膝骨关节炎（KOA）是一种常见的慢性退行性骨关节疾病，其主要临床表现为关节疼痛、僵硬和功能障碍，严重影响患者的生活质量[1]。流行病学研究显示，我国居民膝骨关节炎的患病率为8.1%，且随着年龄的增长，发病率呈上升趋势[2]。目前，膝骨关节炎主要有药物治疗、物理治疗、手术治疗等治疗方法。然而，这些治疗方法均有一定的局限性。例如，长期使用非甾体抗炎药可能导致严重的胃肠道和心血管不良反应[3]。手术治疗虽然能有效缓解疼痛，改善关节功能，但其创伤大 [4]。因此，探索一种有效又经济的膝骨关节炎治疗方法具有重要的临床意义。
水中有氧运动（AE）是一种以大肌肉群有规律地收缩为主、能提高心肺功能的水中运动方式，主要通过水的浮力减轻关节运动负荷，同时利用水的阻力增强肌肉力量[5]。与陆地运动相比，水中有氧运动具有独特的优势。例如：水的浮力可以减小关节运动负荷，降低运动损伤的风险；水的阻力可在肌肉收缩时提供适当阻力，增强肌力和关节稳定性；水的压力可以促进静脉回流，减轻肢体水肿[5]。这些特点使得水中有氧运动成为治疗膝骨关节炎的理想选择。近年来，越来越多的研究开始探讨水中有氧运动对膝骨关节炎患者疼痛程度和身体功能的影响。一些研究表明，水中有氧运动能有效缓解膝骨关节炎患者的关节疼痛，改善其身体功能，提高其生活质量[6]。然而，也有研究得出了相反的结论，认为水中有氧运动实验组与对照组相比，在改善膝骨关节炎患者的疼痛程度和身体功能方面无显著优势[4]。上述研究结果不一致的原因可能有多个：一是纳入研究的样本量、干预方案、疗程等存在较大异质性，可能影响了结果的可比性；二是个别研究的研究方法质量较低，存在选择性偏倚、实施偏倚等问题，可能夸大或低估了干预效果；三是膝骨关节炎患者的个体差异较大，如年龄、性别、病程、病情严重程度等，均可能是疗效的影响因素。
鉴于现有研究结果存在一定的争议，且缺乏对水中有氧运动治疗膝骨关节炎的疗效的系统性评价，本研究全面检索了国内外相关文献，运用系统性评价和Meta分析方法分析水中有氧运动对膝骨关节炎患者疼痛程度和身体功能的影响，并探讨其潜在的影响因素，以期为临床实践提供参考依据。
1 研究方法
1.1 纳入标准与排除标准
1.1.1 纳入标准
1）研究对象。临床确诊为膝骨关节炎的患者，不限制年龄、性别、病程和病情严重程度。Kellgren-Lawrence (KL)分级是评估膝骨关节炎放射学严重程度的常用标准，分为0~4级。其中：0级为正常；1级为可疑膝关节间隙变窄；2级为膝关节骨赘形成和可能存在膝关节间隙变窄；3级为中度多发性膝关节骨赘、膝关节间隙变窄和膝关节部分软骨下骨硬化；4级为膝关节较大骨赘、严重膝关节间隙变窄、膝关节明显软骨下硬化和膝骨关节畸形。
2）干预措施。实验组采用水中有氧运动，即在水中进行的、以增强心肺功能为目的的有规律运动，包括但不限于水中步行、游泳、水中阻力训练等，不限制运动形式、频率、强度和疗程。对照组可以是无治疗、陆地运动或其他常规治疗。
3）结局指标。该指标为疼痛程度和（或）身体功能。其中：疼痛程度的评估工具为《视觉模拟量表》（VAS，0~10分或0~100 mm，分数越高表示疼痛越严重）、《数字评分量表》（NRS，0~10分，分数越高表示疼痛越严重）、《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数疼痛子量表》（0~20分，分数越高表示疼痛越严重）；身体功能的评估工具为《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数身体功能子量表》（0~68分，分数越高表示功能障碍越严重）、奎森运动功能指数（0~24分，分数越高表示功能障碍越严重）、6 min步行测试（6MWT，以m为单位，距离越长表示功能越好）。
4）研究类型为随机对照实验。
5）语种：英语和中文。
1.1.2 排除标准
1）非随机对照设计的研究，如队列研究、病例对照研究、病例报告等。
