杨德洪 王奎玲

(1.上海应用技术大学体育部 上海 201418;2.联勤保障部队天津康复疗养中心接诊随访科 天津 300110)

膝关节骨关节炎（KOA）是一种退行性骨关节疾病，其致病原因多样。KOA 的特征为关节软骨的退化和侵蚀、滑膜炎、软骨下骨硬化和骨刺的形成，其症状主要表现为关节疼痛、僵硬以及活动受限［1］。KOA 是世界范围内最常见的骨关节疾病［2］。世界卫生组织预测，到2020年，KOA将成为世界第四大致残原因［3］。流行病学研究表明，西方国家人口中II 级或更高级的KOA患病率为30%～40%，亚洲人口中患病率为60%甚至更高［4-5］，而我国60 岁以上人口发病率超过50%，75岁以上则超过80%［6］。晚期KOA可导致膝关节呈现不同程度的畸形以致残疾，严重影响患者的生活质量。KOA 常用的治疗方法包括外科手术、药物治疗及非药物治疗，如运动疗法等［7］。相对于药物及手术治疗，适宜的运动疗法无创伤，无副作用，且具有增加患者膝关节活动范围，提高膝关节周围肌肉（群）力量及耐力，改善平衡能力，提高日常活动能力等诸多优点［8-9］。但对于因年老体弱，体重过大或者疾病本身等原因所致的运动受限的KOA患者来说，可选择的运动疗法的范围并不广泛。

全身振动训练（WBVT）是一种利用振动台，按照设定的振动频率及幅度产生的机械振动波刺激机体，以引起肌肉振动并使神经肌肉系统产生调节适应，从而提高其功能的训练方法。由于WBVT 类似于“被动训练”，无需肌肉剧烈收缩，而且运动强度也可以精确控制（通过调节振频和振幅实现），因此在应用于一些特殊群体的身体锻炼及慢性疾病康复的过程中具有安全易行的优势。许多研究者［10-15］已从不同人群及角度对WBVT 的应用进行了探索，如运动员训练、大众健身、特殊群体的运动康复及老年人慢性疾病的预防和治疗等。研究结果表明，WBVT是安全可行的，并且在缓解疼痛，提高和改善神经肌肉系统的机能与身体功能方面具有积极作用。该文检索了近年来国内外把WBVT应用于KOA治疗与康复过程的相关文献进行综述，阐述了WBVT 的干预效果，并对其可能的作用机制进行分析与探讨，以期为该领域的后续研究提供思路及借鉴。

1 WBVT对KOA患者疼痛的影响及其机制

疼痛是KOA 患者的主要症状之一，也是导致患者膝关节活动功能降低的重要因素，因此许多研究者把WBVT 作为治疗和康复手段，对KOA 患者的疼痛症状进行干预。刘珂等人［16］采用30Hz的振频和低振幅，对中老年KOA 患者进行为期4 周的随机对照WBVT，结果显示患者的疼痛水平显著降低；来章琦等人［17-18］分别采用20Hz、6～8Hz 的振频和2mm、2.5mm 的振针对同一类型的人群进行8 周和4 周的WBVT，结果都显示WBVT组的视觉模拟评分法（VAS）疼痛评分显著降低。国外研究中，Simão 等［19］针对老年KOA 患者进行12 周的WBVT 干预，振频设定为35～40Hz，振幅4mm，结果显示患者自我痛感显著降低；Wang等［20］的研究则采用振频35Hz，振幅4～6mm，共计24周的干预方案，受试者为中老年KOA患者，干预结果证实患者疼痛水平明显降低；Park 等人［21］则针对中老年女性患者进行了8 周的WBVT 干预，振频和振幅分别为12～14Hz 和2.5～5mm，结果也显示受试者的疼痛量表评分显著降低；Yoon等人［22］的研究结果也与上述相类似，其振动方案为振频30～40Hz，振幅2.5mm，共持续20 周，结果显示WBVT 在缓解患者疼痛方面也具有明显效果。而Neto等人［23］则针对KOA 患者进行了急性（一次性）干预和持续性干预研究，其振频为5～14Hz，振幅分别为2.5mm、5mm 和7.5mm，结果显示急性训练后（振频5Hz）WBVT 组VAS 评分降低50%，累积训练后降低60%，提示延长干预时间可能会使患者疼痛进一步缓解。在上述所有研究中，研究者采用的振频范围为5～40Hz，振幅2～7.5mm，干预周期从急性（一次性）至24周不等，干预结果却相对一致，提示不同的WBVT方案在缓解KOA 患者疼痛方面具有相同或类似的效果。但也有研究结果提示WBVT后KOA患者的疼痛症状并没有明显缓解。Bokaeian［24］的研究结果指出，8 周的WBVT 配合下肢力量训练后，患者的VAS 评分没有明显降低。这种结果不一致现象可能是由于干预方法的不同和（或）受试者病理状况的差异所导致。

