医用臭氧治疗膝骨性关节炎的研究进展

胡宇奇 王仁伟 王北洋 焦强

膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)由于其极高的发病率及致残率，越来越成为影响老年人生活质量的因素之一[1，2]针对早期KOA患者常采用非手术治疗，包括药物及关节腔注射等，关节腔注射以透明质酸钠(HA)、臭氧、富含血小板的血浆(platelet-rich plasma,PRP)等多见[3,4]。随着近年实验研究及临床应用，医用臭氧注射依靠操作简便、费用较低、效果较好的特点，在临床治疗中医用臭氧注射及合并其他药物治疗KOA的方法得到越来越多的应用[5]。本文对近年医用臭氧在动物试验及在临床应用中的研究进展进行综述。

1 骨关节炎现状

在当今社会,越来越多的人受到KOA的影响[6]。研究显示，全球超过5亿人的生活受到骨关节炎的影响[7]。骨关节炎可累及膝、髋、腕、肘等关节，以膝关节多见[8]，可引起患者关节疼痛，以及限制关节活动，从而在一定程度上影响人们的生活质量[6-8]。骨关节炎是一种累及全关节的疾病，包括关节囊、滑膜、韧带、关节软骨、软骨下骨及周围肌肉。发病特点以关节软骨破坏、骨重建及滑膜炎多见[6]。有研究表明，骨关节炎发病常与白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子有关[9]。流行病学研究显示，骨关节炎的发病危险因素有很多，如随着年龄增长，关节结构发生生物学变化；肥胖的程度，常与膝关节炎的发病有关；先天发育不良，常与髋关节炎有关；繁重的工作，如高强度负重、经常地弯曲及跪地，常会引起骨关节炎[6-9]。无论何种方式引起的骨关节炎，若不采取重视，最终可致残。根据骨关节炎不同的严重程度，现阶段有许多治疗方式[10]：(1)保守治疗：①合理锻炼，肥胖患者可通过锻炼达到减肥目的，从而减轻骨关节炎的症状[10]。②药物治疗，常见的药物包括氨基酸葡萄糖，非甾体类抗炎药等，缓解早期骨关节炎有一定程度的效果[10]。(2)关节腔注射治疗[4]：常用药物包括透明质酸钠、医用臭氧等，在缓解疼痛症状方面有显著效果。(3)手术治疗：①关节镜治疗，但研究表明，骨关节炎关节镜治疗的疗效存在争议[11]。②关节置换术，关节置换术作为一项成熟的手术方式，通过应用各种人工关节假体，在治疗较严重的骨关节炎中有不错的效果，术后大部分患者生活质量得到改善[12]。

2 臭氧疗法的发展概述

1839年，德国科学家Schoenbein报告了其在电解稀硫酸中产生大量带有刺激性气味气体，并在1840年对该气体命名为臭氧[13]。在第一次世界大战中，医生对厌氧菌感染导致气性坏疽的患者采用臭氧治疗。1932年，瑞士牙医E.A.Fisch采用臭氧治疗坏疽性皮炎[14]。1936年，法国医生 P.Aubourg采用臭氧注入疗法治疗慢性结肠炎，并取得了不错的疗效。之后物理学家 Joachim Hansler发明了第一个医用臭氧发生器[13,14]，臭氧治疗得到了更广泛的应用。但随着对臭氧更多的认识与研究，许多研究表明，臭氧具有强氧化性及生物毒性，许多人认为臭氧是一种有害气体[15]。Paracelsus提出，所有事物都是带有毒性的，但是可以通过控制剂量来消除它的毒性[16]。在缺血性疾病中，臭氧可用于治疗动脉粥样硬化及糖尿病等引起的肢体缺血，治疗后患者症状得到明显改善,避免采取截肢等治疗[17]。在骨科疾病中，腰椎间盘突出的治疗中应用臭氧注射，能显著改善患者的预后[18]；KOA患者接受关节腔臭氧注射治疗，可避免进行手术治疗而可能产生的并发症，且治疗后生活质量得到明显提高[19]。

