高強度間歇訓練在慢性膝關節(jié)炎患者中的研究進展

李寅翠，蔡春連

（銅仁學院大健康學院，貴州 銅仁 554300）

慢性膝關節(jié)炎好發(fā)于中老年人群，隨人口老齡化，其患病率和發(fā)病率逐年上升，致殘率高達53%，造成嚴重的經濟負擔[1,2]。主要癥狀包括膝關節(jié)疼痛和僵硬，功能障礙，活動受限[3]。因日常身體活動減少進一步加速年齡相關的肌肉質量損失，特別是膝關節(jié)周圍肌肉，出現(xiàn)肌肉減少癥[4]。膝關節(jié)周圍肌肉力量減弱，關節(jié)軟骨磨損加重，引發(fā)一系列相關癥狀，如炎癥、關節(jié)不穩(wěn)等，也可能會增加肥胖和代謝綜合征的風險，從而出現(xiàn)惡性循環(huán)，進一步加劇患者的進展和嚴重程度，最終導致患者不能活動，出現(xiàn)殘疾和健康相關并發(fā)癥[5]。美國骨科醫(yī)師協(xié)會（American Academy of Ortho‐pedic Surgeons,AAOS）強力推薦力量訓練、有氧運動、參與與國家指南一致的體力活動以及減重來治療管理膝關節(jié)炎患者[6]。既往系統(tǒng)評價和薈萃分析[7,8]也表明，多種形式的運動可以改善中、老年膝關節(jié)炎患者的身體成分、身體功能、代謝健康指標和生活質量。運動方式多集中在中、低等強度力量訓練、有氧訓練等，存在運動時間持續(xù)較長，一般在30-60min/次，運動過程單調乏味，眾多患者難以堅持。近年有研究表明高強度的訓練似乎比中、低等強度訓練更有效[9-12]。

高強度間歇訓練（High-Intensity Interval Training,HIIT）即在短時間極量的運動，間歇期將運動強度降至中低等輕度或完全放松狀態(tài)。通過高強度、低強度分段交叉間歇訓練，延長耗氧時間，是一種短時、高效的運動方式[13]。目前已廣泛應用在健康人群和其它慢性疾病組（如超重/肥胖、心血管疾病、癌癥和2型糖尿?。┑姆乐?，在提高慢性病人群的有氧適能、胰島素敏感性、改善體脂含量和分布、血液生化指標、身體成分、骨骼肌肉活化等方面有顯著效果，其安全性、有效性和益處均得到證實[14-16]。此外，HIIT 還具有較好的依從性、趣味性[17,18]，降低疲勞程度[19]。HIIT 應用于慢性膝關節(jié)疾病患者及圍手術期患者的研究也逐漸增多，但運動處方、適宜人群及運動效果均不明確。因此，本文對已有的文獻進行分析，探尋HIIT 在膝關節(jié)炎患者中的安全性和有效性，并對進一步的研究提供參考。

1 高強度間歇訓練在膝關節(jié)炎患者中的應用

1.1 HIIT與膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者

膝關節(jié)骨性關節(jié)炎（Knee Osteoarthritis,KOA）是一種慢性、退行性關節(jié)病變，嚴重威脅中老年人身心健康。國際指南建議通過促進活動和參與定期體育鍛煉來治療管理膝骨關節(jié)炎[20]。Dunlop DD 等[21,22]研究表明每周一小時的中等強度劇烈活動可降低KOA致殘率，且隨活動量的增加致殘風險下降。既往提倡進行中等強度連續(xù)訓 練（moderate-intensity continuous training,MICT），然而近年的研究表明，HIIT 對KOA 患者的益處可能優(yōu)于MICT[9,23]。

Grigg J 等[23]將27 名KOA 患 者 隨 機 分 到MICT 組（3min 熱身運動、20min 以60-80 轉/分鐘的節(jié)奏中等強度循環(huán)、2min 放松，強度定義為患者能夠說出完整的句子，如果患者出現(xiàn)氣喘吁吁，則囑其放慢速度）和HIIT 組（7min 熱身、強度逐漸增加、5×45s 以110 轉/分鐘高強度循環(huán)、間歇期以70 轉/分鐘持續(xù)90s、6-7min 放松，強度定義為患者在練習期間很難說出完整句子），兩組均參與每周4 次，每次25min，持續(xù)8 周的無人監(jiān)督家庭自行車運動后，結果顯示兩組均顯著改善西安大略省和麥克馬斯特大學骨關節(jié)炎指數(shù)（West‐ern Ontario and McMaster Universities Osteoarthri‐tis Index, WOMAC 評分）、30s 坐立試驗（Sit to Stand，STS）、計時起立行走實驗（Timed Up and Go，TUG），兩組的Lequesne 指數(shù)，步行速度或身體成分均未觀察到明顯變化，而HIIT 組STS 和TUG 測試結果明顯優(yōu)于MICT 組。Keogh JWL等[10]報告了將40 名中老年KOA 患者分為兩組，分別進行8 周的MICT 和HIIT，初步證明了其有效性和安全性。Mangione, K 等[24]將39 名OA 患者隨機分為高強度（70%HRR）或低強度（40%HRR）騎自行車訓練，進行10 周，每周3 次，每次25min。結果顯示在步行速度，總體疼痛緩解程度和有氧能力活動范圍等方面有顯著改善，且高強度訓練組并未增加患者的急性疼痛。