2）研究对象合并了其他类型关节炎、严重内科疾病等。
3）干预措施为单一温泉浸泡、泥浆疗法等不含运动的水疗。
4）未呈现疼痛程度或身体功能的结局指标，或结局指标数据无法提取。
5）重复发表的文献。
6）非原始研究，如综述等。
1.2 文献检索策略
以主题词与自由词相结合的方式在国内可用的外文数据库以及通过搜索引擎进行检索，中文数据库也以中文主题词与自由词进行组合检索，检索时限均为建库至2025年1月1日。此外，还追踪检索了所纳入文献的参考文献，手工检索了相关领域的重要期刊，查找可能遗漏的相关文献。
1.3 文献筛选和数据提取
2位研究者独立筛选文献，首先通过阅读题目和摘要，排除明显不符合纳入标准的文献；然后阅读全文，按照纳入标准与排除标准选取文献。2位研究者交叉核对纳入文献，如果有分歧，通过讨论或请第3位研究者裁决处理。
使用预先设计的数据提取表，由2位研究者分别独立提取数据，包括如下内容。1）基本信息：第一作者姓名、发文年份、样本量、研究类型、随访时间等。2）研究对象特征：纳入标准与排除标准、年龄、性别、病程、身体质量指数（BMI）、KL分级等。3）干预措施：实验组和对照组的具体干预方案包括运动形式、运动频率、运动强度、运动时长、疗程、水温、水深等。4）结局指标：疼痛程度和身体功能的评估工具、评估时间点、评估得分、测量工具的信度和效度等。5）其他信息：随机方法、分配隐藏、盲法、基线可比性、失访率、不良事件、利益冲突等。2位研究者所提取的数据如果有差异，通过讨论或请第3位研究者裁决处理。
1.4 质量评价
使用Cochrane偏倚风险评估工具评价纳入文献的研究方法质量，评价内容包括：1）随机队列的生成；2）分配方案的隐藏；3）研究参与者、实施人员和结局评估者的盲法；4）结局数据的完整性；5）选择性呈现结局指标；6）其他偏倚来源。以上每条评价设定为3种情况：低风险、高风险或不清楚。2位研究者分别独立进行研究方法质量评价，如果有分歧，通过讨论或请第3位研究者裁决处理。为了实现量化评价，对每个选项进行了赋值，低风险项计1分，不清楚项计0.5分，高风险项计0分，总分范围为0~6分。其中：≥4分为高质量研究；<4分为低质量研究。
1.5 统计学分析
使用相关软件进行Meta分析。疼痛程度和身体功能的结局指标均为连续变量，提取其平均数和标准差，计算标准化均差（S）或均数差（D）及其95%置信区间（95%CI）。当不同研究使用相同评估工具时，计算均数差；当使用不同工具时，计算标准化均差。各项研究结果间的异质性使用I2检验评估。当I2>50%时，说明异质性显著，使用随机效应模型进行合并分析；否则使用固定效应模型。当异质性显著时，通过亚组分析和Meta分析探究异质性来源，如研究对象的年龄、性别、BMI、病程、KL分级、干预措施的频率、干预疗程等。使用漏斗图和Egger's检验评估发表偏倚。对纳入研究数量≥10项的结局指标进行敏感性分析，通过依次剔除单项研究，评估各项研究对合并结果的影响。所有假设检验均为双侧检验，p<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 文献检索结果
根据检索策略，初步检索到1 476篇文献，通过相关软件去重后得到924篇。文献筛选流程见图1。其中，通过阅读题目和摘要排除了不符合纳入标准的798篇文献，之后对其余126篇文献进行全文阅读，最终纳入符合标准的18项随机对照实验。文献被排除的主要原因是：非随机对照实验设计（38篇）、不符合水中有氧运动定义的干预措施（32篇）、研究对象不是膝骨关节炎患者（15篇）、无法提取有效数据（11篇）、重复发表（8篇）和其他原因（4篇）。
2.2 纳入研究的基本特征
1）18项随机对照实验均为平行对照实验，样本量为50~296例，共计1305例膝骨关节炎患者。其中：实验组为654例；对照组为651例。2）研究对象均经临床或影像学检查确诊为膝骨关节炎，纳入时KL分级大多为Ⅰ~Ⅲ级。3）患者年龄为55.4~71.5岁，其中的女性占比为52%~87%。4）患者病程为3.8~11.6年，BMI 为24.1~32.5kg/m2。
