下肢、膝关节疼痛、肿胀：说说膝关节核心肌群——股四头肌锻炼

下肢、膝关节疼痛、肿胀：说说膝关节核心肌群——股四头肌锻炼

陶可（北京大学人民医院骨关节科）

相信一些因膝关节外伤、骨关节病、老年退行性骨关节炎OA、滑膜炎或膝关节各类术后等而发生膝关节疼痛的朋友都有这样的经历：到了三甲医院骨关节科门诊就诊，医生在面诊时往往会给予运动处方，建议回家进行勾脚抬腿股四头肌锻炼。

那么股四头肌锻炼有哪些作用？该如何去做才能达到锻炼而又不损伤膝关节的目标？

首先，简单为大家科普一下膝关节周围重要的肌肉、肌腱和韧带的解剖学知识。

图1 股四头肌是位于大腿前方、最重要，也是身体最粗大的一块肌肉，有四部分组成（股直肌rectus femoris muscle、股内侧肌vastus medialis muscle、股外侧肌vastus lateralis muscle和股中间肌Vastus intermedius muscle），在髌骨上缘汇聚成股四头肌腱，跨过并包绕髌骨的前面和两侧，向下续为髌韧带，置于胫骨粗隆。主要作用是屈髋关节和伸膝关节。由股神经支配和股动脉滋养。

图2 大腿和膝关节后的肌肉主要有：腘绳肌（股二头肌、半腱肌、半膜肌和跖肌）、小腿三头肌（由腓肠肌内外侧头和深层的比目鱼肌组成）。腘绳肌主要作用是伸髋关节和屈膝关节，由坐骨神经支配和股深动脉滋养。小腿三头肌主要作用是屈曲膝关节和踝关节，站立时可防止身体前倾。

图3 膝关节自身还有重要的内侧副韧带（medial collateral ligament）、外侧副韧带（lateral collateral ligament）、半月板（meniscus）和前后交叉韧带（cruciate ligament）加固和包绕。

此外，膝关节周围还有一些重要的肌和肌腱：髂胫束、缝匠肌、股薄肌、长收肌和大收肌，共同行使膝关节屈伸活动时的稳定状态。

膝关节勾脚抬腿股四头肌锻炼（视频）要领如下（细节）：

坐在与小腿高度相近的凳子上（高度约50-75公分），右下肢伸直，右侧脚后跟轻轻着地，脚尖往回勾垂直向天，轻轻翘起，抬起右下肢（距地面约20-50公分高），坚持3-10秒，放松回位休息；然后，再改为左下肢重复以上动作。每天早中晚各一次，一次从20下练起。

看完了上面膝关节周围的解剖图和相应肌肉的功能，那么，股四头肌锻炼主要作用就不难理解了：

1. 减轻膝关节疼痛

患有膝关节炎疼痛的朋友可能会觉得：运动是最不想做甚至最不应该做的事情。然而，大多数膝骨关节炎患者可以从定期锻炼中获益。事实上，2010年的《Osteoarthritis Cartilage》研究表明，定期锻炼在减轻膝关节炎疼痛方面与对乙酰氨基酚或非甾体抗炎药（止疼药）一样有效。如果定期进行，几乎所有膝关节锻炼计划都会改善膝关节疼痛和功能。

运动可以增强肌肉，而强壮的肌肉可以更好地支撑关节。通过加强股四头肌、腘绳肌和膝关节周围的核心肌群，可以使得膝关节变得更加稳定，骨骼在负重过程中受到的冲击更小，从而减轻疼痛。运动还会释放内啡肽，这是人体的天然止痛药。

