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综述：膝骨关节炎患者肌肉激活模式变化的因素、特征及影响

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本文是关于膝骨关节炎（KOA）患者肌肉激活模式（MAP）变化的综述。探讨了 MAP 变化的影响因素，如生物力学结构改变、疼痛等；阐述了其变化特征，包括肌肉协同、收缩幅度和时间等改变；还分析了对肌肉间结构、疼痛等的影响，为 KOA 康复治疗提供参考。

引言

研究方法

1. 文献检索方法：利用 ScienceDirect、PubMed、Scopus 和 Wiley 数据库，检索 2010 年至今与 KOA 患者 MAP 相关的文献。检索关键词包括 “Knee and osteoarthritis and neuromuscular”“Knee and osteoarthritis and muscle contraction/activation patterns” 等。由三位研究人员进行文献回顾，先由两人独立筛选符合标准的文章，意见不一致时由第三人决定，仅检索英文文献。
2. 文献筛选：共检索到 832 篇文章，剔除重复和过期文章后，对 779 篇标题和摘要进行相关性审查，最终 44 项研究入选。

KOA 中 MAP 变化的因素

1. 下肢生物力学结构的变化
   • 膝内收力矩（KAM）对 MAP 的影响：KOA 患者 KAM 往往较高，股四头肌激活幅度降低和无力会增加 KAM，长期的内收扭矩会导致膝关节腔软骨磨损和负荷增加。在步态中，较高的外侧腘绳肌（LH）和股外侧肌（VL）激活可减少内侧间室软骨损失，但也与非创伤性 OA 组的膝关节屈伸、内收和外旋力矩变化有关。此外，关节积液会改变关节内压力，导致关节失衡。
   • 膝关节不稳定对 MAP 的影响：KOA 患者常存在膝关节不稳定，为维持膝关节稳定，在步态早期，股二头肌（BF）、腘绳肌和髋内收肌等需更高程度激活。研究还发现，腘绳肌与股四头肌的肌肉厚度比、内侧股四头肌 / 腘绳肌的肌肉结构和质量在 KAM 中起重要作用 。
2. 疼痛：疼痛可直接导致 MAP 改变，抑制腘绳肌和股四头肌力量。研究显示，KOA 患者行走时，外侧腓肠肌和内侧腘绳肌的激活模式与疼痛严重程度显著相关。疼痛还会通过影响下肢力学加重 MAP 变化，降低大腿肌肉力量，使 KAM 的两个峰值显著下降，且中央疼痛敏化可能加剧 KOA 患者快走时膝关节肌肉的共同收缩。
3. 运动感觉神经变化：许多研究表明，KOA 患者的神经通路可能受损，疼痛影响神经肌肉控制是主要原因之一。OA 中运动单位募集和速率编码策略的改变可能是 MAP 改变的主要原因。此外，KOA 患者的本体感觉常受损，影响患者对运动部位的感知，导致中枢神经系统出现错误。
4. 其他因素：肥胖者与正常体重者相比，多数姿势下所有肌肉群力量显著增加，LH 和内侧腓肠肌（MG）激活更高。年龄方面，正常老年人与年轻人相比，仅 VM、股外侧肌、内侧和外侧腘绳肌激活幅度增加。性别差异上，女性 KOA 患者股四头肌无力更明显，且联合腘绳肌共同激活（HC）和外侧 HC 与女性股四头肌力量呈负相关 。