3 医用臭氧的动物实验

Xu等[20]将雌性大鼠分为3组：右膝关节注射50 μl 0.9%氯化钠溶液的假手术组，右膝关节注射碘乙酸单碘酯(monoiodoacetate，MIA)50 μl构建OA模型的MIA组，右膝关节注射MIA后注射0.5 ml臭氧(30 μg/ml)的MIA+O3组。于注射MIA前、注射后测定足撤退潜伏期(PWL)和机械撤退阈(MWT)。在注射MIA后MWT及PWL呈下降趋势，7 d后MIA+O3组的MWT显著升高。MIA+O3组相对于MIA组IL-6及TNF-α浓度降低，认为臭氧通过抑制IL-6及TNF-α的表达，对于关节软骨变性有抑制作用[20]。Yilmaz等[21]认为全身应用臭氧治疗相对于高压氧治疗有着更好的疗效，臭氧在一定程度上能预防KOA的发生。

在臭氧合并其他治疗KOA的动物实验中，臭氧同样有着较好的效果。Huang等[22]采用富含血小板血浆(PRP)联合臭氧治疗方法，结果表明经过PRP联合臭氧治疗，软骨MMP-1表达明显降低，Ⅱ型胶原蛋白表达升高，PRP联合臭氧有利于恢复炎性细胞外基质的合成与分解稳态，预防软骨的破坏，改善负重不对称，减少KOA的发生[22]。

4 医用臭氧的临床应用

4.1 单独使用臭氧对于KOA的治疗 Raeissadat等[23]进行了一项随机双盲试验，将纳入标准的患者分为2组，分别给予关节腔注射医用臭氧和玻璃酸钠，结果表明2组治疗均有明显效果，短期臭氧治疗组的疼痛缓解程度要优于玻璃酸钠组，但长期随访中2组并无明显差异，认为可能因为样本量较小导致。Duymus等[24]将纳入标准的患者分为3组，关节腔注射玻璃酸钠的HA组，注射富含血小板血浆的PRP组，注射臭氧的O3组，结果表明，在长期随访来看，PRP治疗效果优于另外2种治疗方式，臭氧治疗效果持续时间较短。 Fakhari等[25]对30例患者进行关节腔内注射臭氧治疗，根据VAS评分及WOMAC进行评估；结果表明，经过臭氧注射治疗后，患者疼痛程度得到很好缓解，关节活动度有了一定程度的恢复，生活状况得到改善。

在众多临床试验中，臭氧的单独注射治疗相对于其他的注射治疗各有优劣，臭氧具有不良反应小，起效快，但效果持续时间较短的特点，在KOA的进展过程中，臭氧能够有效地缓解急性疼痛，恢复关节功能，提高患者的生活质量，这也为在临床治疗方式的选择提供了帮助[23-26]。

4.2 关节腔内臭氧联合其他注射对于KOA的治疗

4.2.1 臭氧联合玻璃酸钠治疗：相比于单独应用，臭氧联合其他药物进行关节腔注射的应用更加广泛。孙晓飞等[27]对35例患者采用了关节腔注射臭氧联合玻璃酸钠的方式进行治疗，结果表明，相比于单独使用玻璃酸钠治疗，联合臭氧治疗的效果得到显著提高。周文辉等[28]将纳入标准的66位患者分为2组，对照组给予关节腔单独注射玻璃酸钠2.5 ml,观察组给予关节腔臭氧(20 μg/ml)10 ml联合玻璃酸钠2.5 ml。3个月后观察组VAS、大骨节病疗效观察方法(Lequesne 评分)显著低于对照组，TNF-α、IL-6、MMP-13 水平也显著降低。认为二者联合治疗有助于增强组织抗氧化能力，拮抗免疫抑制因子，加快自由基的清除，从而实现抗炎、修复软骨的作用。

