太極拳預(yù)防和治療膝骨性關(guān)節(jié)炎研究進(jìn)展

許博洋，王 力

膝骨性關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis, KOA）是一種45歲以上人員習(xí)見、頻發(fā)的緩慢退化進(jìn)行性損傷疾病[1]，主要異常生理表現(xiàn)包括關(guān)節(jié)軟骨破壞乃至消失、關(guān)節(jié)緣骨贅形成、滑膜非特異性炎癥、關(guān)節(jié)纖維增生及軟骨下骨骨質(zhì)硬化等。運(yùn)動療法作為一種有效的物理非藥物治療手段，較早就被國外臨床所采用，其優(yōu)勢在于副作用及嚴(yán)重不良反應(yīng)較其他療法少，治療成本低于手術(shù)治療，患者接受程度高[2-3]。本文將從生物力學(xué)和運(yùn)動療法兩個角度，對于太極拳在預(yù)防和治療膝骨性關(guān)節(jié)炎方面的研究進(jìn)行探討。

1 KOA的發(fā)生與生物力學(xué)變化

膝關(guān)節(jié)的動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和靜態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，共同維持著其生物力學(xué)的平衡，但主要依賴于骨周圍軟組織的正常形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能。骨生物力學(xué)穩(wěn)定是非常重要的，在骨強(qiáng)度和骨量上，應(yīng)力的作用可達(dá)到40%以上。

KOA患者由于患側(cè)關(guān)節(jié)軟骨退變，關(guān)節(jié)周圍的肌群與韌帶緊張程度降低致使下肢力線向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)，隨之引起關(guān)節(jié)中心至地面反作用力之間的長度增加，致使關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩增大，關(guān)節(jié)應(yīng)力增加，載荷變大。根據(jù)Wolff定律，機(jī)械應(yīng)力與骨組織之間存在一定的平衡關(guān)系，骨組織基于力學(xué)環(huán)境會產(chǎn)生適應(yīng)性變化。異常生物力學(xué)應(yīng)力刺激會使成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)移，軟骨和軟骨下骨的彈性模量增加，形成一個較惡劣的力學(xué)微環(huán)境，擾亂骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)?，F(xiàn)被各方公認(rèn)，與KOA的發(fā)生密切相關(guān)的因素有體重、細(xì)胞因子、生活環(huán)境、氧分壓、自由基、神經(jīng)肌肉控制等，而關(guān)節(jié)軟骨生物力學(xué)改變是KOA高發(fā)的根本原因[4-5]。因此在臨床康復(fù)上，生物力學(xué)異常越來越多的得到重視，軟骨退變、膝關(guān)節(jié)應(yīng)力失衡、軸向力線異常和內(nèi)收力矩增大，經(jīng)常作為診斷KOA的生物力學(xué)指標(biāo)。

2 運(yùn)動療法的作用機(jī)理

運(yùn)動療法的根本機(jī)理是恢復(fù)應(yīng)力平衡。正常的應(yīng)力范圍在100到1000微應(yīng)變。在疾病發(fā)生的早期，中低強(qiáng)度的運(yùn)動訓(xùn)練，對于改善關(guān)節(jié)力學(xué)微環(huán)境有顯著療效。運(yùn)動療法分類方法目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，較為常用的包括ROM訓(xùn)練、肌力分級訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練等，還有水上運(yùn)動、陸地運(yùn)動等方式[6]。從目前國內(nèi)外的研究上來看，運(yùn)動療法主要是從物理、化學(xué)因素兩個方面來產(chǎn)生影響的。

