不同收縮方式的血流限制訓(xùn)練對膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者股內(nèi)側(cè)肌功能及形態(tài)學(xué)的影響觀察

李鵬程, 俸 玉, 陳小霞, 陳岳峰, 李維仁, 黃 麗, 姚 娜

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)是一種慢性退行性疾病,常發(fā)生于中老年人,以膝關(guān)節(jié)軟骨及周圍軟組織受累為主,其臨床癥狀主要為膝關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、活動受限,以及肌萎縮、肌無力等[1]。隨著人口老齡化加劇,KOA發(fā)病率呈逐年上升趨勢。近年我國的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,癥狀性KOA的人群患病率達(dá)8.1%[2]。因此,有效防治KOA不僅可以改善中老年人的生活質(zhì)量,還可以減輕社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。血流限制(blood flow restriction,BFR)訓(xùn)練是一種新型訓(xùn)練方法,在訓(xùn)練過程中佩戴加壓裝置以限制肢體靜脈血回流,通過減少肢體動脈血灌注來刺激機(jī)體產(chǎn)生一系列反應(yīng),從而達(dá)到增加肌肉體積、提升肌肉力量的效果[3-4]。在BFR作用下,僅需一次重復(fù)最大重量(one-repetition maximum,1RM)的20%～30%便能增強(qiáng)肌肉力量,提高肌肉適應(yīng)性[5-6]。本研究旨在通過表面肌電分析系統(tǒng)、超聲儀等技術(shù)方法比較BFR訓(xùn)練、等長訓(xùn)練、等張訓(xùn)練對KOA患者股內(nèi)側(cè)肌(vastus medialis oblique,VMO)功能及形態(tài)學(xué)的影響差異,為臨床治療KOA提供參考。

1 對象與方法

1.1研究對象 招募2021年6月至2023年6月昆明市中醫(yī)醫(yī)院收治的KOA患者108例,KOA Kellgren-Lawrence X線分級(KOA K-L分級)為2～4級,采用隨機(jī)數(shù)字表法將其分為A觀察組、B觀察組和對照組,每組36例。三組基線資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見表1,具有可比性。本研究獲昆明市中醫(yī)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審查批準(zhǔn),研究對象簽署知情同意書。

表1 三組基線資料比較

1.2納入、排除和剔除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合《中國骨關(guān)節(jié)炎診療指南(2021年版)》[7]中關(guān)于KOA的診斷標(biāo)準(zhǔn);(2)雙膝KOA K-L分級為2～4級;(3)年齡40～75歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、膝關(guān)節(jié)結(jié)核、膝關(guān)節(jié)腫瘤、關(guān)節(jié)內(nèi)骨折或代謝性骨病者;(2)合并嚴(yán)重心腦血管疾病、肝腎功能不全或造血系統(tǒng)疾病者;(3)合并精神類疾病者;(4)有BFR訓(xùn)練禁忌證。剔除標(biāo)準(zhǔn)：(1)依從性差,不能按時接受治療或同時接受其他治療;(2)發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng),不能繼續(xù)接受治療。

1.3治療方法

1.3.1 對照組 采用VMO等張收縮訓(xùn)練?；颊呷⊙雠P位,膝關(guān)節(jié)下墊三角墊,保持膝關(guān)節(jié)屈曲30°,在踝關(guān)節(jié)處施加30% 1RM負(fù)荷,囑患者用力伸直膝關(guān)節(jié),并保持30 s后放下。30次/組,組間休息10 s,每天共訓(xùn)練3組,每周治療5次,持續(xù)治療3周。

1.3.2 A觀察組 采用VMO等長收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練的治療方案。下肢動脈閉塞壓(lower limb arterial occlusion pressure,LOP)測量[8]：患者取仰臥位,用Theratools血流限制帶(型號：下肢大腿訓(xùn)練帶,109 cm×10 cm)纏繞于大腿近端,將GE超聲儀(型號：LOGIQ fortis,美國通用電氣)探頭置于足背動脈處,將血流限制訓(xùn)練帶加壓充氣至超聲屏幕顯示足背動脈血流完全閉塞,隨后放氣至血流出現(xiàn)的瞬間,此時血流限制訓(xùn)練帶的壓力值即LOP。將血流限制訓(xùn)練帶纏繞于大腿近端,加壓至60% LOP并持續(xù),隨后開始VMO等長收縮訓(xùn)練：患者取仰臥位,在膝關(guān)節(jié)下方放置4～5 cm高軟枕,囑患者用力下壓軟枕收縮VMO并保持90 s,30次/組,組間休息10 s,每天共訓(xùn)練3組,每周治療5次,持續(xù)治療3周。

1.3.3 B觀察組 采用VMO等張收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練。將血流限制訓(xùn)練帶纏繞于大腿近端,加壓至60% LOP并持續(xù),隨后開始VMO等張收縮訓(xùn)練,訓(xùn)練方案與對照組相同。