研究表明，参加陆上锻炼和/或力量训练的人比不锻炼的人对膝关节疼痛的评价低10%到15%。这种减少可以决定是否需要止痛药。

图4 膝关节主动屈曲锻炼（初期，可以双手扶着椅背；逐渐过渡到站立不扶椅背）

图5 从椅子上坐、起锻炼（初期，可以双手扶着椅背；逐渐过渡到站立不扶椅背）

图6 从椅子上坐、起锻炼（初期，可以双手扶着椅背；逐渐过渡到站立不扶椅背）

2. 增强膝关节核心肌群稳定和维持下肢本体感觉（可以理解是一种提高下肢注意力的训练，从而有效防止跌倒的发生几率）

通过膝关节屈伸锻炼，可以加强膝关节周围肌肉和肌腱、韧带的强度和韧性，提高膝关节稳定性，避免行走在凹凸不平、斜坡的路面时，膝关节过于容易受到外伤影响。尤其适用于膝关节偶发性滑膜炎、老年退行性骨关节炎、髌骨软化症、膝关节各类手术术后的全程锻炼，建议在炎症疼痛缓解后的稳定期，每天坚持锻炼，循序渐进增强。

图7 强壮的肌肉支撑着膝关节，有助于保持骨骼之间健康的关节间隙。如果不运动，肌肉会变得虚弱，关节间隙会缩小，从而增加关节摩擦并加重膝关节炎。

图8 行走在凹凸不平的地面上，需要双下肢良好的肌肉力量和本体感觉维持身体的平衡

3. 有助于肌肉减少症（sarcopenia）的肌肉纤维加快代谢、恢复肌肉弹性和强度

肌肉减少症很常见，是老年系统性衰老的肌肉组织的表现，并且与虚弱、残疾、发病率和死亡率等严重的健康后果有关。根据文献对肌肉减少症的定义，60-70岁人群的患病率为5-13%，而80岁以上人群的患病率为11至50%。保守估计，肌肉减少症会影响＞今天5000万人，未来40年将影响超过2亿人。肌肉减少症对老年人的影响是深远的；是导致残疾、高昂的医疗保健费用和死亡率升高。2000年美国肌肉减少症导致的直接医疗费用估计为185亿英镑。

图9 肌肉减少症（sarcopenia）是肌肉组织萎缩、功能衰退的综合病症

4. 通过膝关节规律屈伸活动的静脉泵作用帮助加快血液循环、缓解可能发生的静脉曲张和静脉炎

①静脉曲张为静脉瓣膜因衰老、女性的激素变化（月经之前、怀孕期间或绝经期间）、家族史、肥胖症、久站或久坐等原因使得静脉承受更大的压力而变得脆弱或受损，导致静脉扭曲扩张。任何浅表静脉都有可能变得曲张，但下肢腿部的静脉最常受到影响。原因为站立和直立行走增加了您下肢静脉中的压力，腿部的静脉必须克服重力作用才能回到心脏，形成血液循环。对于许多人而言，静脉曲张和蛛网纹（轻度静脉曲张的常见形式）仅仅是美容问题。而对于其他一些人，静脉曲张可引起疼痛和不适。有时，静脉曲张会导致更为严重的疾病，甚至会出现静脉血栓形成。

②老年朋友日常运动量减少，往往因高血压、糖尿病、痛风、冠心病等慢性疾病和口服药物而使得血脂升高、血液变得粘稠，尤其是久坐、卧床时，更容易引起静脉回流缓慢或不畅，是静脉血栓的易发人群之一。

③“经济舱综合征”源于一位英国妇女，在坐飞机长途旅行后，下飞机时突然出现胸闷、胸痛，并很快死亡。后来人们发现，这是静脉血栓栓塞症。所以，在久坐、长途旅行时，一定要定期的进行膝关节勾脚抬腿股四头肌活动或适当站立走动。

④下肢手术后，往往肢体容易出现肿胀、疼痛、青紫、瘀斑等不适，这主要是因为外伤和手术影响了下肢的静脉和淋巴回流，这时如果能进行及时进行静脉泵的活动（组织屈伸泵、踝泵、勾脚抬腿股四头肌锻炼）以及抬高患肢、早期的冰敷，适当控制下地活动时间，可以较快速地缓解水肿和疼痛。