关节腔内单独注射臭氧或玻璃酸钠都存在一些不足，从上述临床试验结果可以看出，联合使用臭氧和玻璃酸钠可以实现优势的互补，治疗效果均优于使用单一种类治疗，提高了对于KOA的治疗效果[27-29]。

4.2.2 臭氧联合富含血小板的血浆治疗：Reyes-Sosa等[30]对60例患者采取PRP和联合口服塞来昔布治疗，采用VAS及WOMAC评分进行评估，结果表明PRP对于治疗KOA有显著效果，对缓解疼痛，恢复功能有更好的作用，且除注射疼痛无明显副作用。Dernek等[31]的一项临床试验中，将80例患者分为单纯注射PRP组，和PRP及臭氧联合注射的PRP+O3组，研究结果表明，治疗后10天，PRP+O3组VAS评分明显低于PRP组；在治疗3个月后，PRP+O3组WOMAC评分低于PRP组。但6个月后则相反；认为，2种方式总体随访过程疗效差距不大，但联合臭氧治疗可以实现更早的镇痛效果，有利于更快缓解症状；但该研究具有局限性，且关于PRP+臭氧疗效研究较少，临床疗效还需进一步验证;但是该研究也为KOA的治疗提供了一个新的联合治疗方式[31]。

4.2.3 臭氧联合高渗盐水治疗：Farpour等[32]对34名患者分别采取单独注射5% 0.9%氯化钠溶液4 ml和5% 0.9%氯化钠溶液4 ml联合臭氧(20 μg/L)7 ml,根据VAS评分WOMAC评分对结果进行评估，结果表明，2种治疗方式组治疗后效果均显著，在疼痛、僵硬等方面有很大程度改善，但2种治疗方式治疗效果并无明显差距；认为可能由于样本数量较小，随访时间较短，通过改变注射浓度、剂量，以及随访时间的延长可能会得到不同结果。

4.3 臭氧联合其他治疗方式对于KOA的治疗

4.3.1 关节内氧-臭氧注射联合局部振动治疗：Paolucci 等[33]对55例患者分别采用单纯关节内氧-臭氧(O2-O3)治疗和关节内氧-臭氧联合机械局部振动(mechanical focal vibration，mFV)治疗，O2-O3-mFV组每周一次关节内O2-O3(20 ml O3,20 μg/ml)注射及3次mFV(300 Hz)治疗，15 min/次，持续3周；根据VAS、膝关节损伤和骨关节炎评分(knee injury and osteoarthritis outcome score,KOOS)及医师研究理事会评分(medical research council，MRC)对疗效进行评估，结果表明，经治疗后患者疼痛程度得到明显减轻，肌肉力量增强，关节活动度增加;认为，臭氧可诱导抗氧化，抑制肿瘤坏死因子TNF-α等，实现抗炎作用；mFV模拟了日常的生理刺激，有利于缓解疼痛，增强肌肉力量，而且mFV在60 min就发挥效果，可以在短期内缓解疼痛，有利于KOA的康复治疗。但目前mFV联合O2-O3还没有一个统一的治疗方案，未来还需要进行更多的研究。

4.3.2 关节腔内臭氧注射联合针刺治疗：何松等[34]对30例患者采用银质针联合臭氧注射治疗；治疗后结果表明，经联合治疗后，患者WOMAC评分显著降低，血清 IL-6 及 TNF-α 含量显著降低;膝关节功能得到明显改善。

魏媛媛[35]对60例患者分别采用单纯针刺治疗和针刺治疗联合关节注射玻璃酸钠及臭氧。结果表明，和单纯针刺治疗相比，联合关节注射的治疗组疼痛程度的缓解，以及临床症状的改善更加显著。认为臭氧具有良好的氧化作用，有利于关节软骨的再生，搭配针刺治疗的活血化瘀镇痛，在短时间内就可实现显著缓解疼痛的作用，使得关节活动功能得到很好地改善。同时联合臭氧治疗尚无明显不良反应，安全性较高，该临床试验为中西医治疗KOA特供了途径[35]。

