真的如此简单-5: 锻炼可以保护关节的科学道理
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前期提要
在“真的如此简单-3：如何预防骨关节炎”这期中介绍了一项研究，研究显示跑步是一种很好的锻炼方式，它可以降低骨关节炎，特别是膝关节的骨损伤。这项研究对4796人追踪了96个月，也就8年的时间。最后发现，过去跑过步vs现在还在跑步vs从来不跑步的人群之间进行对比，跑步可以降低骨关节炎的发生，特别是可以减少膝关节的损伤。所以跑步，包括其他的一些力量锻炼方法是可以保护关节的。
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本期话题
跑步、力量锻炼为什么可以保护和改善关节的功能和结构，背后的道理是什么？将分享三项研究，第一个研究：正常人锻炼对膝关节有什么样的保护机理。第二个：骨关节炎病人，用拉伸和简单的自主肌肉收缩的锻炼方法，是否能保护关节？第三个：抗阻力锻炼是怎样保护关节的？
第一个研究在美国开展，参试者为12名白人，6人随机分到锻炼组，另6人作为对照组。锻炼组在跑步机上跑30分钟，速度由自己来定，但是要监控落地的冲击力，同时记录跑步的速度。在一个星期以后两组交叉，也就是说原来锻炼的一组变成静态不锻炼的一组，以前不锻炼的一组一个星期以后开始做30分钟的跑步。
同时，研究人员做了两项检测，一是血中炎症因子的检测，还有就是关节液的检测。试验地点离大学很近，试验结束后马上用轮椅把这些锻炼和不锻炼的人都推到医学院的研究机构，抽关节液检测关节液里的炎症因子。研究人员检查了几个主要的炎症因子，其中两个非常重要，其一是粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），它是一个中性粒细胞极弱刺激因子，该因子可以增加白细胞的增生，它被公认为骨关节炎的一个主要炎症因子。如果有骨关节炎的表现或者骨损伤的表现，这个因子是升高的。其二是白介素15（IL-15）。
（△ 对照组）
（△ 30分钟跑步）
对照组在静止的情况下，这两种因子前后对比并没有明显的改变；但是30分钟跑步的这一组人群，锻炼前和锻炼后相比，GM-CSF在关节液中的浓度是显著降低的，同时IL-15的浓度也显著降低。所以，30分钟的跑步可以降低膝关节骨关节液内的这两个炎症因子。
（△ 落地的冲力与COMP正相关）
同时，血中有一种肽COMP（Cartilage oligomeric matrix protein），是关节软骨修复、更新的主要生物标记物。当人们锻炼的时候，这一肽链在血中的浓度显著上升，锻炼完15分钟以后，它的浓度就降低了。锻炼让关节软骨处于更新修复的过程，非常有意思，而且是和落地的冲击力呈正比的。
所以，对正常人来说，跑30分钟以后，关节腔内关节液的炎症因子水平显著降低，同时，关节软骨修复的标记物上升，实际上我们的关节软骨启动了修复的机制。
（△ 研究人员在参试者关节腔内放入了管子，锻炼以后把这些关节液引流出来进行检测。）
第二项研究是中国学者做的，发表在《MOLECULAR MEDICINE REPORTS 》上。研究纳入100个膝骨关节炎病人，50人进入锻炼组，50人进入一般的静止组。锻炼组用几种方式锻炼：第一个方式是拉伸——①弯曲膝关节，拉伸股四头肌和关节周围的韧带；②把腿翘在高处进行拉伸；③坐姿状态下，以大小腿折叠90°或0°的姿势分别收缩股四头肌10秒钟，休息10秒钟，然后再继续，10组为一个循环，每个角度进行5个循环。早上锻炼1次，晚上锻炼1次，每星期锻炼4天。锻炼4个星期之后抽关节液比较不锻炼和锻炼的区别。
结果显示：从关节功能来看，锻炼组的骨关节炎病人，关节功能显著改善；关节液内的一个炎症因子——肿瘤坏死因子（TNF-α），锻炼组的降低显著优于对照组；炎症因子C反应蛋白（CRP）在关节液里的降低，锻炼组显著优于对照组；骨关节破坏的标志物——基质金属蛋白酶（MMP3），它的水平在锻炼组也显著降低，显著优于对照组。
拉伸
拉伸