实验组的干预措施均为水中有氧运动，包括水中步行（7项）、游泳（4项）、水中阻力训练（5项）、水中有氧舞蹈（1项）和水中太极（1项），运动频率为每周2~5次，每次30~60 min，运动强度为最大心率的60%~80%，疗程为6~24周。其中，显示水温的研究（12项）中的水温为29℃~34℃，水深多数位于胸部或肩部。在对照组中，3项研究为无治疗，7项为陆地运动（步行、力量训练），8项为常规物理治疗（超声、电疗法、热敷等）。
在结局指标中，疼痛程度使用《视觉模拟量表》（10项）或《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数疼痛子量表》（8项）进行评估，身体功能使用《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数身体功能子量表》（13项）、奎森运动功能指数（3项）或6min步行测试（2项）评估。评估时间点为干预前后即刻（18项），以及随访1个月（5项）、3个月（7项）和6个月（3项）。
纳入研究的基本特征见表1。
表1 纳入研究的基本特征 |
 |
注：E表示实验组；C表示对照组；BMI表示身体质量指数；KL分级表示Kellgren-Lawrence分级；VAS表示《视觉模拟量表》；WOMAC表示西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数；NRS表示《数字评分量表》；6MWT表示6min步行测试；Lequesne表示奎森运动功能指数。 |
2.3 纳入研究的质量评价
使用Cochrane偏倚风险评估工具对纳入的18项随机对照实验进行质量评价（见表1）。质量评分结果显示：16项研究为高质量研究（≥4分）；2项为中等质量研究（3.5分）；无低质量研究（<3分）。各项评分具体如下。
1）随机队列生成的15项研究运用了恰当的随机方法，被评价为低风险；还有3项研究仅提及随机方法名称，但未交代具体过程，评价为不清楚。
2）分配隐藏的12项研究运用了恰当的分配隐藏方法，如随机、不透明信封等，被评价为低风险；还有6项研究未提及分配隐藏，被评价为不清楚。
3）研究参与者和人员的盲法。有9项研究对患者实施了盲法，被评价为低风险；但仅有3项研究对实施人员实施了盲法，其余均未提及，被评价为高风险或不清楚。
4）结局评估的盲法。14项研究对结局评估者实施了盲法，被评价为低风险；4项研究未提及，被评价为不清楚。
5）不完整结局数据。所有研究的结局数据完整，失访率<20%且进行意向性分析，被评价为低风险。
6）选择性呈现结局指标。所有研究均按照预设方案呈现了结局指标，被评价为低风险。
7）其他偏倚：未发现其他明显的偏倚来源。
总的来说，纳入研究的研究方法质量中等至良好，主要的偏倚风险来自实施人员缺乏盲法，这与运动干预的特点有关，很难对实施人员完全实施盲法。
2.4 Meta分析结果
2.4.1 水中有氧运动对膝骨关节炎患者疼痛程度的影响
18项随机对照实验均呈现了疼痛程度的结局指标。其中：10项研究使用《视觉模拟量表》评分（0~10分或0~100 mm）；8项研究使用《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数疼痛子量表》评分（0~20分）。
2.4.1.1 水中有氧运动组与对照组比较结果
Meta分析结果显示（见表2）：与对照组相比，水中有氧运动可以显著改善膝骨关节炎患者的疼痛程度[S=-0.65，95%CI（-0.87，-0.43），p<0.01]，但是各项研究结果间存在显著的异质性（Chi2=92.41，df=17，I2=82%，p<0.01）。
