运动会损害膝盖吗?

  ・方舟子・

  我住在山下,几乎每天都要花一个半小时去爬一趟山当作锻炼身体,美国人之所谓hiking(野外远足)。按手机自带软件的测算,我每走一趟,共15000步, 10公里,相当于爬70层楼高。有一些人担心,每天都这么走,膝盖受得了吗?更有人言之凿凿,某某年轻时喜欢爬山,年老膝盖就得了关节炎。最近在网上流传一篇北医三院医生写的文章,也说爬山对膝盖不好,会对膝关节造成损伤,最好不要爬山。

  关节炎极为常见,根据美国疾控中心的报道,18岁以上的美国人有22.7%患 有关节炎,年龄越大,患病比例越高,65岁以上的美国人有一半患有关节炎。身体最容易出现关节炎的部位是膝盖。几乎一半的美国人早晚都会得膝骨关节炎,肥胖者会得膝骨关节炎的比例则高达三分之二。中国人的关节炎问题可能更严重,但缺乏较准确的数据。有人估计在中国大陆60岁以上的人群中患病率达50%,75 岁以上的人群中则达80%,目前有一亿关节炎患者。所以喜欢爬山的人,难免有 很多后来膝盖会得关节炎,然后就很容易把病因归咎于爬山。

  关节炎有很多种,最常见的是骨关节炎。骨关节炎是关节发生了退行性病变所致。关节软骨里没有血液供应,没有血液细胞来帮助修复受损伤的组织,所以关节软骨一旦受损伤就很难修复。由于损伤或反复的撞击让关节软骨磨损越来越厉害,变得越来越薄,最终关节两头的骨骼失去了软骨的缓冲,直接撞到一起,就出现了关节炎。人们想当然地以为,下肢的运动会压迫膝关节,磨损关节软骨,长期下去,必然会出现骨关节炎。

  这种想法低估了关节的适应性。在正常情况下,施加在膝关节上的力大部分被肌肉吸收,剩下的部分则分散到骨上,并不被软骨吸收。如果发生了损伤、错位、肌肉功能障碍或半月板被摘除,力才分散到软骨上,导致软骨磨损。那么运动是否会导致关节软骨磨损?

  运动能否损伤膝关节,与膝关节承受的压力大小有关系,不停地加大压力,当然最终膝关节会承受不了。那么这个压力有多大呢?实验表明,人的关节软骨能够承受25兆帕的压强而没有出现明显的损伤,压强超过25兆帕后,会导致骨细胞死亡和软骨出现裂缝。这样的力量已足以导致股骨骨折,也就是说,还来不及 影响到关节,骨头先就断了。但是也有研究发现外力只达到导致骨折所需的力的一半时,也能使关节软骨的某些地方承受的压强超过25兆帕。不过,在一般的运动中,如果关节没有受到意外的创伤(例如摔伤、撞伤),是达不到这么大的力的。

  在关节没有受创的情况下,长期的运动反复地给关节施压,是否会导致关节软骨的磨损呢?动物实验结果表明,适度的运动不仅不会损害关节,反而能保护关节。例如,让狗每天跑4千米,每周跑5天,持续40周后,发现它们的关节软骨不仅没有受磨损,软骨厚度、蛋白聚糖含量反而增加了。蛋白聚糖是一类和多糖相结合的蛋白质,它们是软骨的重要组成部分,并能吸附水分起到润滑关节的作用,蛋白聚糖含量增加说明运动后关节得到了改善。但是如果增加运动量,让狗每天跑20千米,每周跑5天,持续15周,则它们的软骨厚度、蛋白聚糖含量都下 降了。不过,让狗每天跑40千米,持续一年后,这些狗并没有出现退行性关节病。这表明虽然长期的高强度重复运动会让关节软骨的成分和性质发生变化,但是这 可能是一种适应性,未必是骨关节发生退化的征兆。

  当然,动物实验的结果未必能应用于人类。但我们没法拿人来做这种实验,常用的研究方法是对退役运动员进行跟踪调查,看看他们是否比一般人更容易患骨关节炎。这与退役运动员原来从事的体育类别有关系。对117名男性退役高水平足球、举重、赛跑、射击运动员(45-68岁)做X光照相检查的结果表明,原足球和举重运动员更容易患膝骨关节炎。举重运动员容易患膝骨关节炎可能与他们体重比较重有关。已知体重超重、肥胖是膝骨关节炎的重要风险因素,这可能是因为他们的膝关节要一直承受比较重的负荷而容易受损,但是研究发现体重超重、肥胖的人的其他与受重无关的关节例如手部关节也容易得关节炎,说明还有别的原因与之有关(例如脂肪细胞会释放导致炎症的细胞因子)。足球运动员容易患膝骨关节炎则可能是因为他们的膝盖容易受伤。足球运动员患膝骨关节炎的风险是一般人的5倍。有的研究发现,在退役顶级足球运动员中,膝骨关节炎的发病率高达60%~80%。其他接触性体育项目运动员也有类似的高风险,例如膝部受过伤的美国橄榄球运动员在退役10~30年后超过80%患有膝骨关节炎。

