机械负荷对肌腱适应的影响

导言

尽管我们对肌腱病发病机制的认识有所进步，但传统的保守治疗和药物干预的结果仍不一致，许多患者会出现持续性疼痛和功能受限。吉尔-库克提出的连续体模型被广泛引用，该模型认为肌腱退化的部分在结构上是不可逆的。然而，新出现的结构和机械生物学证据挑战了这一假设，表明肌腱组织可能比以前认为的具有更强的适应和重塑能力。

本综述探讨了机械负荷对肌腱适应的影响退化的生物机制，尤其关注细胞信号传导、基质重塑和机械传导途径。通过整合最新的实验研究结果，该报告旨在提供一个以生物学为基础的框架，为跟腱病OR跟腱炎的治疗提供运动处方。这篇理论合成为即将发表的一篇综述奠定了基础，该综述探讨了高负荷运动策略，并介绍了一种新型的腱病症负荷方案供临床应用。

方法

这篇叙述性综述综合了主要在动物模型中进行的多项实验研究的结果。

成果

肌腱结构的生物学基础

I 型胶原蛋白（COL1/Col1a1）是肌腱和韧带组织的主要结构蛋白质，具有抗拉强度。损伤后，胶原蛋白合成增加；然而，增殖期的基质沉积往往是无序的。健康肌腱中的胶原蛋白纤维与机械力平行排列，而病理学肌腱中的胶原蛋白纤维则较小、交联较少且杂乱无章。虽然 I 型胶原蛋白与 III 型胶原蛋白相比具有更强的机制阻力，但愈合肌腱中 III 型胶原蛋白的比例往往更高。基质金属蛋白酶（MMPs）是负责胶原蛋白降解的酶，在组织重塑过程中同时活跃。

受伤的成人肌腱通常会高度细胞化，并形成以小直径纤维为特征的无序胶原蛋白基质，从而导致退化的组织表型。

组织再生和发育再现

针对损伤，胚胎发育过程中正常活跃的基因会重新表达。干细胞和增殖细胞群会扩展并分化成特化的组织；然而，成人肌腱一般不能完全再生，往往会留下残余退化的基质。相比之下，新生儿模型表现出更强的功能修复能力，其组织结构类似于发育过程。这些研究结果表明，再生能力可能取决于重现发育程序的能力，这一特征在较年轻的有机体和某些实验模型中比在成年人类肌腱愈合中显得更为强大。

材料特性反映机制要求

肌腱可根据其机制功能分为储能结构和姿势结构。能量储存肌腱（如跟腱）吸收并返回机械能，以提高运动效率。以胫骨前肌腱为例，姿势肌腱主要定位关节并促进运动，如步态中的足部间隙。这些功能上的区别反映在结构特性上：储能肌腱通常具有较大的横截面积，以补偿较低的材料僵硬度，从而实现弹性储能。同一动力链中的肌腱也可能表现出不同的机制特征。例如，股四头肌肌腱和髌骨肌腱串联运行，但显示出不同的僵硬特性，股四头肌肌腱的僵硬程度约为髌骨肌腱的两倍。这种差异可能反映了它们的机械环境--髌骨肌腱的骨对骨插入点与股四头肌腱的肌对骨附着点--两者施加了不同的负荷模式，因此影响了肌腱适应的机械负荷和材料要求。肌腱适应的机制负荷和材料要求。

肌腱适应的机械负荷 — 摘自：Tam and Baar, Matrix Biol：谭和巴，《矩阵生物》，（2025 年）

压缩

压迫力经常作用于肌腱，尤其是肌腱包裹骨质或网状结构的部位。在动物模型中进行的实验研究表明，去除压缩负荷会降低肌腱的僵硬度并改变结构适应性，这表明肌腱受到压缩后会重塑以适应这种机制环境。在人体中，受压肌腱区域通常表现出富含Ⅱ型胶原蛋白的纤维软骨特征，专门用于阻力。