表2 水中有氧运动对膝骨关节炎患者疼痛程度影响的Meta分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为Chi2=92.41、df=17、p<0.01、I2=82%；效应模型为随机效应模型。 |
表3 水中有氧运动组与无治疗组的患者膝关节疼痛程度干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为I2=32%、p>0.05；效应模型为随机效应模型。 |
表4 水中有氧运动组与常规物理治疗组的患者膝关节疼痛程度干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为I2=75%、p<0.01；效应模型为随机效应模型。 |
表5 水中有氧运动组与陆地运动组的患者膝关节疼痛程度干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为I2=77%、p<0.01；效应模型为随机效应模型。 |
为了探索异质性的来源，本研究进行了Meta回归分析，以研究对象的年龄、性别、BMI、病程、KL分级和干预措施中的运动频率、运动时长、运动强度、疗程、水温和水深为自变量，疼痛程度改善效果为因变量。分析结果显示，上述因素均不是异质性的显著来源（p>0.05）。深入分析后发现，异质性可能主要来源于不同研究的干预措施的异质性（单一水中运动vs.温泉疗法+运动）以及对照组的差异，但是由于所选研究呈现的信息不完整，无法进行进一步量化分析。
2.4.1.2 疼痛程度干预效果的随访结果
表6 水中有氧运动影响膝骨关节炎患者疼痛程度的随访结果的Meta分析结果（1个月随访） |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
表7 水中有氧运动影响膝骨关节炎患者疼痛程度的随访结果的Meta分析结果（3个月随访） |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
表8 水中有氧运动影响膝骨关节炎患者疼痛程度的随访结果的Meta分析结果（ 6个月随访） |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
2.4.1.3 发表偏倚和敏感性分析
疼痛程度Meta分析结果形成的漏斗图和Egger’s检验结果显示无显著的发表偏倚（p=0.21）。敏感性分析结果显示，依次剔除任意一项研究后，疼痛程度的合并效应量和统计学意义无明显改变，说明Meta分析结果可靠。
2.4.2 水中有氧运动对膝骨关节炎患者身体功能的影响
2.4.2.1 水中有氧运动实验组与对照组比较结果
16项随机对照实验显示了身体功能结局指标，其中，有13项研究使用了《西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数身体功能子量表》，有3项研究使用了奎森运动功能指数，还有2项研究使用了6 min步行测试。由于6 min步行测试的结果与其他量表测评结果相反（数值越大表示功能越好），在合并时进行了调整。
Meta分析结果显示（见表10），与对照组相比，水中有氧运动可以显著改善膝骨关节炎患者的身体功能[S=-0.52，95%CI（-0.70，-0.35），Z=5.97，p<0.001]，但是各项研究的结果间存在中度异质性（Chi2=53.18，df=15，I2=72%，p<0.001）。
表9 疼痛程度Meta分析的发表偏倚检验结果 |
 |
表10 水中有氧运动影响膝骨关节炎患者身体功能的Meta分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为Chi2=53.18、df=15、p<0.001、I2=72%；效应模型为随机效应模型。 |
表11 水中有氧运动组与无治疗组的患者身体功能干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