2.1 物理因素刺激 骨的結(jié)構(gòu)可隨外界物理環(huán)境的改變而變化。目前認(rèn)為，作用于骨骼的直接外力可分為肌肉起止點對骨骼的牽拉作用和與其他物體接觸的反沖力（包括由于重力作用身體下落來自地面的反作用力）。有學(xué)者研究表明，由于背部的專一大量劇烈運(yùn)動，導(dǎo)致劃船訓(xùn)練者的脊椎骨密度明顯高于舞蹈和徑賽訓(xùn)練者。也有學(xué)者的實驗得出了類似的結(jié)論，運(yùn)動后的骨密度明顯高于運(yùn)動前，且跳繩運(yùn)動比足球運(yùn)動能更好地提高全身骨密度。我國研究者通過對從事高強(qiáng)度訓(xùn)練8年以上運(yùn)動員骨密度的測定，發(fā)現(xiàn)以松質(zhì)骨為主的腰椎骨或以密質(zhì)骨為主的橈骨的BMD峰值均較正常普通大眾高[7]。在羅冬林等人的研究[8]發(fā)現(xiàn)，排球運(yùn)動可顯著提高腰椎和骨盆部位的骨密度。

骨組織的這種“功能適應(yīng)性”，是以骨陷窩和骨小管網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的，其具有感應(yīng)和傳導(dǎo)機(jī)械信號的作用[9]。運(yùn)動負(fù)荷直接作用于骨組織，骨陷窩和骨小管網(wǎng)絡(luò)作為感受器接受應(yīng)力刺激，通過骨小管液的流動將剪切應(yīng)力傳遞給成骨細(xì)胞、骨內(nèi)膜細(xì)胞和骨細(xì)胞，從而引起肌動蛋白骨架發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)，同時促進(jìn)外源性Ca+流入細(xì)胞以及光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大量釋放內(nèi)源性Ca+，加速細(xì)胞核中PG的翻譯和表達(dá)的過程，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)張力增加，導(dǎo)致骨生長大于骨吸收，骨量增加[10]。

運(yùn)動負(fù)荷另一方面可通過影響肌力大小間接影響骨的強(qiáng)度，包括運(yùn)動過程中肌肉收縮作用于骨骼產(chǎn)生的軸向拉力、扭轉(zhuǎn)力、彎曲力和剪切力等的間接刺激。肌肉和骨骼形成一個整體，同時骨骼作為一個動力學(xué)器官，其內(nèi)部會產(chǎn)生相應(yīng)變化來保持穩(wěn)態(tài)，即當(dāng)肌力增加時，骨骼所受應(yīng)力增加。骨組織通過產(chǎn)生應(yīng)變保持骨表面應(yīng)力的正常分布，應(yīng)變隨應(yīng)力變化的區(qū)間極限點稱為“調(diào)控點”。當(dāng)應(yīng)變低于下極限點時，骨吸收大于骨生長，骨量減少，且有疲勞性骨折的風(fēng)險。當(dāng)應(yīng)變位于上下極限點之間時，骨吸收等于骨生長，骨量恒定。當(dāng)應(yīng)變超過上極限點時，骨生長大于骨吸收，骨量增加。已有研究證實了這個結(jié)論，短跑和中距離跑可以顯著提高骨密度，而運(yùn)動負(fù)荷過大的馬拉松運(yùn)動員，往往會出現(xiàn)骨密度下降的現(xiàn)象[11-12]。