上述研究表明，以功率自行車為主高強度訓練在KOA患者膝關節(jié)功能、疼痛及日常生活活動能力上比中、低強度訓練更加明顯。但在身體成分沒有明顯差異，未來仍需進一步研究HIIT 與KOA康復效果之間的關系。

1.2 HIIT與類風濕性關節(jié)炎患者

類風濕關節(jié)炎（Rheumatoid Arthritis, RA）是一種慢性、炎癥性、系統(tǒng)性疾病，不但影響運動系統(tǒng)，還累及心臟、腎臟、呼吸等系統(tǒng)，嚴重影響正常生活和工作。目前的美國健康指南和風濕病學會都建議風濕性關節(jié)疾病患者進行短期中到高強度有氧訓練以提高肌肉力量和質量、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 患者可以達到強化鍛煉計劃。Bartlett DB 等[27]將12名RA 患者進行自身前后對照研究，進行10 周高強度間歇行走（3 次/周、30min/次，高強度10×60s 、80-90%VO2peak，間歇期50-60%VO2peak），結果顯示干預前后身體成分變化較小，但在心肺健康中相對和絕對有氧能力的變化增加了9%（P＜0.001），靜息血壓和心率均降低（P＜0.05）。干預后28 個關節(jié)疾病活動評分（DAS28）降低了38%（P= 0.001），紅細胞沉降率（ESR）和關節(jié)腫脹的顯著減少，患者自我感知健康明顯改善。未觀察到炎癥標志物IL-1β，IL-6，CXCL-8，IL-10，CRP或TNF-α 的變化。Sandstad J 等[28]將7 名RA 患者和11名成人幼年特發(fā)性關節(jié)炎（juvenile idiopath‐ic arthritis，JIA）女性患者，年齡20-50 歲，進行10周功率自行車鍛煉(HIIT：2 次/周，每次熱身10min，強度訓練4×4min、最大心率（HR max）85-95%，間歇期1min、HR max 不超過70%)，研究結果示，通過HIIT 訓練后，患者最大攝氧量（VO2max）增加12.2%，心率恢復增加2.9%（P＜0.05）。BMI、體脂、腰圍分別下降1.2%、1.0%和1.6%，而肌肉質量增加0.6%（P＜0.05），紅細胞沉降率（CRP）呈降低趨勢。de Jong Z等[29]研究表明為期2年長期的高強度運動訓練有效減緩骨密度的流失，增加肌肉力量和有氧適應性。

上述研究表明穩(wěn)定期風濕性膝關節(jié)炎患者進行高強度間歇訓練，可較好的耐受運動鍛煉計劃，增加關節(jié)活動能力，且在心血管健康狀況和先天免疫功能方面也得到改善，感染風險、炎癥反應也隨之降低，且長期的高強度運動對骨密度也有改善。但研究的樣本量較小，不足以代表HIIT 對類風濕性關節(jié)炎患者的普適性，未來仍需開展大樣本研究進一步明確其效果。

1.3 HIIT與膝關節(jié)炎行全膝關節(jié)置換術患者

全膝關節(jié)置換術（total knee arthroplasty,TKA）是膝關節(jié)疾病終末期減輕疼痛和改善功能的最常見和有效的治療方法。但在TKA 后的第一個月，股四頭肌肌力下降到術前水平的60%，功能表現(xiàn)急劇下降達88%，TKA術后12個月與同齡健康人群對照相比，步行速度減慢18%，爬樓速度減慢51%[31]?？梢?，圍手術期下肢肌肉力量是手術效果的重要保證。