⑤防治下肢水肿、静脉曲张或静脉炎及其引发的静脉血栓，弹力袜是个不错的选择，也能起到较好的辅助作用（如无下肢皮肤破溃时，可咨询您的主管医生是否可以使用）。

图10 静脉曲张（varicose veins）、静脉炎（phlebitis）会导致静脉血流变的缓慢，容易造成静脉血栓形成

图11 肌肉收缩的静脉泵作用（muscle pump）

5. 膝关节在有规律的屈伸活动过程中，可以将关节囊内滑膜组织分泌的关节液均匀涂布于关节软骨表面（软骨最主要的营养来源之一），润滑关节的同时，使软骨获得更多的营养、并加快代谢废物的排出，从而维持更健康的软骨和关节活力，还有助于消除滑膜炎与关节肿胀、积液

研究表明，关节软骨需要运动和一定的负重压力才能保持健康。滑液储存在软骨中，就像海绵中的水一样。使用关节时，软骨受到挤压，滑液从软骨中释放出来，为关节的其余部分提供营养和润滑。

滑液也被认为可以促进关节的愈合环境，从而减少炎症并支持健康的关节功能。

图12 正常的膝关节（healthy knee joint）由韧带（ligament）、滑膜（synovial membrane）、关节滑液（synovial fluid）、软骨（cartilage）和骨骼（bone）组成。正常时，关节滑膜会分泌一定量的清亮滑液，滋养软骨；当膝关节因为外伤、寒冷、劳累过度、姿势不良、代谢性疾病如痛风等刺激时，均会发生滑膜炎，造成关节囊内滑液增多，形成关节积液，表现为膝关节肿胀、酸胀、弹响、活动时疼痛，或小部分人群仅有不适感，这个时候往往需要抬高患肢、停止一切运动、充分休息，必要时根据不同疾病原因可选择热敷或冰敷（外伤后早期48小时内，建议冰敷，以后可根据恢复情况改为冰敷；痛风强烈建议冰敷；而其他多数选择热水袋热敷），而疼痛明显加重时，可以选择口服止疼药物，并需及时就医。医生根据病情，可能开具X线片、彩超、CT或MRI检查，以帮助判断病情严重程度及制定治疗方案。

6. 增加关节运动范围和功能

疼痛会阻止一个人活动，这会导致关节僵硬和肌肉无力，从而导致更多的疼痛。定期锻炼将有助于膝关节和周围肌肉保持柔韧性，从而增强膝关节功能。

通过锻炼，膝关节功能可以提高大约10%——这意味着锻炼的人可以看到明显的改善，例如进一步弯曲膝盖、更容易从椅子上站起来以及走更远的距离。

图12 户外大步走除了能锻炼下肢核心肌群，还能提高身体协调性、敏捷性

7. 其他：减肥、增加食欲、改善家庭成员关系等

锻炼与营养丰富的植物性饮食相结合可以帮助减轻体重，从而减轻膝关节的压力。减肥的效果有一个放大的好处：减掉10磅意味着每走一步施加在膝盖上的压力减少30磅。

锻炼能消耗卡路里，燃烧身体更多的脂肪，在减肥的同时，也能增加食欲。

与家人、朋友一起开心地锻炼，不仅能促进家庭成员感情、增进朋友间的信任，还能提升自我的身心健康，也能督促自我建立良好的锻炼习惯。正如古语道：饭后百步走（锻炼），活到九十九。建议一般在饭后半小时左右进行适当的非负重、非高强度的锻炼。尤其是对于体质较差、低血糖、贫血、体弱多病、患有胃下垂或心脑血管疾病如高血压、冠心病朋友，更应选择在饭后2小时左右锻炼。

图13 锻炼能促进家庭成员感情、增进朋友间的信任

文献方面，2006年，美国印第安纳大学的Alan等认为：股四头肌力量训练ST组在30个月内保留了更多的（膝关节）力量并且表现出更少的膝骨关节炎间隙狭窄JSN加重。