在上述研究中，Simão指出WBVT可以使受试者炎症标志物sTNFR1 和sTNFR2 的血浆浓度显著降低；而Penninx等人［25］则证实，sTNFR1和sTNFR2浓度的增高与受试者关节炎症状加重之间存在密切相关。因此，标志物浓度的降低表明患者的KOA 炎症反应得到减轻，从而使受试者的自我痛感降低［19］。另外，Yoon 研究表明WBVT 结合补充山楂酸（Maslinic Acid）可以显著降低重度KOA（K-L≥3，Kellgren and Lawrence 分级）患者的疼痛水平，其原因主要为山楂酸的补充有效缓解了患者的炎症反应［22］。山楂酸是从橄榄中自然提取的一种健康安全的提取物，其药理作用包括消炎、抗肿瘤和抗氧化等［26-27］，该研究把其与WBVT 相结合应用于KOA 患者的治疗与康复，在WBVT 和药物都可减轻炎症反应的双重作用下，患者的疼痛症状得到显著缓解。这无疑为减轻重度KOA 患者疼痛并改善膝关节功能提供了一条新的思路。刘珂等人［16］认为，振动刺激作用、本体感觉反馈抑制减少了疼痛势差并提高了痛觉阈值，这些也可能为其作用机制。Daria等人［28］的研究表明，短期低频振动训练可以增加肌肉的兴奋性，从而有效缓解肌肉和肌腱的疼痛，并提高肢体活动的协调性。此外，Elboim［29］的研究证实，因膝关节周围肌肉（群）的力量不足所致的不稳定性也是KOA 患者行走时产生疼痛的原因之一，因而疼痛水平的降低也得益于WBVT 带来的膝关节周围肌力的改善。因此，WBVT 可以缓解KOA 患者疼痛，可能是上述机制综合作用的结果，其明确的作用机理需要更多相关研究加以探求和验证。

2 WBVT对KOA患者行走机能的影响及其机制

因KOA 所致的膝关节疼痛及僵硬，患者的下肢活动减少，以致其行走机能逐渐降低甚至丧失。因此，近年来许多研究者也从不同角度针对KOA 患者的行走机能进行了全身振动干预，以观察WBVT 对行走机能的影响状况。干预目标包括下肢肌肉（群）力量、平衡能力、行走速度等。

2.1 WBVT对肌肉力量的影响及其机制

肌肉力量是决定个体活动能力的主要因素，因而膝关节周围的肌肉力量是评价行走机能的重要指标。刘珂［16］的研究表明，经过4周的WBVT后，KOA患者股四头肌肌力明显提高，肌肉状态和膝关节功能显著改善；来章琦［17］的研究结果则证实，8 周干预后，患者膝关节伸肌、屈肌力矩最大平均值及伸肌峰值、屈肌峰值功率平均值均明显上升。Bokaeian 等人［24］的研究中，将振频设定为25～30Hz，振幅为2mm，经过8周的WB‐VT 干预，患者股四头肌最大力矩、总功和爆发力显著改善；Trans等人［30］则针对中老年女性KOA患者进行干预，其振频同样设定为25～30Hz，8周WBVT后，受试者膝关节屈伸肌力皆显著增加；Tsuji 等［31］同样针对中老年女性患者进行干预，振频和振幅分别设定为30～40Hz 和2.5mm，8 周振动干预后，患者膝关节最大肌力和爆发力也明显提高；而Park 等人［21-22］的实验结果也表明，WBVT 对中老年女性KOA 患者的股四头肌肌力具有明显的提升作用，患者的膝关节功能得到明显改善。上述研究结果提示，虽然WBVT 干预方案不尽相同，但对患者的干预效果却较为统一。另外，Zhang Juan 等人［32］研究显示，振频20Hz 且膝关节屈曲60°的训练方案对50～70 岁KOA 患者的膝关节屈、伸肌群的激活效率是最高的，这无疑为该领域的后续研究提供了重要参考。

