMAC score，and VAS score between the control group before and after treatment（P > 0.05）.After treatment，the above indicators in the observation group were better than those in the control group，and the difference was statistically significant（P < 0.05）.Conclusion：Exercise therapy can enhance the ability of the inner，outer，anterior and posterior muscle groups to synergistically contract in early knee osteoarthritis，enhance lower limb balance and proprioceptive ability，improve symptoms of pain and stiffness，regulate the biomechanical risk factors of early knee osteoarthritis，delay disease progression，and improve knee joint function.

【Keywords】 early knee osteoarthritis;exercise therapy;biomechanics;risk factors;clinical research

流行病学调查显示，中国膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）患病率为18%，且疾病负担较重［1］。早期KOA患者膝关节表现出弥漫性和不确定性的受累［2］。若早期KOA病情进一步发展可导致关节功能丧失、残疾、生活质量下降［3］。早期KOA作为疾病的关键时期，关节软骨仍存在再生能力，可采取治疗阻止或延缓疾病进展。有研究发现，在过去的10年中，骨关节炎的早期诊断和早期治疗策略降低了患者的发病率和致残率，减少了治疗成本［4］。KOA发展过程受到很多风险因素的影响，除去年龄、性别、基因遗传史、种族、文化水平、体质量指数（BMI）等不可改变或难以改变的风险因素外，影响KOA进一步发展的生物力学相关风险因素［5］（如肌力、本体感觉、下肢力线）可以作为有效干预手段的突破点。运动疗法已经成为相关指南推荐治疗KOA的基础方案［6］。运动疗法改善早期KOA患者膝关节功能状态和KOA分级诊疗的治疗模式、预防疾病的进展已经取得良好效果［7-10］。但大多数研究缺乏对可干预风险因素的全面探究和随访，以及风险因素对疾病进展之间的相互影响，治未病的实施需要针对早期KOA风险因素进行更早期的干预，探究各风险因素在疾病进展中的“比重”，进行针对性干预，延缓其发病或进程，降低疾病的社会负担。

1 临床资料

1.1 研究对象 选取2022年2月至2023年6月在福州市第二医院骨科和康复科门诊就诊的早期KOA患者98例，随机分为观察组和对照组，每组49例。2组患者在性别、年龄、病程、BMI等方面比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。见表1。

1.2 诊断标准 按照早期KOA临床诊断标准［2］。①膝关节疼痛，去年至少发生过2次持续10 d的疼痛。②Kellgren-Lawrence分级0～Ⅱ级（仅骨赘）。③至少符合以下两项结构标准之一：关节镜下发现软骨病变，MRI显示关节软骨变性或半月板变性或软骨下骨髓病变。

1.3 纳入标准 ①符合上述诊断标准；②年龄60～80岁［11］；③自愿参加并签署知情同意书。

1.4 排除标准 ①各种急性、感染性、传染性疾病，内脏功能不全者；②其他神经系统或肌肉骨骼系统疾病影响步态者，如中风等神经源性关节病变、骨折、类风湿关节炎等患者；③近2周内曾接受过药物治疗、现代或中医康复方法者；④长期规律进行有氧运动（每周≥3次，持续3个月以上为长期规律）者；⑤妊娠或哺乳期妇女、恶性肿瘤患者等；⑥其他原因不能配合评估、治疗及检测者。

2 方 法

2.1 治疗方法 观察组采用运动疗法进行干预，对照组采用健康宣教的方式干预。

2.1.1 观察组 ①等速训练。选用System 4Pro（美国 Biodex）多关节等速测试与训练系统：肌力训练模式，屈肌和伸肌均选择向心/离心训练模式，训练体位为坐位，进行3组角速度（60°·s-1、90 °·s-1、120 °·s-1）向心/离心肌力训练，每组进行25次，要求患者以最大用力和最快速度完成膝关节屈、伸训练，每组间休息2 min，每日

6组。每周训练3次，持续4周。②平衡和本体感觉训练。采用Prokin平衡训练仪进行静态平衡和本体感觉功能训练：测试过程中要求所有受试者脱鞋参加测试。患者站在训练板的中央，分足站立（两足跟并拢，两足间分开30°）、两手自然垂于两腿侧，尽量保持稳定，双足跟随平衡板晃动进行左右、前后训练，然后进行单足训练，双足和单足睁眼站立后进行闭眼站立的训练模式。每次持续时间20 min，每日1次。每周训练3 d，持续4周。

2.1.2 对照组 主要是常规运动疗法与健康相关的主题讲座，讲座内容主要涉及骨关节疾病的预防等。干预时间为4周，每周进行1次，每次1 h，其中包括40 min演讲及20 min问答。在此期间，对照组被要求维持以往的生活作息和习惯，不得采用任何新的康复方案。

2.2 相关指标的评测 （1）表面肌电测试：采用16通道的无线表面肌电系统Delsys进行治疗前后肌力评测，肌电传感器分别被置于早期KOA患者的胫前肌、腓肠肌、股四头肌、腘绳肌，分析股内外侧肌激活比值（VM/VL）、股外侧肌和腘绳肌的激活比值（VL/BF），比较膝关节周围肌肉的功能状态、肌肉募集情况。电极放置位置符合欧洲对肌肉无创评估的推荐［12］。（2）平衡测试：采用Prokin平衡训练仪（TecnoBody意大利，型号PK254）进行平衡及本体感觉评估。平衡功能：①X轴偏移距离（△X）：移动轨迹在X轴移动距离，一般用闭眼移动距离的终点位置减去睁眼时的起始位置。②Y轴偏移距离（△Y）：移动轨迹在Y轴移动距离，一般用闭眼移动距离的终点位置减去睁眼时的起始位置。（3）功能状况评价：采用西安大略大学和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）评分评价2组患者治疗前后疼痛、僵硬、关节功能情况；采用视觉模拟评分法（VAS）评价关节疼痛，０分为无痛，10分为剧痛无法耐受，分数越高说明疼痛度越重。