2.2 化學(xué)因素干預(yù) 臨床上通常選用非甾體類抗炎藥（NSAIDs）、曲安奈德、5-羥色胺和去甲腎上腺素再攝取抑制劑（SNRIs）等藥物進(jìn)行干預(yù)，具有一定的胃腸道反應(yīng)或肝腎損傷等不良反應(yīng)。而運(yùn)動可以通過直接影響某些激素的合成分泌，來調(diào)節(jié)骨代謝。有學(xué)者實驗研究[13-14]發(fā)現(xiàn)，可對骨量產(chǎn)生影響的激素有性激素、骨鈣素和生長激素等。運(yùn)動對骨骼的刺激作用在于可刺激促進(jìn)骨生長的激素或細(xì)胞因子的合成與分泌，同時抑制促進(jìn)骨吸收的激素或細(xì)胞因子的活性，導(dǎo)致骨生成大于骨吸收，使骨礦物質(zhì)增加。有研究證實，進(jìn)行抗阻運(yùn)動和耐力訓(xùn)練等可對骨骼產(chǎn)生直接刺激，上調(diào)骨保護(hù)素水平，顯著提高OPG/RANKL的比例，明顯增加骨密度，提高骨質(zhì)量[15-16]。運(yùn)動還可以引導(dǎo)II型糖尿病患者骨髓腔內(nèi)間充質(zhì)干細(xì)胞的分化途徑，提高患者成骨細(xì)胞或骨細(xì)胞的合成，增加骨鈣素的含量[17]。Fujimura等[18]通過對中青年（23～31歲）進(jìn)行每周3次的舉重練習(xí)，抗阻訓(xùn)練1個月后，血清骨鈣素含量、血清骨堿性磷酸酶活性顯著升高并維持了4個月，由此證實，抗阻訓(xùn)練可促進(jìn)骨的形成和增長。

運(yùn)動干預(yù)骨代謝的過程中，常伴有某些細(xì)胞因子或礦物質(zhì)的參與，例如Ca+、維生素D、轉(zhuǎn)化生長因子、NO、前列腺素、白細(xì)胞介素、OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子、腫瘤壞死因子等作為媒介物質(zhì)，參與機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為生化信號的過程。Chan等研究[19]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后白細(xì)胞介素轉(zhuǎn)錄底物水平增加，其可能是由于肌肉促炎性細(xì)胞因子的刺激促進(jìn)作用或細(xì)胞因子的重配布等原因。Kerschan等人[20]通過檢測18名進(jìn)行超長馬拉松運(yùn)動員骨代謝,發(fā)現(xiàn)在長跑結(jié)束和3 d后，血清中骨吸收指標(biāo)I型膠原羧基末端肽、骨保護(hù)素、RANKL的含量增加。這表明OPG-RANKL-RANK系統(tǒng)受到運(yùn)動員的超長距離跑步運(yùn)動的影響，最終在促進(jìn)骨吸收的同時，抑制骨生成的過程，骨代謝暫時性地顯現(xiàn)出解偶聯(lián)的現(xiàn)象。

其次，運(yùn)動可以提高骨組織的血流量，各系統(tǒng)的器官功能，促進(jìn)新陳代謝，改善骨骼肌的組織學(xué)結(jié)構(gòu)[21]。另有學(xué)者通過調(diào)查家族中骨折發(fā)病史與骨量之間的關(guān)系，提出正常人群峰值骨量及BMD可能受維生素D受體等位基因和雌激素受體基因的調(diào)控的觀點。但運(yùn)動對于這兩種基因的影響與關(guān)系尚未報道，可為我們在分子生物學(xué)角度上探究運(yùn)動訓(xùn)練的機(jī)理找尋了一個研究方向。

3 太極拳與膝骨性關(guān)節(jié)炎

太極拳是我國流傳已久的并整合陰陽五行、臟腑經(jīng)絡(luò)等中醫(yī)學(xué)說形成的一種剛?cè)岵?jì)、動靜兼修的導(dǎo)引術(shù)，如今常被用于臨床康復(fù)訓(xùn)練[22]。通常把以增強(qiáng)體質(zhì)、改善病理狀態(tài)、鍛煉身體為目的的這類稱之為健身太極，如今隨著當(dāng)代人的傳承與發(fā)展，演變出二十四式簡化版、四十八式、三星式，根據(jù)所輔助的器具不同，又分為太極扇、太極刀、太極劍等多樣化形式。一般來說，鍛煉者通常要求與呼吸運(yùn)動相結(jié)合，達(dá)到氣、意、力、身、形、神六者的結(jié)合，氣脈相通，相輔相行的境界。

