不同嚴重程度的雙側膝骨關節(jié)炎患者步態(tài)及足底壓力分析

林星瑾，歐建林，謝文浩，陳卓銘，歐陽輝

暨南大學附屬第一醫(yī)院，廣東 廣州 510630

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種全關節(jié)的疾病，包括關節(jié)軟骨、軟骨下骨、滑膜、關節(jié)周圍組織等結構的病理性改變［1-2］。目前我國40 歲以上人群OA 發(fā)病率已達46.3%，且呈不斷上升趨勢［3］，其中膝骨關節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）發(fā)病率最高，其次是髖部、手部。下肢生物力學異常是KOA 發(fā)生發(fā)展的因素之一，患者常常表現(xiàn)為膝內(nèi)翻、力線內(nèi)移及足壓呈多峰曲線等特征性的下肢生物力學改變［4-6］，這與患者膝關節(jié)骨性結構排列不齊、步態(tài)異常、下肢肌力不平衡等因素相關［5，7-8］。但目前KOA的生物力學變化情況尚不完全清楚。對KOA 的生物力學研究有助于人們早期識別、預防和制定康復計劃。目前評估KOA 患者下肢生物力學的技術在臨床上應用越來越多，包括影像分析技術、步態(tài)分析技術、等速技術和有限元分析技術等［7，9-11］。其中，步態(tài)分析技術是一種主要利用測力平臺等設備采集和計算患者下肢運動學、動力學等信息的方法［12-14］。而足底壓力分析屬于廣義的步態(tài)分析中的一部分，通過測量足底不同分區(qū)的足底壓力來評估患者下肢受力點，將二者結合，可綜合、動態(tài)評估KOA 患者下肢生物力學動態(tài)改變，補充傳統(tǒng)步態(tài)分析技術的不足［4-5］。在臨床上治療輕度KOA 可采取非手術的綜合治療手段來控制疾病進展及改善癥狀，但治療中重度KOA 患者則往往需要手術介入［15］。不同階段的KOA 患者康復訓練內(nèi)容不同，了解不同嚴重程度KOA 患者的步態(tài)變化有利于康復訓練方案的制定［16］。目前對不同嚴重程度的KOA患者的步態(tài)特征改變研究較少。因而本研究采用步態(tài)與平衡功能訓練評估系統(tǒng)及新型智能康復鞋這2 項技術，比較不同嚴重程度KOA 患者的步態(tài)特征及足底不同分區(qū)的足底壓力點峰值差異，以期從力學角度為KOA 的早期臨床診斷及康復干預提供參考。

1 臨床資料

1.1 病例選擇標準

1.1.1 診斷標準 參照2018年的國內(nèi)《骨關節(jié)炎診療指南（2018 年版）》［17］，① 近1 個月內(nèi)反復膝痛；② X 線片示關節(jié)間隙變窄、軟骨下骨硬化和/或囊性變、關節(jié)邊緣有骨贅形成；③ 年齡＞50 歲；④ 晨僵≤30 min；⑤ 有骨摩擦音（感）。滿足①+（②、③、④、⑤條中任意2條者，可診斷KOA。

1.1.2 納入標準 ① 根據(jù)膝關節(jié)X 線檢查符合K-L分級（Kellgren-Lawrence classification）Ⅰ～Ⅳ級的膝骨關節(jié)炎患者；② 患者簽署知情同意書。

1.1.3 排除標準 ① 有類風濕性關節(jié)炎等影響下肢的風濕性疾病患者；② 膝關節(jié)合并有扭挫傷或其他原因?qū)е碌耐鈧?；?已行髖、膝關節(jié)置換術，下肢截肢術及下肢骨折手術等患者；④ 身體畸形對正常步態(tài)產(chǎn)生影響者；⑤ 腦卒中后遺癥（下肢功能障礙、腰椎間盤突出、糖尿病足、動脈硬化性閉塞癥等）導致下肢感覺、運動及血運障礙對正常步態(tài)產(chǎn)生影響者；⑥ 有精神疾病、嚴重心腦血管疾病等其他原因不能配合的患者；⑦ 本研究開始前7 d 內(nèi)接受過糖皮質(zhì)激素全身或局部治療、免疫抑制劑治療、止痛藥或其他影響KOA病情治療的患者。

1.1.4 中止和脫落標準 ① 發(fā)生嚴重不良事件需要終止研究的患者；② 試驗過程中出現(xiàn)不適，不能繼續(xù)進行試驗的病例；③ 因各種原因退出試驗，不能完成試驗的病例。