Calatayud等[30]將44名60歲以上終末期骨關節(jié)炎（OA）擬行單側TKA 患者隨機分為干預組（15min 熱身活動，2×20 次直腿抬高，5×10 次坐式壓腿、膝關節(jié)伸直、彎曲、髖部外展、間歇期60s，4×30s 雙腿站立，4×15s 單腿站立平衡訓練，5min輕度靜態(tài)拉伸放松，為期8 周、3 次/周）和常規(guī)組。結果顯示，術后膝關節(jié)屈曲、伸直，髖部外展，VAS，WOMAC，ROM，TUG,STS,SF-36 均優(yōu)于常規(guī)組，干預組和常規(guī)組住院時間也有顯著（4.5±0.9 vs 6.4±1.1；P＜0.001）差異。Casa?a J 等[11]報道用上述方法訓練8 周后采用Romberg 測試（ICC范圍為0.87～0.98）結合NedSVE/ IBV 測力平臺（測量誤差小于2%）測試患者平衡功能情況。結果顯示，運動干預8 周后及術后干預組的壓力中心區(qū)域（The Center of Pressure area，COP）較低（即得分較高），睜眼Romberg 測試的COP 前后范圍較低，干預后8 周的閉眼Romberg 測試的COP前后范圍較低。可見，術前高強度間歇力量訓練可有效改善TKA 術前和術后早期的姿勢控制能力。Bade MJ 等[31]將8 名參加高強度間歇康復計劃（HI 組）的患者與8 名參加低強度康復計劃（對照組）的年齡、性別匹配的患者進行比較。術前、術后3.5、6.5、12、26 和52 周對患者進行評估。結果顯示兩組之間ROM 和疼痛無差異，但在3.5 周和12周（康復結束）時間點，HI組與對照組相比具有更好的功能性能和股四頭肌強度（P＜0.05）。在52 周的時間點，與對照組相比，HI 組持續(xù)表現(xiàn)出更 好 的 功 能 性 能（P＜0.05），包 括SCT、TUG、6MW。同時具有更大的股四頭肌強度。該研究兩組患者術后平均住院時間為3 天，出院后兩組均接受家庭鍛煉計劃（home exercise program,HEP）包括ROM 練習、股四頭肌、髖關節(jié)外展肌、髖伸肌和足底屈肌的負重和非負重加強練習。常規(guī)組完成8 周內16 次門診進行物理治療進行抗阻運動包括膝關節(jié)伸展、直腿抬高、髖部外展、站立勾腿，以2×10次開始、逐次增加，增加重量最大為4.5kg。HI 組進行12 周25 次基于機器的高強度間歇抗阻訓練。

以上研究表明，術前短期和術后早期高強度間歇康復鍛煉比漸進性阻力訓練股四頭肌激活傾向更大，從而預防肌肉萎縮，有效增強患者下肢肌肉力量，改善平衡能力，顯著提高患者日常生活活動能力，如行走、上下樓梯等。

2 高強度間歇訓練的依從性

Keogh JW 等[23]報告有興趣的50 名潛在參與者中有27名（54%）參加研究，27名參與者中有17名完成了試驗（退出率為37%）；主要退出原因是與運動無關的疾病和家庭有關的問題。在完成試驗的17 名參與者中，運動依從性非常高（HIIT 94%;MICT 88%）。Casa?a J 等[11]招募186 名受試者中，57 名患者不符合納入標準，79 名拒絕參加調查（主要是因為居住在城市以外交通困難）。在剩下的50 名患者中，有6 名受試者因不同原因退出研究，其中包括：三名參與者有術后并發(fā)癥；一名患者不想繼續(xù)研究；兩名患者決定不進行研究干預，直接進行手術；一人搬到另一個城市。最后，44 名患者（7 名男性，37 名女性）分為兩組，每組22 人參加了研究。手術后，干預組中的19名患者參加了醫(yī)院的所有康復治療（100%依從性），而該組中的3 名患者參加了13 次治療（合格率為72%）。在對照組中，所有患者都參加了所有康復治療（100%依從性）。Thomsen RS 等[32]報告95%完成訓練日記，78%完成所有訓練課程，1名因腦卒中后遺癥退出HIIT。Bartlet DB 等[27]報告參與者完成了99%的鍛煉計劃。

上述研究表明患者參與運動的依從性與家庭、環(huán)境、交通以及與運動無關的疾病等因素有關，在參與研究的患者中，HIIT 的患者依從性明顯優(yōu)于MICT組患者。

3 高強度間歇訓練的安全性

HIIT 的安全性已在其它慢病中得到證實[33]，但關于HIIT 運動對慢性關節(jié)炎患者肌肉骨骼疾病的健康狀況，肌肉量，力量或功能的測量的影響的文獻有限[28]。導致這種缺乏研究的一個問題是可能對膝關節(jié)疾病患者的這項運動的安全性產生的擔憂，特別是如果這項運動是在家中或健身中心無人監(jiān)督的情況下進行的。高強度運動可能導致是肌肉骨骼問題，如肌肉拉傷、關節(jié)疼痛、腫脹[34]。但Sandstad J 等[28]研究在10 周的高強度間歇訓練中，并未發(fā)現(xiàn)與運動有關的不良反應。Bade MJ 等[35]在TKA 患者術后進行HIIT 是安全可行的，無任何肌肉損傷情況的發(fā)生。然而，Regnaux JP 等[9]報告1000 人中有17 人報告了與高強度鍛煉計劃相關的不良影響，高強度運動導致將近2%的人受到不良影響，但并未發(fā)生嚴重不良事件。Keogh JW 等[23]報告在參與為期8周每周4次的訓練中，27名患者中有三個人（一個在MICT 中，兩個在HIIT 組中）報告了不良事件，總共報告了28 次加重膝關節(jié)腫脹，其中24 次歸因于一個HIIT參與者（32次中完成25次）。