太極拳動作具有獨特的時空和運(yùn)動特性，它的移動軌跡多呈圓形、弧形、螺旋形。相較于直線形動作的剛性武術(shù)而言，圓弧形動作符合正常人體解剖學(xué)的生理結(jié)構(gòu)，也更為注重強(qiáng)身健體和修身養(yǎng)性等方面，如太極拳中的抱球樁、手揮琵琶、云手、單鞭等招式。同時由于練習(xí)者大部分時間處于屈膝半蹲狀態(tài)，太極拳運(yùn)動的重心較低且移動節(jié)奏較為緩慢，這對于保持正常直立姿勢和穩(wěn)定性是不利條件，從不適應(yīng)到適應(yīng)困難的過程，改善并提高了平衡能力和下肢膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的肌肉力量和穩(wěn)定性[23]。

太極拳作為一種動態(tài)肌肉收縮和全身放松交替進(jìn)行的運(yùn)動，這種動力學(xué)的活動特點經(jīng)大量研究證實對心肺功能、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)均有較好的作用，尤其對下肢本體感覺功能的影響更為重要。有很多資料表明，KOA患者在本體感覺敏感度、膝關(guān)節(jié)屈曲和伸展肌力、肢體協(xié)調(diào)和行走姿態(tài)等感覺運(yùn)動方面存在嚴(yán)重缺陷。長期太極拳鍛煉可通過刺激膝關(guān)節(jié)周圍軟組織內(nèi)部的本體感受器，可顯著改善老年人膝關(guān)節(jié)的本體感覺。葉佳佳等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，長期規(guī)律性進(jìn)行太極為代表的有氧運(yùn)動鍛煉，可以有效地提高其靜態(tài)平衡穩(wěn)定協(xié)調(diào)能力，具有良好地養(yǎng)老保健作用，總體上改善老年KOA患者的本體感覺敏感度。Xu等[25]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常練習(xí)太極的老年人，在踝、膝關(guān)節(jié)部位顯現(xiàn)出比長期久坐的人更好的本體感覺。太極拳對本體感覺的巨大影響，可能是老年人保持平衡穩(wěn)定的重要因素。

我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，KOA歸屬于肝腎陰虛、氣血瘀滯范疇。郭躍等[26]按中醫(yī)證候特點將膝骨性關(guān)節(jié)炎分為血瘀氣滯型、脾腎陽虛型、肝腎虧虛型三類臨床常見證型，治療則應(yīng)多以補(bǔ)腎活血、強(qiáng)壯筋骨的為主。KOA是老年人的慣發(fā)病，由于老年人生理器官功能的逐步衰退，筋脈失養(yǎng)，并不適合大幅度、迅速且高強(qiáng)度的鍛煉方式。有相關(guān)循證研究[27]分析，在中等外力的作用下，即可引起骨量的少量增加或組織骨的持續(xù)丟失。一般為了達(dá)到訓(xùn)練肌力的效果，對于運(yùn)動負(fù)荷的要求是達(dá)到健康成年人VO2max的60%～70%或最佳燃脂心率（即最大心率的70%～85%）[28]。太極拳運(yùn)動強(qiáng)度低、動作柔緩、運(yùn)動量適當(dāng)，是老年人健身鍛煉的最佳選擇。太極拳在我國歷史悠久，經(jīng)過幾千年的傳承與發(fā)展，其功法技巧注重每個動作的幅度、頻率、變化范圍、用力大小、呼吸節(jié)奏以及肢體動態(tài)平衡。雖然運(yùn)動強(qiáng)度不大，但同樣可以增加鍛煉者的肌肉豐富度。如今，由于其場地不受限制、易于推廣的特點，在韓國、日本、歐美地區(qū)亦有大量訓(xùn)練者，也吸引了大量國外學(xué)者的研究與討論。在2012年發(fā)表的《骨關(guān)節(jié)非手術(shù)和藥物治療指引》中，美國風(fēng)濕病協(xié)會明確的將太極拳列為一種重要的KOA運(yùn)動干預(yù)方式[29]。且大量研究已經(jīng)證實了太極拳應(yīng)用于KOA的療效。Bennell等[30]研究發(fā)現(xiàn)，太極有助于緩解疼痛，提高成年人患膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的物理功能。Lee的研究[31]中，通過指導(dǎo)KOA患者進(jìn)行維持12周的孫氏太極訓(xùn)練，結(jié)果比對照組疼痛明顯緩解，說明太極可有效控制KOA患者的疼痛。在徐璐等的實驗研究中[32]，進(jìn)行2個月二十四式簡化太極拳訓(xùn)練后的KOA患者，其膝關(guān)節(jié)功能障礙恢復(fù)程度較好，疼痛癥狀減輕。證明了太極拳對于KOA的積極作用。