  长跑不是接触性体育项目,但却是膝关节活动最频繁的。许多人相信,膝关节频繁的活动会导致磨损,容易患膝关节炎,以致有“跑步膝”的说法。由于长跑运动员或长跑爱好者的膝盖很少会严重受伤,而且他们往往能很好地记得参加跑步的时间长短和频率,长跑就成了研究锻炼对骨关节炎的长期影响的最佳案例。根据长跑运动员或爱好者跑步的时间长短、频率高低进行分组,比较他们的身体状况,这叫做队列研究。如果是根据他们过去的长跑情况做的对比,叫做回顾性队列研究;如果是根据他们当前和将来的长跑状况做一段时间的追踪调查,叫做前瞻性队列研究。前瞻性队列研究的说服力要比回顾性队列研究强。有多项前瞻性队列研究的结果都表明,长跑并不增加膝骨关节炎的风险。

  有的研究甚至发现,长跑不仅不增加膝骨关节炎的风险,反而能降低其风险。1984年起,斯坦福大学医学院研究人员开始对比研究51名长跑俱乐部成员和62名对照对象的膝骨关节炎的发病率,这些人的年龄都已超过50岁。到2002年这项长达18年的研究告一段落时,有些研究对象退出或死亡,还剩下45名长跑爱好者和53名对照。在设计该研究时,研究人员设想长跑组膝骨关节炎发病率和严重程度都会高于对照组。结果却出乎意料。1984年研究刚开始时,长跑组有6.7%患有轻 微膝骨关节炎,对照组没人患关节炎。18年后,长跑组有20%膝部有关节炎,其中2.2%为严重关节炎,而对照组却有32%膝部有关节炎,其中近9.4%为严重关节炎。1997年,奥地利多瑙河医院研究人员对参加维也纳马拉松比赛的7名运动员和1名因伤退役的前运动员的膝部做磁共振造影。10年以后,他们对这些人的膝部再次做磁共振造影。与10年前相比,7名现役马拉松运动中有6名的膝关节并未出现新损伤,有一名发生了关节炎病变,但属于自然退化。而那名前运动员的膝关节则严重恶化。

有些人患了膝骨关节炎,就觉得要静养,不敢再锻炼。其实对他们来说,适度地从事跑步等锻炼有助于缓解关节炎症状,这是治疗关节炎的重要措施。为什么跑步反而对膝关节健康有好处呢?这是因为它能让膝部的肌肉、韧带变得更强健,从而让关节更能承受压力、更灵活。

  我未能找到有关休闲式登山对膝骨关节炎的影响的研究。但可以将休闲式登山与长跑对膝关节的影响强度做一个比较。根据各种体育和锻炼活动对骨关节的撞击和扭力负荷的程度,可以将它们的强度分成三类:

  低强度:休闲式游泳、静止划船或滑雪、健身操、高尔夫球、散步、交际舞、水中有氧运动。

  中强度:保龄球、击剑、骑自行车、划船、滑冰、攀岩、网球双打、爵士舞和芭蕾舞、有氧运动、举重、帆船运动、快步走、越野滑雪、乒乓球、皮划艇运动、野外远足、骑马、纵列式滑冰、高山滑雪。

  高强度:棒球、垒球、篮球、排球、足球、橄榄球、手球、壁球、网球单打、跑步、长曲棍球、滑水、空手道。

  既然休闲式登山(包含在野外远足中)对膝关节的影响强度低于跑步,而跑 步并不增加甚至降低膝骨关节炎的风险,那么经常登山应该也会降低膝骨关节炎的风险,当然,前提是关节没有受伤。在运动过程中,身体对膝盖的感觉(叫做“本体感觉”)有可能恶化,影响了身体对膝盖运动的控制,就会增加关节受伤的风险。研究发现,上山不会影响对膝关节的本体感觉,下山则会削弱对膝关节的本体感觉,所以膝关节受伤往往是在下山时发生的,如果负载过重的话更会增加下肢关节疼痛和受伤的风险。所以在下山时要特别注意不要让膝关节受伤。下山时使用登山杖可以有效地减轻下肢关节的负荷。在陡峭的山坡,放慢步伐能有 效地减轻下肢关节负荷,从而避免疼痛和受伤,特别是在下山时效果更为明显。许多人认为使用护膝能够在登山时保护膝关节不会磨损,这并没有研究依据。护膝限制了关节的活动范围,反而可能达不到应有的锻炼效果。

  所以,在爬山时负载不要太重,步伐不要太快,必要时使用登山杖,避免膝盖受伤,应该是不用担心会增加患膝骨关节炎的风险的。锻炼,只要适度和防止受伤,总体上是有益于膝盖健康的。

2016.6.26.

(《科学世界》2016.7)

(XYS20160822)

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