表12 水中有氧运动组与常规物理治疗组的患者身体功能干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
表13 水中有氧运动组与陆地运动组的患者身体功能干预效果比较的亚组分析结果 |
 |
注：异质性检验结果为I2=69%、p<0.01；效应模型为随机效应模型。 |
从Meta回归分析结果未发现年龄、性别、BMI、病程、KL分级、运动频率、干预时长、强度、疗程、水温和水深对身体功能改善效应量的显著影响（p>0.05）。与疼痛指标类似，异质性可能主要来源于干预措施的异质性和对照组的差异性。
2.4.2.2 身体功能的随访结果
表14 水中有氧运动影响受试者身体功能的随访结果的Meta分析结果（3个月） |
 |
注：异质性检验结果为I2=69%、p<0.01；效应模型为随机效应模型。 |
表15 水中有氧运动影响受试者身体功能的随访结果的Meta分析结果（6个月） |
 |
注：效应模型为随机效应模型。 |
2.4.2.3 发表偏倚和敏感性分析
身体功能Meta分析结果形成的漏斗图和Egger's检验结果（p=0.082）均说明，发表偏倚可能性较小（见表16）。敏感性分析结果显示，剔除任意一项研究后，身体功能的合并效应量略有变化，但是统计学意义保持一致，说明Meta分析结果基本可靠。
表16 身体功能Meta分析的发表偏倚检验结果 |
 |
2.4.3 不良反应的报告
3 讨论
3.1 水中有氧运动改善膝骨关节炎疼痛程度和身体功能的作用机制
分析结果显示，水中有氧运动可显著改善膝骨关节炎患者的疼痛程度和身体功能，且疗效可维持1~6个月。这可能与水中有氧运动独特的生物力学和生理学机制有关。
再其次，水形成的阻力可以产生适度的运动负荷，增加人的本体感觉输入，增强关节稳定性。与空气相比，水的密度大，阻力系数大，人在水中运动时受到的阻力是陆地运动时的12倍。适度的阻力运动不仅能增强肌肉收缩力量，还能增加关节周围的本体感觉输入，改善平衡能力和协调能力[21]。同时，人在水中行走时，水产生的阻力呈速度依赖性变化，使受试者能根据自身关节状况调节运动强度，既可避免关节过度负荷，又可获得充分的肌肉力量训练。
最后，水中有氧运动还能通过改善膝骨关节炎患者全身症状和心理状态增强其身体功能和提高其生活质量。有研究者发现，水中有氧运动不仅能减轻下肢疼痛和僵硬，还能改善心肺耐力、平衡能力、睡眠质量，有助于恢复身体活动能力[12]。同时，集体性水中运动还能增加受试者的社交互动，缓解其焦虑抑郁情绪。良好的心理状态有利于提高运动依从性，促进疗效的长期维持。
综上所述，水中有氧运动能通过减小关节运动负荷、缓解疼痛、增强肌肉力量、改善本体感觉等多种机制改善受试者的疼痛程度和身体功能。这为临床制定个体化的水中有氧运动处方提供了理论依据。
3.2 水中有氧运动与其他治疗方法的疗效比较
膝骨关节炎的保守治疗方法包括药物、运动、物理因子等，其中的运动疗法因其良好的远期疗效而倍受推崇。亚组分析结果显示，与无治疗或常规物理治疗（如超声、电疗法、热敷等）相比，水中有氧运动在改善受试者膝骨关节疼痛程度和身体功能方面有显著优势。这可能是因为单一的物理治疗缺乏主动运动成分，虽然能在短期缓解症状，但难以从根本上改善肌力和关节功能[22]。相比之下，水中有氧运动兼具物理因子和主动运动的双重优势，不仅能即刻减轻膝关节疼痛，还能通过低负荷的运动训练增强肌力和膝关节稳定性，从而达到更好的远期疗效。
在本研究发现，水中有氧运动在镇痛和改善身体功能方面的效果与陆地运动相当，两者无显著差异。这可能是因为受试者在水中和陆地上运动时，只要运动处方设计合理，都能通过增强肌力、关节稳定性等机制产生治疗作用。其他学者的研究有的也得出了类似的结论，认为水中有氧运动与陆地运动对膝骨关节炎的疗效无显著差异，但水中有氧运动可作为陆地运动的替代方案，为患者提供更多选择[29]。