可見，在嚴格納排標準后，仍有少數(shù)患者受到不良影響，HIIT 在膝關節(jié)炎患者中的安全性仍存在一定的爭議。未來的研究尚需進一步明確HIIT在膝關節(jié)炎患者中的適用人群。

4 小結

4.1 高強度間歇訓練應用于關節(jié)炎患者的人群特征

以往的研究人群主要涉及膝關節(jié)骨性關節(jié)炎[10,23]、類風濕性關節(jié)炎[27]、銀屑病關節(jié)炎[32]、幼年特發(fā)性關節(jié)炎[28]以及全膝關節(jié)置換術患者[35-37]。研究對象年齡在18-85 歲之間[23,31,32]，平均年齡在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之間[11,27]，排除標準：有明顯高血壓、血糖，未得到控制的患者[31]；嚴重心臟疾病，如有心律失常、心肌缺血病史或處于不穩(wěn)期的缺血性心血管疾病患者[10,23,32]；BMI＞35kg/m2[31]；有神經損傷，對側肢體出現(xiàn)嚴重疼痛，嚴重雙下肢骨科疾病，無法獨立行走[27]，有運動禁忌癥的患者[11,31]；嚴重的肺部疾病患者,妊娠、哺乳、藥物或酒精成癮,干預期間預期需要使用抗風濕藥物（DMARDs），活動期關節(jié)炎[32]；前一年做過另一側髖、膝關節(jié)置換術[11]；定期運動訓練的患者[28]。在以后的研究仍需嚴格納排標準，專業(yè)人士監(jiān)督指導，制定個體化的HIIT運動方案，降低HIIT相關的不良反應。

4.2 高強度間歇訓練運動處方的類型

既往高強度間歇訓練運動處方包括熱身運動、強度訓練、間歇恢復和放松[13]。在膝關節(jié)炎患者運動方式多種多樣，主要包括跑步[27]、步行[27,38]、器 械 運 動[31,36]、徒 手 運 動[11]、騎 自 行車[10,24,28,32]、水中訓練[39,40]等。運動時間主要集中在6-12 周[23,32,37]，每周2-4 次，每次訓練中進行多次短時間（30s～4min）高強度的訓練,在兩次訓練之間有適當?shù)拈g歇,間歇時間在45s～90s 不等，可根據(jù)患者情況適當延長，并在間歇期進行中低強度的訓練或完全休息, 總運動時間較短，一般不超過30min。運動強度原則主要以患者主觀感受能承受最大強度[31]。

負重訓練逐次極量增加重量，間歇期完全放松，增重范圍在2-4.5kg[11,31]；騎功率自行車高強度訓練強度60-110轉/min，間歇期轉速下降至60-80轉/min[10,23,32]；HIIT 步行、跑步訓練高強度期心率儲備（Heart rate reserve ，HRR）在70%-90%之間，間歇期心率儲備為50%-60%[24,27]。水中訓練項目能更好的減輕膝關節(jié)負荷，但在臨床應用中不便于開展，且費用昂貴。器械運動需有專業(yè)的儀器設備和專業(yè)人士指導。而跑步、步行、徒手運動操作簡單，不受環(huán)境、時間等因素的限制，但部分以家庭為基礎的運動設計限制了客觀量化兩組參與者進行的運動的頻率，持續(xù)時間和強度。由于缺乏此類數(shù)據(jù)，無法量化研究中評估的可行性和療效結果的劑量-反應關系，未來的研究可用心率監(jiān)測器、循環(huán)測力儀等其它儀器客觀記錄患者運動強度。

4.3 局限性

目前的研究表明，對慢性膝關節(jié)炎穩(wěn)定期患者、TKA患者圍手術期進行HIIT訓練在膝關節(jié)功能、平衡能力、身體成分、心血管健康、免疫等方面有良好的療效，能顯著提高患者日常生活活動能力，改善運動依從性，但在安全性上，仍存在一定的爭議。目前關于HIIT 康復方案在慢性膝關節(jié)炎患者中的應用研究相對很少，已有的研究樣本量較小，運動處方各有不同，尚需進一步開展大規(guī)模臨床研究明確慢性膝關節(jié)疾病患者康復運動危險分層相應的運動處方，制定合理的訓練參數(shù)，以便為慢性膝關節(jié)疾病患者提供更科學的運動方案。