剪切

剪切力来自肌腱、韧带、肌肉和邻近组织之间的相对滑动。在跟腱中，筋膜之间的不同滑动有利于力量的传递，但可能会随着年龄的增长而减弱，从而可能导致运动范围缩小和力量分布受损。滑动能力的下降可能是老年人跟腱断裂发生率较高的部分原因。与压迫适应一样，机械负荷的减少可能会导致退化的变化、损伤风险的增加和适应能力的降低。

特异性力量驱动特定分子程序

细胞命运和组织组成通过机制传导途径受到机械环境的强烈影响，这强调了机械负荷对肌腱适应的重要性. 尽管人们对肌腱愈合的特异性途径仍不甚了解，但机械力会引发生物和代谢适应，从而调节组织结构和功能。接下来的章节将探讨不同加载模式对肌腱适应和修复的生物力学影响。

紧张

手法治疗机制环境，包括机制负荷是肌腱重塑和功能适应的核心。拉伸负荷驱动组织重塑，但有益负荷和潜在有害负荷之间的平衡仍然至关重要。因此，加强对加载策略的生物力学理解对于优化肌腱康复和适应至关重要。

Scleraxis（Scx）是参与肌腱发育和胶原蛋白调节的关键转录因子。在胚胎发生过程中，Scx 通过与 Col1a1 基因的调控区域结合，促进 I 型胶原蛋白（COL1）的合成。它的表达受肌肉激活和机械负荷的影响。不过，在成年肌腱中，Scx 似乎对适应性生长的作用不太重要。包括Col1a1、tenomodulin (Tnmd)、fibromodulin (Fmod)和Mohawk (Mkx)在内的几种致腱鞘基因会随着负荷的增加而上调，但Scx的表达不会发生相应的变化。这表明肌腱的适应可以独立于Scx而发生，其主要作用可能与早期纤维形成而非随后的纤维生长有关。相比之下，Mkx 似乎有助于纤维在机械刺激下增大和成熟，支持其在肌腱结构适应中的作用。

愈合的成人肌腱通常表现出与发育组织相似的特征，包括小直径胶原蛋白纤维和Scx表达抬高。然而，与胚胎发育不同，愈合基质经常无法成熟为有组织的承重器官。一种解释是，机械信号可能无法通过瘢痕基质充分传递，这种现象与压力屏蔽一致（下文将进一步讨论）。机械信号的损害可能会减少机械敏感通路（如 Mkx）的激活，限制胶原蛋白纤维的成熟，促使形成机械性低劣的瘢痕组织。

压缩

压缩力调节肌腱细胞分化和基质组成。受到挤压的区域--如内膜和肌腱滑轮--通常会形成纤维软骨特征，其特点是软骨标记物的表达，包括Col2a1和凝集素。在发育过程中，肌腱祖细胞最初会共同表达Scx和Sox9（一种软骨生成转录因子），然后分化为紧张适应的肌腱细胞和压缩适应的纤维软骨细胞。实验证据表明，持续压缩可诱导肌腱内软骨样组织的形成，而拉伸负荷则会促进肌腱特异性基因的表达并抑制软骨生成途径。在缺乏Mkx的情况下，拉伤可能会自相矛盾地促进软骨基因的表达，从而导致异位纤维软骨的形成。这些研究结果表明，肌腱细胞具有多能潜能，机械负荷通过对张力和压力敏感的转录程序调节其分化。

剪切

润滑蛋白和透明质酸是肌腱筋膜滑动和抗剪切力的重要介质。然而，它们的生物调控和对机械负荷的反应特征仍然不足，限制了人们对它们在肌腱病理学和适应中的作用的了解。

空间安排

胶原蛋白组织对肌腱功能至关重要，并受到机械紧张的强烈调控。在肌腱发育过程中，拉力通过特化结构（纤原蛋白）使细胞和胶原蛋白纤维排列整齐，形成健康肌腱特有的平行结构。即使在无细胞胶原蛋白基质中，拉伤也能增加纤维排列和密度，这些变化在卸载后可能会持续性存在。然而，重塑的持久性取决于基质交联，这可能会降低老化或代谢改变组织（如糖尿病）的适应性。拉伸负荷也会增加胶原蛋白降解的阻力，并激活支持纤维成熟的生化途径（包括 Mkx）。因此，肌腱的激活适应反映了被动机械排列和主动细胞信号在响应机械负荷时的相互作用，这一过程支配着结构重塑和功能优化。机制负荷时被动机械排列和主动细胞信号的相互作用。这一过程支配着结构重塑和功能优化。