该研究表明，拉伸和自主收缩锻炼，包括股四头肌和关节周围的肌肉的规律性收缩，这么简单的锻炼在几周以后就实现了显著降低炎症因子、降低破坏软骨的金属蛋白酶水平。骨关节炎病人通过这种简单的锻炼可以显著降低炎症因子，同时降低破坏关节软骨的酶。
第三项研究有31个白人女性参加，都是骨关节炎患者，这其中有两例被排除了，一共13例不锻炼，16例是锻炼的。锻炼组在经过骑自行车5分钟的热身以后，单腿进行抗阻力训练——在蹬腿机上，腿折叠到90度再蹬起来。这项研究让参试者用最大肌力的60%，蹬25次。25次为一组，一共蹬10组。
之后，抽关节液对锻炼和对照组进行比较。研究发现，不论是关节内的关节液，还是关节周围软组织中取得的样本，抑炎因子IL-10的水平在锻炼组均显著升高，而在静止组，它的变化并不明显，两组差异显著。
研究提示：锻炼可以提升关节液中的抑炎因子。
（左：关节内的IL-10，不锻炼vs锻炼；右：滑膜周的IL-10，不锻炼vs锻炼。non-exercise (NEx)，exercise (Ex)，*P < 0.05）
前文说到锻炼可以降低致炎因子，比如IL-15、GM-CSF、TNF-α、CRP、MMP-3，同时，锻炼可以升高关节液内和关节周围的IL-10。IL-10是一个公认的、证据明确的抗炎因子。无独有偶，有研究显示：跑步后抽血发现，跑步时上升最快的是IL-6，它是致炎因子，但是很奇怪，在内源性的IL-6升高以后，马上诱导了一系列的抑炎因子，比如说在血液里IL-10的水平升高。同时，IL-1是致炎因子，但是在IL-6的诱导下，IL-1的受体水平增高，以中和、结合IL-1。所以，实际上，锻炼让我们全身的炎症、微炎症都降低了。
小 结
这三项实验证明，锻炼不单是在全身，在关节腔内的关节液中，同样会带来致炎因子的降低和抑炎因子的上升。
回顾一下最近几期所讲的内容：跑步、锻炼可以改善关节功能，同时有保护关节的作用，同时对大脑也有改善作用，这背后的机制之一就是降低微炎症。上述这三个研究就提供了比较好的科学证据。
对正常人群来说，可以跑步，而且是中等强度的、有一定落地压力的跑步，它可以降低关节液内的促炎因子，包括GM-CSF和IL-15，同时可以激活软骨的再生和修复。
对于骨关节炎的病人，在没有控制症状的前提下，不宜剧烈运动，此时可以做拉伸和等距收缩练习，这可以改善骨关节炎的功能、症状，同时可以降低关节液内的致炎因子TNF-α、CRP和破坏骨关节软骨的酶MMP的水平。
抗阻力的下肢训练，也可以提升关节液内的抗炎因子、抑炎因子、IL-10的水平。
锻炼，无论是跑步还是力量训练，都可以降低关节中促炎因子的产生，可以降低微炎症，同时增加抑炎因子的水平，激活软骨的修复功能。
对跑步者追踪了8年，可以看到锻炼的人，其膝关节、骨关节的功能和结构的保护都优于不锻炼的人。也就是说，锻炼可以帮助关节修复，而且可以提高功能。为什么会产生这样的效果？正如上文所述，锻炼可以降低致炎因子、降低关节腔内的炎症或微炎症，提高抑炎因子的水平，同时可以刺激软骨的结构修复。
如果没有关节炎炎症症状的情况下，我们可以适当地锻炼，可以去跑步、负重（抗阻力训练），也可以做简单拉伸和等距肌肉收缩，这些对关节都是非常有利的，坚持一两个月以上就会看出效果。希望大家能用健康的生活方式，特别是锻炼身体的方式来保护关节，促进关节的康复。
参考文献：
1. Hyldahl, Robert D.; Evans, Alyssa; Kwon, Sunku; Ridge, Sarah T.; Robinson, Eric; Hopkins, J. Ty; and Seeley, Matthew K., "Running decreases knee intra-articular cytokine and cartilage oligomeric matrix concentrations: a pilot study" (2016). All Faculty Publications.2018.
2. MOLECULAR MEDICINE REPORTS 2013;7:183-186
3. Arthritis Research & Therapy 2010, 12:R126