除此之外，初级阶段的膝关节周围核心肌群的锻炼还可以考虑：双腿交叉、骑自行车（非崎岖路面）、游泳、平卧位腘绳肌拉伸锻炼，非负重单腿站立屈膝、慢跑（选择合适的运动鞋很重要，尤其是对于足弓异常的朋友；大家可以参考阅读：

如何选择合适的运动鞋？扁平足（1）：如何确定你的足弓类型？https://www.haodf.com/neirong/wenzhang/9391680722.html）、等有氧锻炼。

图14 双腿交叉锻炼

图15 弓步推墙锻炼

图16 单腿站立锻炼

图17 平卧位，主动单腿直腿抬高锻炼（平卧位腘绳肌拉伸锻炼）

图18 平卧位，借助弹力弹单腿直腿抬高锻炼（平卧位腘绳肌拉伸锻炼）

图19 慢跑锻炼

图20 骑自行车锻炼

图21 游泳锻炼

对于一些膝关节周围核心肌群力量储备较好的朋友，在完成上述锻炼的同时，可以考虑如下的进阶锻炼还包括：靠墙半蹲（parallel squat）（视频），伸筋锻炼，抗阻力等。

进阶锻炼：图22 伸筋锻炼（腘绳肌、小腿三头肌、腰背肌和屈髋的髂腰肌）

进阶锻炼：图23 膝关节负荷抗阻力锻炼（可在小腿踝关节周围捆绑一定重量的沙袋等肿物，主动进行屈伸膝关节锻炼；或借助于健身器械，进行伸膝抗阻力锻炼）

进阶锻炼：图24 膝关节开合弹力带抗阻力锻炼

进阶锻炼：图25 提踵锻炼（可站立于平地或平衡板，双手拿或不拿哑铃，站稳后，可将后脚跟抬起，并保持身体重心平衡）

图26 缓解膝关节疼痛的锻炼方式小结图示

Effects of strength training on the incidence and progression of knee osteoarthritis.

力量训练对膝骨关节炎发病率和进展的影响

作者：Alan E Mikesky, Steven A Mazzuca, Kenneth D Brandt, Susan M Perkins, Teresa Damush, Kathleen A Lane.

作者单位: Indiana University-Purdue University, Indianapolis, IN, USA.

更多重要参考文献：

1. Alan E Mikesky, Steven A Mazzuca, Kenneth D Brandt, Susan M Perkins, Teresa Damush, Kathleen A Lane. Effects of strength training on the incidence and progression of knee osteoarthritis. Randomized Controlled Trial, Arthritis Rheum. 2006 Oct 15;55(5):690-9.doi: 10.1002/art.22245.
2. Zhang W, Nuki G, Moskowitz RW, et al. OARSI recommendations for the management of hip and knee osteoarthritis: part III: changes in evidence following systematic cumulative update of research pubished through January 2009. Osteoarthritis Cartilage. 2010;18(4):476-499. As cited in Cohen, Donna, Crochrane for Clinicians, Putting Evidence into Practice: Exercise for Osteoarthritis of the Knee. Am Fam Physician. 2015 Nov 1;92(9):774-775.
3. Fransen M, Mcconnell S, Harmer AR, Van der esch M, Simic M, Bennell KL. Exercise for osteoarthritis of the knee. Cochrane Database Syst Rev. 2015;1:CD004376.
4. D’Lima DD, Fregly BJ, Patil S, Steklov N, Colwell CW. Knee joint forces: prediction, measurement, and significance. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part H, Journal of Engineering in Medicine. 2012;226(2):95-102.
5. Messier SP, Gutekunst DJ, Davis C, Devita P. Weight loss reduces knee-joint loads in overweight and obese older adults with knee osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2005;52(7):2026-32
6. https://www.arthritis-health.com/treatment/exercise/knee-exercises-arthritis＃footnote1
7. 部分图片资料来源于《系统解剖学-人民卫生出版社第9版》、《Netter‘s concise orthopaedic anatomy (2015, Saunders, Elsevier) - Jon C. Thompson_ Frank Henry Netter》和Bing image，在此向原著作者致敬和感谢。