除针对KOA 患者外，也有研究者针对不同人群的下肢肌力进行全身振动干预。张少伟［33］针对老年人群进行8周的WBVT，振频和振幅分别为25Hz和2mm，结果显示受试者的膝关节伸肌群、踝关节屈伸肌群的肌肉力量具有明显的改善；Aaboe［34］对患骨关节炎的老年女性进行8周的振频为25～30Hz的振动干预，结果表明受试者膝关节屈伸肌力及膝关节等长肌力明显提高；Elham 等人［35］则针对中年女性多重硬化症患者进行干预，振频2～20Hz，振幅5mm，8 周干预后患者膝伸肌的最大主动收缩力量显著增加。上述针对不同人群的研究结果表明WBVT在改善下肢肌肉力量方面的确具有明显的效果，而其安全易行的特点更有利于类似KOA患者等存在行走障碍的人群的康复治疗。

WBVT 改善肌肉力量可能通过以下机制完成：振动台产生的机械振动波诱发骨骼肌的牵张反射，以增强神经肌肉系统的功能，而神经系统对力量提高的调节主要体现在运动单位的募集、冲动频率、神经协调、抑制的减小和反射的调节等方面［36］。振动训练过程中，快速的关节活动和肌肉牵伸刺激肌梭传入纤维，特别是激活初级肌梭末梢纤维的兴奋性，导致运动神经元冲动频率加快，强度增大，而运动神经元的兴奋能进一步刺激梭内肌收缩并维持肌梭兴奋信号的传入，反馈性增加牵张反射和运动神经元输出的强度，募集更多的运动单元参与工作，由此提高肌肉力量并改善神经肌肉的功能。

2.2 WBVT对平衡能力的影响及其机制

平衡能力在机体保持、获得、恢复稳定状态的过程中占据主要地位，是维持站立、行走以及协调完成各种动作的重要保障。Simão［19］的研究结果证实，12周的全身振动干预后被试者平衡能力显著提升；Tsuji［31］研究认为，8 周WBVT 后，中老年女性受试者的平衡机能也得到显著改善；Park［21］的研究结果表明，中老年女性KOA患者经过8周的WBVT后其动态平衡能力明显改善。上述研究结果显示不同干预周期的WBVT在提升中老年KOA 患者平衡能力方面皆具有良好效果。不仅限于KOA 患者，许多研究者也把WBVT 应用于其他人群，以观察其对受试者平衡能力的影响。张国兴［37］采用的振频为20Hz，振幅为5mm，对老年脑卒中患者进行振动干预后，被试者平衡能力显著改善；Christoph等人［38］针对多发性硬化症老年人进行WBVT，其平衡能力也得到明显提升；Silva［39］采用的振频达到50Hz，经过8 周的振动干预后，脑卒中患者的平衡能力也有显著提高。上述研究证实，不同研究者采用不同的振动干预方案应用于不同的人群，WBVT 在改善被试者平衡能力方面也具有较为一致的结果。

机体需要不同肌肉收缩与舒张的协调配合，才能够维持平衡，因而除感觉输入因素以外，肌肉力量在维持平衡过程中也占据重要地位。张建国［40］研究证实，肌肉力量的降低可使老年人身体姿势控制与调节能力下降，因此导致其平衡能力的削弱。姚波［41］的研究结果表明，下肢伸膝肌力的降低是导致被试者静态平衡能力下降的主要原因。而Lorder等人［42-43］的研究则证实，加强肌肉力量特别是下肢肌肉力量锻炼，可有效改善中老年人的平衡能力。另外，Kerschan 等人［44］的研究表明，振动训练能够激活高尔基腱器，增加肌肉收缩的效率，提高肌肉间的协调能力，从而使机体对姿势的控制更加准确，使平衡能力得到改善。由此可见，下肢肌肉力量的改善是平衡机能提高的重要因素。在上述WBVT 与KOA相关的研究中，Tsuji 等人［31］证实被试者的平衡能力显著改善，而同时伴随着股四头肌最大肌力及爆发力的明显提高，这一结果也印证了这一观点。

除此之外，作为“平衡三联”之一的本体感觉也是影响控制机体姿势，维持正常平衡的重要因素［45］。韩秀兰等人［46-47］通过研究证实，膝关节及踝关节的本体感觉训练可以使老年脑卒中患者的平衡功能得到有效改善。张彪［48］认为，本体感觉训练能够激活更多的本体感受器，进而激活和募集相应数量的运动单位参与运动，从而提高人体平衡能力。许多研究证实，WBVT对改善膝、踝关节本体感觉具有良好效果。张会敏［49］针对膝关节前交叉韧带重建手术后的患者，以30Hz振频、3mm振幅进行8周的振动干预后，患者的膝关节本体感觉显著改善；沈艳梅［50］的研究结果也提示WBVT可以使绝经后女性的本体感觉显著提高。在WBVT与KOA相关的研究中，Trans［30］采用的振频为25～30Hz，干预周期为8周，结果表明WBVT对膝关节本体感觉有显著的改善作用；Zahedi［51］则采用“25Hz+高振幅”和“60Hz+低振幅”两种方法进行了短期研究，结果显示，“60Hz+低振幅”的干预方法对膝关节本体感觉有明显的改善，而“25Hz+高振幅”组则无明显影响，提示在短周期训练中，高频率振动对膝关节本体感觉的干预效果更加明显。WBVT对本体感觉的改善作用可能通过以下机制完成：机械振动波刺激关节周围的本体感受器，提高其收集关节的位置觉、运动觉和振动觉等信息的工作效率，并使感觉运动中枢对信息处理及反馈的过程更加高效，从而使本体感觉得以改善。