缺失力和反常力在肌腱和韧带退化中起作用

愈合后的肌腱通常类似于未成熟组织或胚胎组织，表现出 Scx 表达抬高、成纤胶原蛋白（III、V、XI）增加、胶原纤维直径小、细胞度高、血管化以及存在 Scx+/Sox9+ 祖细胞。这些特征表明，受伤肌腱重新激活了一个发育程序，但未能向完全机械成熟进展，这可能是由于机械信号的改变。机械负荷对肌腱基因的正常调控至关重要：瘫痪或卸载会减少关键的机械敏感性转录因子（如 Egr1），并破坏 TGF-β 介导的 Scx 信号传导，损害再生能力。拉伸负荷会促进肌腱特异性基因的表达，同时抑制软骨基因的表达，而压缩或卸载则会使平衡转向软骨或退化的表型。虽然胶原蛋白 III 通常与瘢痕组织有关，但再生模型的证据表明，胶原蛋白 III 的早期上调是正常修复的一部分。持续性抬高，尤其是在卸载状况下，反映了成熟失败，而不是退化的原因。即使极小的机械应变也足以调节基质基因的表达并改善机械康复，这凸显了肌腱细胞对其加载环境的极端敏化度。这些发现共同表明，缺失的机械力和异常的机械力都会破坏肌腱从早期修复基质向成熟的、具有机械能力的肌腱的正常进展。

压力屏蔽

随着肌腱病的进展，退化的肌腱区域可能会出现症状并受到压力屏蔽。当施加机械负荷时，肌腱较硬和较健康的部分优先承受负荷，而顺应性较强的退化区域则不承受负荷。这种生物力学现象进一步减少了对病变组织的机械刺激，可能会导致废用和损害重塑。由于退化的部分接受的有效负荷很少，其肌腱通过机械负荷进行适应的能力就会降低机制负荷的肌腱适应能力减弱。

肌腱具有粘弹性行为，可用于治疗学研究。两个关键特性是压力松弛--在持续拉伸过程中内部张力逐渐减小，以及蠕变--在恒定压力下组织随时间变化的变形。这些特性表明，尽管存在压力屏蔽，但受控制的持续加载策略可能会促进对退化区域的机械刺激。

等长收缩可能是一种有价值的加载模式。实验模型已经证明，等长收缩可以上调腱生成基因的表达。长时间等长收缩可诱导健康肌腱区域的压力松弛，同时允许退化区域的蠕变和机械应变。这可以促进负荷传递到瘢痕组织，并可能支持生物和结构适应。

问题与思考

Tam等人 (在研究腱鞘炎的过程中，J.P. M.等人（2025 年）提出，在生理性腱鞘炎中，顺应性瘢痕组织可能与较硬的健康肌腱平行，并在机制上成为 "应力屏蔽"，这意味着在正常的生理性应变水平下，瘢痕内较少的胶原蛋白纤维和驻留细胞会实际承受拉伤压力。由于关键的韧化调节因子对负荷灵敏度敏感，因此压力传递不足可能会预防瘢痕成熟，反而有利于不成熟或纤维软骨样表型的持续性。对于临床实践而言，该模型支持谨慎定量的机械加载而非长时间卸载的理论依据：完全的压力剥夺已被证明会损害韧带基因表达和机制康复。作者进一步指出，持续加载允许粘弹性蠕变（如等长收缩）可能有助于将紧张传递到瘢痕中并激活韧带生成途径，而不适当的加载或不加载可能会使退化永久化。不过，有必要强调的是，虽然这一机械生物学框架为控制负荷可能有益以及为什么害怕所有负荷可能是错误的提供了合理解释，但本文尚未建立直接的临床证据，证明特定的负荷策略 "克服 "了人体的压力屏蔽。