1.4觀察指標(biāo) 于治療前及治療3周后觀察以下指標(biāo)：(1)疼痛評分。采用視覺模擬量表(Visual Analogue Scale,VAS)評分進(jìn)行評估,總分10分,評分越高提示疼痛感越強(qiáng)。(2)大腿圍度?；颊呷⊙雠P舒適體位,應(yīng)用軟尺在大腿1/2處測量肌肉圍度。(3)VMO厚度?；颊呷⊙雠P舒適體位,采用GE超聲儀測量VMO厚度。測量位置：取大腿遠(yuǎn)端髕骨上緣至髂前上棘連線1/5處,并向內(nèi)橫向移動至大腿圍度的1/8處,在此所獲得的超聲圖像上測量淺層筋膜與深層筋膜之間的垂直距離即VMO厚度。(4)VMO肌電值。采用表面肌電分析系統(tǒng)(型號：SA7550,加拿大Thought Technology)測量VMO的均方根(root-mean-square,RMS)值和積分肌電(integrated electromyography,iEMG)值?；颊呷⊙雠P位,沿著肌纖維方向?qū)⒈砻婕‰婋姌O貼于VMO肌腹兩端,參考電極貼于腓骨頭表面皮膚,囑患者行VMO等張收縮活動,記錄RMS值和iEMG值,數(shù)值越高,提示肌肉募集越多,收縮強(qiáng)度越大。

2 結(jié)果

2.1三組治療前后左膝及右膝VAS評分比較 在治療后,三組左膝及右膝VAS評分與治療前相比均顯著降低(P<0.05)。A觀察組和B觀察組的左膝及右膝VAS評分均低于對照組,且B觀察組評分更低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表2。

表2 三組治療前后左膝及右膝VAS評分比較分]

2.2三組治療前后左、右大腿圍度比較 治療后,三組左、右大腿圍度與治療前相比均顯著增大(P<0.05)。A觀察組和B觀察組的左、右大腿圍度均大于對照組,且B觀察組圍度更大,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表3。

表3 三組治療前后左、右大腿圍度比較

2.3三組治療前后左、右腿VMO厚度比較 治療后,三組左、右腿VMO厚度與治療前相比均顯著增加(P<0.05)。A觀察組和B觀察組的左、右腿VMO厚度均大于對照組,且B觀察組VMO厚度更大,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表4。

表4 三組治療前后左、右腿VMO厚度比較

2.4三組治療前后左、右腿VMO的iEMG值、RMS值比較 在治療后,三組左、右腿VMO的iEMG值和RMS值與治療前相比均顯著增加(P<0.05)。A觀察組和B觀察組的左、右腿的iEMG值和RMS值均大于對照組,且B觀察組的指標(biāo)數(shù)值更大,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表5、表6。

表5 三組治療前后左、右腿VMO的iEMG值比較

表6 三組治療前后左、右腿VMO的RMS值比較

3 討論

3.1肌萎縮、肌無力是KOA患者肌肉功能障礙的主要特征性表現(xiàn)。有研究顯示,KOA患者股四頭肌肌力衰退程度明顯大于正常老年人,導(dǎo)致肌肉收縮速度減慢,收縮力量減弱,運動時神經(jīng)支配效率下降[9]。因此,在針對KOA患者的運動訓(xùn)練中,股四頭肌肌力增強(qiáng)訓(xùn)練可在一定程度上控制疾病進(jìn)展,改善患者臨床癥狀及膝關(guān)節(jié)功能。在股四頭肌的4個組成部分中,VMO最為重要,特別在伸膝運動的最后階段得到體現(xiàn)。于麗麗等[10]通過肌骨超聲評估中老年女性KOA患者早期膝關(guān)節(jié)周圍肌肉結(jié)構(gòu)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)VMO厚度變薄,VMO和股外側(cè)肌力量失衡。由此可見,VMO對膝關(guān)節(jié)起穩(wěn)定作用,增強(qiáng)VMO肌力能有效預(yù)防KOA發(fā)病。本研究結(jié)果顯示,經(jīng)過3周VMO肌力訓(xùn)練后,三組患者膝關(guān)節(jié)VAS評分、VMO厚度、大腿圍度,以及VMO的iEMG值和RMS值與治療前相比均得到改善,證明VMO肌力訓(xùn)練有利于減輕KOA患者關(guān)節(jié)疼痛,增加VMO厚度,提高膝關(guān)節(jié)功能。