综上所述，WBVT 主要通过改善KOA 患者膝关节周围肌肉（群）肌力及其膝、踝关节的本体感觉，使其平衡能力得以提升。

2.3 WBVT对行走速度的影响及其机制

行走速度是下肢活动能力的综合体现，也是评价行走机能的关键指标。贾玥［52］针对中老年KOA 患者研究发现，8周的WBVT干预可以显著提升患者的行走速度；在前述相关WBVT和KOA的研究中，Bokaeian［24］、Simão［19］和Wang［20］同样也发现，WBVT在提升患者的行走速度方面具有良好效果。除此之外，Osugi［53］的研究对象也为患骨关节炎的老年人群体，其以20Hz的振频进行24周的振动干预后，被试者的行走速度也显著改善；Hilgers［54］则针对多发性硬化症患者进行干预研究，振频为25～45Hz，干预周期为3 周，结果表明，被试者10m 行走速度也显著提高；Wei［55］、Ebersbach［56］和Ness［57］则分别对患肌少症、帕金森症和脊髓损伤的老年人进行WBVT，结果证实，被试者的步行速度皆明显提升。研究结果提示，在改善存在行走障碍的特殊人群的行走速度方面，WBVT确实具有良好效果。

行走速度的快慢取决于步频和步幅。影响步频的主要因素有下肢的负重能力、躯干的稳定性及下肢的控制能力［58］；而影响步幅的主要因素中，除了躯干稳定性之外，主要还包括下肢肌肉力量的强弱。伍勰［59］研究指出，步幅降低与股四头肌和小腿三头肌的肌力衰退有关；钱竞光［60］认为，髋、膝、踝关节周围肌肉力量及韧带强度的衰减导致下肢各关节承重能力降低，为获得稳定的支撑，需要减小步幅，延长双支撑相时间以降低触地负荷，从而使行走速度降低。因此，下肢各关节周围肌力的降低，是导致步幅减小，从而降低行走速度的主要原因。从前述分析中可知，WBVT 可以明显改善KOA 患者的股四头肌肌力及平衡能力。股四头肌肌力的提升，使患者下肢的承重能力增加，以获得稳定支撑，进而相应地缩短行走过程中的双支撑相时间以增长步幅；而平衡能力的改善则使躯干稳定性增强，从而缩短步态周期，使步频增快。因此，WBVT通过改善KOA 患者的下肢肌力及平衡能力，从而增加步频和步幅，以使其行走速度得以明显改善。正如上述贾玥［52］的研究结果所显示，8周振动干预后，KOA患者的步态周期明显缩短，步频和步长显著增加，因而其行走速度明显提升。

目前，对WBVT 作用的生理机制认识还不够深入和广泛，因而其确切的更深层次的机制还需更多相关研究加以探求。

从以上分析看来，WBVT 对KOA 患者的行走机能具有良好的改善效果。正如QIU［61］所指出的那样，与单纯强化训练相比，WBVT对KOA患者的疼痛、膝伸肌肌力和身体功能有额外的积极影响，可以纳入KOA患者的治疗方案。但由于不同研究可能存在振动参数（振频、振幅及持续时间）、肌肉行为学、被试者的病理状况、训练体位及测量仪器等方面的差异［62］，有些研究结果之间可能存在一定程度的不一致性。但因WBVT安全易行的特性，且有许多相关研究结果已证实了其有效性，从为特殊人群探求适合的康复及锻炼途径考虑，持续开展这一领域的研究是非常有意义的。

3 结语

KOA 在世界范围内是发病率较高的骨关节疾病。近年来，因WBVT安全易行且有效的特点，被逐渐应用于KOA的治疗与康复，并得到越来越多的关注。国内外相关文献分析结果显示，WBVT 可以有效缓解KOA患者的疼痛症状，并可明显改善其肌肉功能及行走机能。WBVT 的干预效果受到振频、振幅及干预周期等因素的影响，因而针对KOA患者的不同年龄层次及病理状况，为其探求适宜的振动干预方案是未来该研究领域的重点内容。