等长收缩是一种很有前景的肌腱康复方式，但最佳训练参数仍不确定。在本案例研究中对一名患有慢性的跟腱病OR跟腱炎的运动员采用了等长收缩计划和饮食补充方案。饮食策略包括在训练前约一小时摄入 15 克明胶和 225 毫克维他命 C，目的是支持胶原蛋白的合成。

等长收缩练习项目采用开链运动（伸展腿和压腿）和闭链运动（西班牙式深蹲），针对中段肌腱负荷。等长收缩的持续时间最初为 10 秒钟，然后以 5 秒钟为单位逐渐延长，最长为 30 秒钟。训练量为一至三组，每组重复 2 至 4 次，强度超过单次最大强度（1 RM）的 80%，每月重新计算一次。训练持续约 10 分钟，根据髌骨肌腱紧张度在持续收缩 30 秒内下降约 60% 的证据选择保持时间，此后仅略有下降。

在为期 18 个月的干预中，负荷和阻力保持时间的进展增加与所有阻力任务（伸展腿、压腿和西班牙深蹲保持）的力量改善有关。基线、12 个月和 18 个月的磁共振成像（MRI）显示，肌腱反应性降低，肌腱中部直径增大，近端附着点厚度减小，这与结构重塑一致。该运动员报告疼痛进展减轻，随访 18 个月时无疼痛。

这些观察结果表明，等长收缩训练，尤其是与支持胶原蛋白合成的营养策略相结合时，可促进肌腱的适应和症状的改善。然而，目前的证据仍仅限于实验研究和个别病例报告。要确定等长收缩试验的疗效和最佳参数，还需要进行更大规模的对照试验。此外，肌腱的特性因解剖位置、横截面积和机制环境而异，这可能会影响粘弹性行为和适当的加载策略。正如本综述所强调的，成功的康复可能取决于在负荷不足和过度负荷之间实现适当的平衡，这突出表明需要可靠的临床工具来监测肌腱适应的机械负荷。肌腱适应所需的可靠临床工具。

跟我说说书呆子的事

尽管叙事性综述会受到固有偏见（如选择偏差）的影响，但本综述提供了重要的生物学背景，可帮助物理治疗师更好地理解肌腱结构和肌腱病管理中的机械生物学。对遗传调控、转录途径、氨基酸动力学和蛋白质重塑的了解有助于加深对肌腱愈合和适应的理解，从而为康复策略提供依据。然而，大多数机理证据来自动物模型，直接推断人类肌腱的病理学仍然有限。

虽然需要更先进的临床试验来加强证据基础，但本系列的后续文章将探讨一项2022年研究的数据，该研究调查了旨在增加肌腱横截面积、改善跟腱病患者疼痛和功能的高负荷锻炼方案。

带回的信息

肌腱是活的、适应性强的组织。 它们通过细胞信号和基质重塑对机械负荷做出反应。机械刺激驱动结构适应-肌腱并非惰性结构。
生物力学负荷对适应至关重要。 适当的机械压力可促进肌腱健康和重塑，通过机械负荷对肌腱适应性的影响，支持功能康复和结构改善。机械负荷对肌腱适应的影响.
压力屏蔽限制了适应。 当健康组织承担大部分机械负荷时，退化的肌腱区域可能会卸载。这减少了有效的机械刺激，可能会阻碍康复。
康复必须克服压力屏蔽。 加载策略应旨在向退化的组织传递机械力，同时避免过度拉伤。粘弹性特性（压力松弛和蠕变）为控制、治疗学加载提供了生物力学基础。
平衡负荷是关键。 肌腱需要足够的机械刺激来进行适应，但很容易出现负荷不足（导致长期失用）和负荷过重（可能会加重症状）的情况。个性化、进展性负荷至关重要。
对物理治疗的临床意义。 康复应侧重于可测量的渐进加载策略，以恢复对病变组织的机械刺激，并利用肌腱的适应性。
下一步。 即将发表的文章将把这些生物力学原理转化为临床策略，回顾高负荷锻炼方案和实用方法，以优化肌腱病的肌腱适应、疼痛减轻和功能康复。