KOA 的 MAP 变化特征

1. 肌肉协同的改变：肌肉萎缩是 MAP 变化的主要原因之一。通过非负矩阵分解（NMF）技术发现，轻、重度 KOA 患者的肌肉协同模块数量明显低于健康受试者和未受影响的一侧，且 KOA 患者在完成步态周期时倾向于使用更多肌肉，在站立相和摆动相均观察到肌肉协同模块合并 。
2. 肌肉收缩幅度和时间
   • 股四头肌：KOA 患者常出现股四头肌无力，主要表现为股内侧肌（VM）无力和步态中期肌电图（EMG）颤动。严重 KOA 患者患侧肌肉体积和力量明显低于对侧。与健康对照组相比，KOA 患者 I 型纤维减少，IIa/x 纤维增加，细胞外基质（ECM）含量增加，卫星细胞密度降低，促纤维化基因表达升高。同时，部分研究表明，KOA 患者股直肌（RF）和 VL 的激活幅度增加，可能是维持膝关节稳定性的代偿策略。股四头肌激活时间变化表现为起始时间提前或延迟，整体激活时间延长。
   • 腘绳肌：许多研究显示，KOA 患者 LH 收缩更强，BF 幅度也倾向于适度增加。非创伤性 KOA 组的 LH 肌电图（EMG）比健康组和创伤后 OA 组更高且持续时间更长。在高胫骨截骨手术（pre - HTO）前，患者腘绳肌峰值力比非病理膝关节（NP）增加 25% 。LH 收缩时间延长主要发生在站立中期，中度 KOA 患者的 BF 和半膜肌激活时间也延长。
   • 腓肠肌：KOA 患者激活腓肠肌的倾向更强，严重患者变化更明显。pre - HTO 患者和全膝关节置换术前患者的腓肠肌峰值力分别比 NP 降低 30% 和 18% 。无症状和中度患者在整个步态周期中腓肠肌激活幅度高于严重患者，部分患者腓肠肌 EMG 出现震颤，反映膝关节不稳定。KOA 患者腓肠肌激活时间延长，主要表现为步态中期延长，严重患者 MG 激活时间比外侧腓肠肌更长。
   • 其他肌肉：在步态早期，髋内收肌激活幅度增强；在步态中晚期，部分患者比目鱼肌激活幅度明显低于非 KOA 受试者。此外，竖脊肌和臀大肌难以进行最大自主收缩，激活幅度降低。
3. 肌肉收缩持续时间和共收缩指数（CCI）：研究发现，更严重的 KOA 与下肢肌肉在负重接受和摆动阶段更大程度的共同收缩相关。在整个站立阶段，KOA 患者大多数下肢肌肉的共同收缩明显高于健康对照组。KOA 患者股四头肌、腘绳肌和胫骨前肌在站立阶段的肌肉收缩持续时间比对照组更长。随着任务难度增加，膝关节屈曲角度增大时，肌肉共同收缩水平也增加。不同 OA 患者中，内侧和外侧腘绳肌肌肉激活水平可作为区分膝 OA 与无症状个体和髋 OA 队列的有用步态生物标志物。

KOA 运动模式变化的影响

1. 肌肉间效应
   • 股四头肌运动模式变化对腘绳肌的影响：KOA 患者股四头肌力量下降时，腘绳肌激活幅度增加，表现为股四头肌和腘绳肌共同收缩。为维持膝关节稳定性和减轻内侧膝关节负荷，身体会改变外侧肌肉的激活幅度和时间，但这种策略无法从根本上阻止疾病发展，因为 VL 在关节负荷最大时可能未达到最大力量，无法充分减轻内侧膝关节负荷 。
   • 股四头肌 MAP 对腓肠肌的影响：腓肠肌活动增加可增强膝关节稳定性，在股四头肌无力时发挥重要作用，这也导致腓肠肌自身僵硬。股四头肌和腓肠肌的共同收缩模式可改变膝关节内侧间隙，维持膝关节稳定性，但也会增加膝关节负荷，与软骨损失相关。对于中度 KOA 患者，改变腘绳肌运动模式可维持膝关节稳定性，但共同收缩增强也会增加膝关节负荷，影响膝关节软骨 。
2. 对下肢力学和疼痛的影响：肌肉控制策略影响关节控制和负荷，较高的股四头肌、腘绳肌和腓肠肌共同收缩力会导致更高的膝关节接触力。内侧肌肉共同激活增加可能区分单室或多室 OA。虽然 MAP 变化可在一定程度上缓解疼痛和改善膝关节稳定性，但最终可能导致下肢生物力学进一步改变和新的疼痛发生。例如，KOA 患者 KAM 较高，与股四头肌相关，会增加膝关节内侧间室负荷。而增加 LH 激活幅度可减少非创伤性 KOA 患者膝关节内侧间室负荷 。

总体结论和未来展望

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