2.3 统计学方法 采用SPSS 20.0软件进行统计分析。计量资料符合正态分布以表示，组间比较采用两独立样本t检验；不符合正态分布以中位数和四分位数间距［M（P25，P75）］表示，组间比较采用两独立样本秩和检验。计数资料采用频数（构成比）进行统计描述。研究结果统计分析使用遵循研究方案分析（PPT分析），脱落者不纳入统计分析。符合正态分布者采用Pearson相关分析，不符合正态分布者采用Spearman相关分析。以P < 0.05为差异有统计学意义。

3 结 果

治疗后，观察组VM/VL提高，VL/BF降低，前后轴距和左右轴距降低，WOMAC评分、VAS评分显著下降，差异均有统计学意义（P < 0.05）。对照组治疗前后VM/VL、VL/BF、前后轴距和左右轴距、WOMAC评分、VAS评分比较，差异均无统计学意义（P > 0.05）。治疗后，观察组以上指标均优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。见表2、表3、表4。

4 讨 论

早期KOA的发生与进展是一个多因素相互影响的过程，首要症状表现为膝关节疼痛、关节软骨变化或影像学改变［13］。研究表明，早期KOA同样存在关节不稳定及关节力学的改变。关节软骨长期暴露在异常的力学环境下，当其累积的效应超过软骨细胞合成基质和自我修复能力，早期KOA将进一步发展成为KOA［14］。而生物力学因素［15］，如肌力、关节稳定性、下肢力线等在KOA发生、发展过程中均发挥着重要作用。国内外多项指

南［6，16］均推荐以运动疗法作为治疗KOA的首选方法，运动疗法对KOA生物力学风险因素如肌力、肌肉柔韧度、骨密度、下肢力线、平衡与协调等均有积极影响。

本研究中，观察组在运动干预后股内外侧肌群和前后侧肌群激活比值趋于1∶1，表明早期KOA患者在经过运动疗法有效干预后，膝关节周围肌群协调收缩的状态得到明显提升。在日常生活中，股四头肌起到如减震器和稳定器类似的作用，有助于保护关节表面，维持膝关节前后稳定性，一旦股四头肌无力可能改变关节表面的机械负荷位置，易对关节软骨造成过度的机械应力，导致关节软骨损伤［17］。等速运动可以降低KOA患者血清中白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α水平，抑制炎症，缓解疼痛，增加肌肉力量［18］。故本研究提示运动疗法通过改善早期KOA患者膝周肌肉力量的激活比例稳定膝关节，通过改善细胞因子水平缓解疼痛。

有横断面调查研究发现，与无行走困难的KOA老年人相比，行走活动有调整的KOA人群有显著的平衡能力，整体健康状况的下降，膝痛和躯体功能障碍增多［19］。早期KOA患者在站立行走测试中则需要更多的时间，表明早期KOA患者的下肢稳定性控制能力有所降低［20］。相关研究表明，平衡和本体感觉训练能有效促进早期KOA患者的疼痛缓解、减少摇晃、增强身体功能、减少膝关节的机械摩擦，应纳入康复计划［21-23］。平衡和本体感觉训练可以提升下肢肌肉力量、耐力、关节稳定性、关节控制力，提高膝关节本身的体位感和平衡感，有利于对步态和自身平衡能力的控制，减少跌倒风险［22，24］。本研究结果表明，4周的平衡和本体感觉训练可以降低早期KOA患者重心移动范围，减少身体的摇晃，患者平衡能力和本体感觉提升明显。神经肌肉锻炼可以改善平衡、肌肉激活、功能对齐和关节稳定性，其主要目的是实现代偿功能的稳定性和改善感觉运动控制［25］。

早期KOA患者身体功能的提升和疼痛程度的降低，证实了运动疗法的有效性，但本研究相关回归分析中，把可选择早期KOA患者的股四头肌和腘绳肌的激活比，以及平衡指标作为自变量因素，探究以WOMAC功能量表作为因变量因素的回归分析中，并没有体现出强的相关性。考虑作为影响早期KOA疾病进展的生物力学风险因素还有年

龄［26］、性别［27］、体质量［28］、骨密度［29］、创伤史［30］、生活方式［31］等，而下肢肌力、平衡能力是短期影响早期KOA功能状态和疼痛程度的相关指标。故应在探究影响早期KOA进展的生物力学因素相关研究中，把长期可控风险因素进一步纳入并持续追踪，以此分析运动疗法对早期KOA患者下肢生物力学风险因素的影响。

综上所述，运动疗法可以增加早期KOA患者下肢肌肉协调收缩能力，提高平衡和本体感觉，改善膝关节功能以及降低疼痛，表明运动疗法对早期KOA进展的部分风险因素有积极影响，但影响早期KOA进展的生物力学风险是多因素作用的结果，并受到时间效应因素持续影响，故在进一步探究中持续追踪多因素效应并定期回访。

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收稿日期：2024-01-27；修回日期：2024-03-15