3.2根據(jù)肌肉收縮方式不同,肌力訓(xùn)練分為等長收縮訓(xùn)練和等張收縮訓(xùn)練。等長收縮訓(xùn)練能有效預(yù)防肌肉廢用性萎縮,但在訓(xùn)練過程中缺乏關(guān)節(jié)活動的刺激,對增強(qiáng)肌肉力量、肌圍度的效果不夠理想。等張訓(xùn)練能夠有效改善肌肉萎縮,促使肌纖維增粗肥大,增強(qiáng)肌圍度、肌肉力量及肌耐力,但在訓(xùn)練時需要不斷增加抗阻負(fù)荷[11-12]。根據(jù)美國運動醫(yī)學(xué)學(xué)院建議,傳統(tǒng)肌力訓(xùn)練的抗阻力負(fù)荷最少要達(dá)60%～80% 1RM[13]。基于KOA疾病特點,大負(fù)荷抗阻力訓(xùn)練會加重關(guān)節(jié)軟骨磨損及引起關(guān)節(jié)疼痛、腫脹等,導(dǎo)致患者對運動訓(xùn)練的依從性降低。BFR訓(xùn)練起源于日本Yoshiaki Soto醫(yī)師的加壓訓(xùn)練法,其以較小負(fù)荷便能達(dá)到增強(qiáng)肌力、肌耐力及增大肌肉橫截面積的效果,訓(xùn)練效果與傳統(tǒng)肌力訓(xùn)練相當(dāng)[14]。Ferraz等[15]對KOA患者進(jìn)行12周低負(fù)荷BFR訓(xùn)練后,股四頭肌1RM增加23%,股四頭肌橫截面積增加7%。另外,秦蓓瑛和強(qiáng)乙[16]的研究顯示,BFR訓(xùn)練聯(lián)合低負(fù)荷抗阻訓(xùn)練可增強(qiáng)老年KOA患者股四頭肌力量,顯著改善膝關(guān)節(jié)功能和步行能力。本研究采用30%1RM的負(fù)荷,60% LOP,在持續(xù)性加壓下進(jìn)行等張收縮訓(xùn)練和等長收縮訓(xùn)練,結(jié)果顯示,等張收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練組和等長收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練組在大腿圍度、VMO厚度方面均較治療前改善,且等張收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練組的治療效果更優(yōu)。這可能與BFR的肌肉缺血和代謝壓力作用機(jī)制有關(guān),BFR訓(xùn)練后肌內(nèi)及血液內(nèi)代謝產(chǎn)物積累導(dǎo)致乳酸濃度升高,血液內(nèi)酸性環(huán)境會刺激生長激素(growth hormone,GH)分泌,同時,肌內(nèi)乳酸濃度也會促進(jìn)GH和類胰島素生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)分泌,促進(jìn)肌肉生長[17]。持續(xù)加壓會帶來更高的代謝壓力,造成更多代謝產(chǎn)物堆積[18]。有研究顯示,BFR可通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)/哺乳動物雷帕霉素靶點(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路促進(jìn)肌肉生長[19]。BFR也能抑制肌細(xì)胞泛素蛋白水解路徑,使叉頭蛋白O3A(forkhead box transcription factor 3A,FOXO3A)、泛蛋白連接酶atrogin-1及MuRF-1表達(dá)水平下調(diào),促使肌肉增大[20]。另外,在BFR作用下肌內(nèi)乳酸代謝產(chǎn)物的累積會抑制慢肌纖維運動神經(jīng)元供應(yīng)通道,使快肌纖維的募集增加,在機(jī)械壓力作用下肢體等張收縮,使得缺血肢體肌電活動增加,誘發(fā)肌肉疲勞而募集更多快肌纖維參與運動,這可能是等張收縮訓(xùn)練的療效優(yōu)于等長收縮訓(xùn)練的原因。有研究報道,在60%～80% LOP的BFR作用下肌肉容積增加更顯著,肌肉募集也相應(yīng)增加[21]。

3.3在BFR訓(xùn)練中,缺血、缺氧環(huán)境可誘導(dǎo)機(jī)體釋放類阿片、兒茶酚胺、大麻素等抑痛物質(zhì)和降低痛覺敏感性物質(zhì),從而緩解疼痛[22]。另外,BFR訓(xùn)練會產(chǎn)生條件性疼痛調(diào)節(jié)效應(yīng),通過內(nèi)源性鎮(zhèn)痛機(jī)制達(dá)到緩解疼痛的效果[23]。本研究結(jié)果也顯示,經(jīng)過運動訓(xùn)練后,三組VAS評分均較治療前改善,且VMO等張收縮結(jié)合BFR訓(xùn)練組的改善情況最佳,這可能與VMO肌力增強(qiáng)、激活肌肉適應(yīng)性和膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性增加等有關(guān)。

綜上所述,BFR訓(xùn)練作為一種新型治療方法,能有效改善KOA患者關(guān)節(jié)疼痛,增加VMO肌厚度、肌圍度及肌肉募集能力。在低負(fù)荷BFR作用下,等張收縮訓(xùn)練在改善KOA患者疼痛和增加肌厚度及肌圍度、肌肉募集能力方面優(yōu)于等長收縮訓(xùn)練。