4.3.3 关节腔内臭氧注射联合小针刀治疗：谢妮娜等[36]对40例患者采用小针刀治疗联合关节腔注射臭氧、玻璃酸钠。3个疗程之后，患者疼痛程度明显减轻。治疗效果明显优于单纯关节腔内臭氧及玻璃酸钠注射。李刚等[37]采用小针刀联合关节腔注射臭氧治疗方法，治疗结束后结果表明，相比于单纯小针刀治疗，联合关节腔注射臭氧治疗有着更显著的镇痛效果，更有利于患者恢复。

小针刀松解术能够分离粘连组织，松解受压迫的神经，改善局部血运，联合关节腔注射臭氧治疗能够明显提高治疗效果[36,37]。

4.3.4 关节腔内臭氧注射联合冲击波针灸治疗：姚东文等[38]采用冲击波针灸联合关节腔注射臭氧治疗方法，冲击波针灸治疗以膝关节周围穴位为主，每次冲击4 000次左右，4 d 1次，共2次。结果表明，治疗后2、6周，冲击波针灸治疗组WOMAC评分好于针刺治疗组，疼痛缓解明显。关节内外兼治，疗效显著。

4.3.5 关节腔内臭氧注射联合关节腔冲洗治疗：秦小虎等[39]对15例患者采用关节腔冲洗联合臭氧注射治疗，使用0.9%氯化钠溶液250 ml及庆16万U大霉素冲洗至冲洗液清亮，注射臭氧(30 μg/ml)20 ml。经联合治疗后，患者疼痛症状得以显著减轻，生活质量得到一定程度的提高。

4.3.6 关节腔内臭氧注射联合运动疗法治疗：曹杰[40]对40例患者采用关节腔注射臭氧、中药热敷及运动疗法，以仰卧训练为主。结果表明，联合治疗后患者Lequesne 评分降低明显，KOA病情得到明显缓解。牟建蛟等[41]对30例患者采用关节腔内臭氧水灌注清洗联合运动疗法治疗，运动疗法以对股四头肌，腘绳肌训练为主，治疗后患者IL-6、TNF-α降低，膝关节僵硬情况得到改善。

运动疗法主要增强了股四头肌肌力，从而缓解了KOA引起的疼痛，对于关节活动功能的改善有很大的帮助[40,41]。

4.3.7 关节腔内臭氧注射联合关节镜下清理治疗：沈建成等[42]对58例患者采用关节镜下清理联合关节腔内臭氧注射治疗，首先在关节镜下观察软骨、韧带及半月板情况，切除关节腔内增生组织，对半月板进行修整，对韧带进行松解，操作结束后冲洗关节腔，后注射浓度为40%的医用臭氧40 ml于关节腔内；经治疗后，患者疼痛程度得到显著缓解，活动度增加，关节功能得到明显提高，且经过随访，远期复发率明显降低。

4.3.8 关节腔内臭氧注射联合双极关节腔内脉冲射频治疗：张超等[43]对70例关节炎患者采用双极关节腔内脉冲射频联合关节腔内臭氧注射治疗，在X射线机的引导下，行射频套管针穿刺，使射频针尖位于关节间隙中央，在脉冲射频给予42℃、2 Hz、波宽20 ms，共10 min治疗，拔出针芯后给予关节腔内注射20 ml浓度为30 μg/ml的医用臭氧。结果表明，经双极关节腔内脉冲射频及臭氧联合治疗后，患者的关节疼痛情况得到明显改善，关节功能得到一定程度的改善，且此联合治疗方式在近期及远期疗效方面均有较好的表现。

4.3.9 关节腔内应用臭氧水联合中医综合疗法治疗：彭文忠等[44]对30例关节炎患者采用中医综合疗法合并臭氧治疗，中医综合疗法包括针灸治疗、推拿治疗、中药内服及中药外敷治疗，试验中再配合关节腔内23 mg/ml的臭氧水冲洗以及痛点臭氧水注射治疗，每周1次，3次为1个疗程，治疗后，患者疼痛情况明显缓解，关节功能得到显著提高。生活治疗得到改善。