文獻(xiàn)表示，太極拳鍛煉作為臨床康復(fù)手段，尚未發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)嚴(yán)重明顯的副作用或不良反應(yīng)。同時與水療、自我護(hù)理及常規(guī)藥物手術(shù)治療相比，太極拳鍛煉更適合患者康復(fù)需求。在國外的研究[33-34,37]中，并未出現(xiàn)與太極訓(xùn)練有關(guān)的嚴(yán)重不良事件，皆僅出現(xiàn)了暫時性的肌肉酸痛以及下肢關(guān)節(jié)處的疼痛。Fransen等[35]的實驗通過比較不同種非藥物手術(shù)治療的影響，發(fā)現(xiàn)改良二十四式孫氏太極拳鍛煉的KOA患者，比接受水療的KOA患者具有更高的功能恢復(fù)水平。Lee的實驗[36]發(fā)現(xiàn)，太極拳鍛煉組在減輕疼痛程度方面明顯優(yōu)于水療實驗組、自我獨立護(hù)理實驗組。因此認(rèn)為，太極拳更適合作為KOA的康復(fù)手段。

太極拳鍛煉作為康復(fù)運(yùn)動療法的一種，其作用與療效得到廣泛認(rèn)可，但可以很好改善患者癥狀并能使訓(xùn)練效果可長期維持的恰當(dāng)?shù)腻憻挄r間及頻率等并未得到量化。Brismee等[37]對41例KOA患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在第12周時，進(jìn)行簡化太極拳鍛煉的KOA患者，膝關(guān)節(jié)疼痛程度較訓(xùn)練之前顯著改善，但所有的良性改進(jìn)在停止太極拳訓(xùn)練6周后消失。

4 展望

KOA的臨床治療方法多種多樣，包括藥物、手術(shù)、細(xì)胞因子、運(yùn)動、局部療法和干細(xì)胞療法等，現(xiàn)均以緩解疼痛、延緩病程進(jìn)展、保護(hù)關(guān)節(jié)、改善生活質(zhì)量為治療目標(biāo)。運(yùn)動療法作為非藥物手術(shù)治療的重要環(huán)節(jié)，臨床上逐漸形成了以中國傳統(tǒng)運(yùn)動訓(xùn)練項目為核心的康復(fù)治療處方。太極拳作為中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)文化的代表，結(jié)合藥物輔助治療KOA是安全且有效的，而具體應(yīng)采用何種藥物來制定個性化運(yùn)動處方以及太極拳本質(zhì)特征仍需探究。還有部分文獻(xiàn)提出，膝骨性關(guān)節(jié)炎與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病存在一定內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，如骨密度、骨顯微結(jié)構(gòu)及生長因子等方面，但具體機(jī)制仍不明確。從骨骼微觀結(jié)構(gòu)和細(xì)胞生物力學(xué)角度對兩者關(guān)系的進(jìn)一步探討，有助于我們在臨床上對這兩種疾病進(jìn)行有針對性的預(yù)防和治療。