尽管水中有氧运动与陆地运动在改善膝骨关节炎患者临床症状方面的效果相当，但水中有氧运动在临床实践中具有更重要的应用价值，主要体现在以下几个方面。1）对于关节炎症明显、疼痛严重、身体活动受限的膝骨关节炎患者，陆地运动可能会加重症状，引起恐惧或产生抵触情绪，而水中有氧运动则有助于提高其运动依从性。这对于初始康复阶段的膝骨关节炎患者尤为重要，可作为陆地运动干预的前置治疗方案。2）水中有氧运动特别适宜于伴有心血管疾病、糖尿病、肥胖症等并发症的膝骨关节炎患者，这类患者在陆地上运动可能受到诸多限制，而水环境则可以减小身体运动负荷，降低运动风险。有研究表明，对于BMI>30 kg/m2的肥胖症膝骨关节炎患者，水中有氧运动的疗效显著于陆地运动，且更易坚持[15]。3）水环境对关节的全方位支撑和水的阻力特性，使水中有氧运动在增强关节稳定性和平衡功能方面具有独特优势。这对于预防跌倒和提高日常身体活动能力有重要意义[26]。4）集体性的水中有氧运动还能促进社交、改善膝骨关节炎患者的心理状况，这也是其治疗价值的重要体现[30]。
综上所述，水中有氧运动和陆地运动各有特点和优势，临床应根据膝骨关节炎患者的具体情况进行选择和组合。对于症状轻微、运动能力较好的膝骨关节炎患者，可根据其个人偏好选择陆地运动或水中运动。而对于症状较重、身体活动受限的膝骨关节炎患者，则建议优先选择水中有氧运动，待症状缓解后再过渡到陆地运动。此外，水中有氧运动也可以与常规物理治疗相结合，发挥协同增效作用。
3.3 本研究的创新点、局限性和未来展望
本研究的创新点在于：1）系统性地对比了水中有氧运动与陆地运动、无治疗、常规物理治疗在改善受试者疼痛程度和身体功能方面的差异；2）探讨了水温、水深等水中运动疗法特有参数对疗效的影响；3）对水中有氧运动的处方参数和实施要点提出了具体建议，具有较强的临床指导意义。
然而，本研究仍存在一些局限性：1）虽然纳入了18项随机对照实验，但是其中的一部分研究的样本量较小，可能影响结果的可靠性；2）纳入本研究的水中有氧运动干预方案的异质性较大，从单一水中运动到结合温泉水疗的复合干预，难以明确区分单一水中运动和温泉水疗的效果；3）纳入研究的随访时间多数在6个月以内，缺乏对水中有氧运动长远疗效的评估；4）对水中有氧运动改善疼痛程度和身体功能的具体机制探讨不够深入；5）缺乏对成本效益的分析，无法评估水中有氧运动相较于其他治疗方式的经济学价值。
鉴于上述局限性，未来的研究可以考虑以下方向：1）开展大样本量、长期随访的随机对照实验，进一步验证水中有氧运动的长远疗效；2）探究不同水中有氧运动处方的参数（如水温、水深、运动形式、运动强度等）对疗效的影响，优化运动处方；3）深入研究水中有氧运动改善膝骨关节炎的生物学机制，如对软骨代谢、关节液生物标志物的影响；4）开展水中有氧运动与其他治疗方式相结合的研究，如水中有氧运动+药物治疗、水中有氧运动+陆地运动等，探究最佳联合干预方案；5）进行成本效益分析，评估水中有氧运动的经济学价值；6）研制家庭或社区可行的简化水中有氧运动方案，提高其可及性和可持续性。
4 结论
本研究系统性地分析了水中有氧运动对膝骨关节炎患者疼痛程度和身体功能的影响。结果显示，水中有氧运动可显著改善膝骨关节炎患者的膝关节疼痛程度和身体功能，疗效优于无治疗或常规物理治疗，与陆地运动相当，且可以维持1~6个月。本研究表明，水中有氧运动利用水的浮力、阻力、温度等物理特性可减小膝关节负荷、缓解疼痛、增强肌力，特别适合症状严重、身体活动受限和伴有合并症的膝骨关节炎患者。基于本研究结果，推荐水中有氧运动处方参数如下：水温为30~34℃，水深至胸部或肩部，中等运动强度（心率达到最大心率的60%~80%），每次30~60 min，每周3~4次，疗程为8~12周。该处方参数在临床应用中应注意运动安全风险防护、个体化调整和渐进式进阶，以获得最佳治疗效果。未来的研究应进一步分析水中有氧运动的最佳处方参数、长远疗效和成本效益，为膝骨关节炎患者提供更加精准、个性化的运动康复指导。