5 医用臭氧的作用机制

臭氧自身作为一种强氧化剂，可干预人体内的诸多生物代谢反应，从而实现对于膝骨关节炎患者的治疗作用。其作用机制主要有：(1)臭氧可影响炎性因子的释放。在经过医用臭氧治疗后，患者关节液中IL-1、TNF-α等炎性因子含量均明显降低，从而使得关节内炎性反应的减少，对于关节内各种组织起到一定程度的保护作用[45]；(2)臭氧可抑制基质金属蛋白酶的表达。MMPs是关节软骨降解的主要原因，臭氧可通过影响MMP-1等蛋白酶的表达，从而实现减轻软骨降解，减轻临床症状的作用[46]；(3)臭氧可影响自由基的代谢。关节中大量的活性氧(ROS)可促使软骨细胞的凋亡，适度的臭氧注射可刺激抗氧化酶反应，促进抗氧化酶的生成，对自由基具有一定的清除作用，从而对软骨起到保护作用。(4)臭氧可作用于神经末梢，刺激大脑释放脑啡肽等物质，实现镇痛的效果。

6 医用臭氧的安全性研究

在关节炎的进展中，基质金属蛋白酶参与了关节软骨的降解，许多动物实验及临床试验表明，不同浓度的臭氧注射会对基质金属蛋白酶含量产生不同的影响，吕倩怡[47]采用不同浓度臭氧注射于兔模型中，治疗后结果表明，25 μg/ml为最佳浓度，过高或过低浓度均会引起MMP-13明显升高，导致病情加重。乔长峰[48]的研究中对患者单独采用臭氧注射治疗，治疗后患者关节液中MMP-13含量上升，提示关节软骨受到了更大的损伤，但在联合玻璃酸钠注射治疗后，患者关节液中MMP-13含量明显下降，其认为联合用药可对关节软骨起到保护作用，同时提高了疗效。同时，由于臭氧自身的强氧化性，可参与反应生成活性氧和脂质过氧化物，该物质可直接参与细胞的凋亡，适当浓度的臭氧可刺激抗氧化系统对于自由基的清除，但过高浓度的臭氧注射会使细胞受到更严重的损害，因此选择适当浓度的臭氧治疗尤为重要，但目前针对采用何种浓度进行治疗笔者尚未发现统一标准。

随着近些年越来越多的动物实验及临床试验，医用臭氧在膝骨关节炎病的治疗中的应用越来越广泛。但当前阶段医用臭氧治疗仍存在一些问题：(1)许多临床试验结果表明经过臭氧治疗短期内都有较好的效果，但在之后6个月后效果欠佳，且几乎所有试验缺乏长期随访，无法证实臭氧治疗的长期疗效以及安全性[49]。(2)医用臭氧的疗效存在争议，许多研究表明在有臭氧参与的治疗中，疗效有显著提升，但同时也有一些研究显示臭氧治疗疗效与其他治疗无明显差距[50]。(3)臭氧注射的浓度与剂量尚不统一，注射浓度在15～40 μg/ml，注射剂量在5～20 ml，何种方案臭氧注射疗效仍存在争议[51]。

虽然臭氧治疗尚存一些争议，但臭氧在短期疗效和安全性方面表现得很好。研究表明，相比于其他方法，臭氧注射治疗能够在短时间能实现缓解疼痛的作用，且经臭氧注射治疗后基本无不良反应。不仅单独进行臭氧治疗膝骨性关节炎有着不错的疗效，臭氧联合其他如玻璃酸钠等治疗往往能更好的实现缓解疼痛，恢复膝关节功能，改善患者生活质量的效果[52,53]。相信通过未来更多的研究，医用臭氧会在膝骨性关节炎的治疗中有更好的发展前景。