膝关节骨性关节炎的体感刺激

在全球范围内，60 岁以上的男性和女性分别有 9.6% 和 18% 患有骨关节炎 (OA)，其中大部分累及膝关节。 在 OA 患者群体中，80% 的 OA 患者行动受限，25% 的患者无法进行大部分日常活动 (WHO)。 OA 是一种进行性关节软骨疾病，涉及运动和感觉功能障碍，包括运动范围缩小、肌肉无力、本体感觉受损和疼痛。 其中一些症状会导致关节源性肌肉抑制 (AMI)，即受影响关节周围肌肉的运动输出反射性降低，这很可能是由 GABA 能抑制机制介导的。

AMI 的特征是传递到中枢神经系统的异常传入信息，导致对股四头肌运动神经元 (MN) 的传入反馈改变，进而导致该特定池的兴奋性降低。 改变的传入输入被认为源于机械感受器的刺激，通过关节积液或过度运动，伤害感受器作为对疼痛的反应，或关节受体的丧失。 尽管关于中枢神经系统作用的证据很少，但直接影响 alpha-MNs 的突触前和突触后脊髓机制似乎受到了影响。 似乎也涉及 γ 环的功能障碍。 这些机制共同导致 AMI，表现为股四头肌自主扭矩、力控制和通常由 H 反射测量的反射兴奋性的异常。

因此，运动功能障碍是 OA 患者的一个重要限制因素，涉及运动和感觉因素。 除了运动传出的明显作用外，感觉传入也影响运动控制，本体感受功能差预示着椅子站立能力差。 减少感觉缺陷可能会增加膝关节 OA 的运动功能。 本研究旨在评估低强度外周电神经刺激（一种增加传入输入的形式）是否有可能改善 OA 患者的运动功能。 然而，OA 患者的最大限制因素是在休息和运动期间经历的疼痛。 高频刺激范例通常用于减轻疼痛，但 40-50 分钟的低频电刺激（4 Hz，< MT 强度）也可有效减轻休息时的疼痛、运动时的疼痛和疼痛敏感性，尽管考虑到有限的证据，最近的一项系统审查质疑这些影响的一致性。 尽管据我们所知，对于外周电神经刺激后疼痛减轻尚无明确的生理学解释，但疼痛减轻可能是由于镇痛作用减弱，即伤害性神经元兴奋性降低所致。

外周神经和肌肉的电刺激已以各种形式应用于调节肌肉力量、运动技能、脊髓和皮质兴奋性。 神经肌肉电刺激 (NMES) 诱发力可产生高达最大自主收缩力 112% 的扭矩，并随着刺激频率的增加而增加，高达 70-80 Hz。

NMES 主要侧重于增加肌肉力量，而低强度体感电刺激 (SES) 已被用于增加神经系统患者和健康参与者的运动技能获取。 SES 激发 Ia、Ib 和 II 组传入神经，以及次级肌肉传入纤维。 当以 10 Hz 的高感觉强度（感知阈值的 2-3 倍）应用于周围神经时，SES 可最大程度地提高运动性能（SES 应用于由 10 Hz 的 5 个脉冲组成的 1 Hz 列车）。 高频经皮神经电刺激 (TENS) 和感觉运动训练都可以重新定位错误，反映出膝关节 OA 患者膝关节本体感觉受损。 因此，TENS 和 SES 都会激发参与膝关节本体感觉的传入纤维。 膝关节本体感觉受损与准确和稳定控制力的能力受损以及离心力量受损有关。 与 NMES 和 TENS 相比，在 NMES 中，肌肉力量的诱导增加很可能涉及新陈代谢、肥大和可能的脊柱机制的变化，而在 TENS 中，大直径初级传入神经在减轻疼痛方面起着关键作用，SES 以皮肤和本体感觉的感觉通路为目标，这似乎是减少 OA 中涉及的感觉缺陷的合适目标。

SES 可以改善中风患者的运动功能，但膝关节 AO 患者是否会出现这种改善尚不清楚。 SES 对初级传入神经的兴奋可以作为 SES 积极影响功能障碍关节周围股四头肌 α-MN 的传入输入并减轻疼痛的假设的生理学基础。 如之前在健康参与者和中风患者中显示的那样，SES 增加的传入输入预计会增加运动控制，这是通过功能失调的膝关节跟踪性能的增加来衡量的。 作为视觉运动跟踪的任务变体，力的稳定性和准确性预计会在 SES 后增加，因为这些措施与本体感觉相关，已知 SES 的结果会通过肌肉传入神经的兴奋来改善。 如果这种预期是正确的，那么 SES 可以在未来的研究和康复方案中用作引物，以增强 NMES 和其他旨在提高股四头肌力量和爆发力的运动疗法的效果。 其次，如果 SES 减轻疼痛并增加运动控制，SES 可能会推迟手术，并且可以作为不适合或抗拒全膝关节置换术的患者的辅助手段，以改善日常活动，从而改善生活质量。

因此，本研究将检查 60 分钟 SES（运动阈值强度为 10 Hz，1 Hz 序列中的五个脉冲）对膝关节 OA 患者股神经的急性和延迟影响。图 1 描绘了拟议研究设计的示意图。 作为第一步，在 5-6 名健康个体中进行的试点实验应该揭示在 30 分钟的 SES 后是否观察到一些效果或趋势，考虑到用于改善神经系统患者的 120 分钟标准，60 分钟的持续时间可能更合适'手功能。 该研究的主要结果是使用基于膝关节位置而非股四头肌力的目标跟踪评估运动协调性，因为位置与力受疼痛影响较小，因此更适合当前情况。 次要结果是运动控制和本体感觉，这反映在增加的力稳定性和准确性、最大自主力量和日常身体机能上。 研究人员根据之前的数据假设，SES 诱导的传入输入减少了 OA 导致的感觉输入异常，因此增加了运动控制。