1.2 一般資料

本研究共選取2020年8月—2021年2月暨南大學附屬第一醫(yī)院骨關節(jié)外科、風濕免疫科、康復醫(yī)學科及脊柱創(chuàng)傷外科就診的雙側膝骨性關節(jié)炎患者64例。將全部患者行K-L分級，選取達到K-L分級標準的50例，其中Ⅰ、Ⅱ級患者納入輕度組26例，Ⅲ、Ⅳ級患者納入中重度組24 例。2 組在性別、年齡、身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）及受教育年限方面比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1。本研究已通過了暨南大學附屬第一醫(yī)院倫理委員會審批（審批號：KY-2020-099）。

表1 2組一般資料比較（±s）Table 1 Comparison of general data between two groups （±s）

表1 2組一般資料比較（±s）Table 1 Comparison of general data between two groups （±s）

組別輕度組中重度組例數(shù)26 24性別男10 9女16 15年齡/歲60.81±7.60 64.79±6.77 BMI/（kg/m2）25.07±2.49 25.18±3.57受教育年限/年9.61±5.02 8.29±4.59

2 方 法

2.1 步態(tài)分析測量方法

使用安徽埃力智能科技有限公司的步態(tài)與平衡功能訓練評估系統(tǒng)檢測2 組患者的步態(tài)時空參數(shù)。該步態(tài)與平衡功能訓練評估系統(tǒng)主要由測力板、信號采集處理裝置、訓練評估軟件及附件組成，在測試前先進行校準。2 組患者均穿戴同一款襪子，測試開始前先在設備上行走以適應設備地面。測試時，患者統(tǒng)一自設備一側向另一側自然行走，患者足底的測力板記錄下患者步態(tài)參數(shù)，每個患者至少重復測量3 次，取3 次完整走完的數(shù)據(jù)求平均值，得出該患者的最終測試結果。

2.2 足底壓力測試方法

足底壓力測試使用中山優(yōu)感科技有限公司的康復智能鞋進行檢測［18-19］。該設備為一款新型的便攜式穿戴設備，其鞋底設有壓力傳感器陣列，根據(jù)人的足底壓力分布特征組成8個區(qū)域。其中足趾區(qū)1個，跖骨區(qū)3個，中足區(qū)2個，足跟區(qū)2個，見圖1［18］。在規(guī)定的測試場地內(nèi)標出起點和終點線，兩線間距離為20 m。患者穿戴統(tǒng)一的襪子，使用適合自己尺碼的康復智能鞋，在規(guī)定區(qū)域內(nèi)沿直線由起點向終點行走。每次測試前先讓患者練習適應設備，測試開始后以自然步態(tài)行走，每個患者行走至少3 次，康復智能鞋記錄下每次行走的足底壓力數(shù)據(jù)，取其中3次求平均值。

圖1 智能康復鞋壓力分布點Figure 1 Smart rehabilitation shoe pressure distribution points

2.3 觀察指標

2.3.1 步態(tài)分析時空參數(shù) ① 時間參數(shù)：包括步伐時間、步幅時間、單支撐相時間、雙支撐相時間、站立相時間、擺動相時間、單支撐相百分比、雙支撐相百分比、步速和步頻，共10 項。② 空間參數(shù)：包括步幅長度、步寬和步向角，共3項。

2.3.2 足底壓力峰值 足底壓力峰值是表示足底負荷最常用的變量之一，其計算公式如下所示：

其中，n＝1，2……N，為足底壓力信號長度；r＝1，2……8，分別表示足底8 個區(qū)域；Pr（n）為足底某個區(qū)域的足底壓力值；L/R代表左/右足。

康復智能鞋（廠家：中山優(yōu)感科技有限公司；執(zhí)行標準：QB/T 2955-2017）8 個足底壓力峰值區(qū)域：足趾區(qū)，采用Toe 1（T1）表示；跖骨區(qū)包括Metatarsa 2（M2）、Metatarsa 3（M3）、Metatarsa 4（M4）；中足區(qū)包括中足內(nèi)側區(qū)和中足外側區(qū)，采用Mid Foot 5（MF5）和Mid Foot 6（MF6）表示；足跟區(qū)包括足跟內(nèi)側區(qū)和足跟外側區(qū)，采用Medial Heel 7（MH7）和Lateral Heel 8（LH8）表示。

2.4 統(tǒng)計學方法

使用SPSS 25.0 軟件處理試驗數(shù)據(jù)。計量資料符合正態(tài)分布以（±s）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計量資料不符合正態(tài)分布，則采用Wilcoxon符號秩檢驗，數(shù)據(jù)以［M（P25，P75）］表示。計數(shù)資料采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 結 果

3.1 步態(tài)分析時空參數(shù)

2 組步態(tài)時空參數(shù)對比中，中重度組的步幅長度、步速、步頻、單支撐相時間、單支撐相百分比、擺動相時間均低于輕度組，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而步幅時間、步寬、雙支撐相時間、雙支撐相百分比均高于輕度組，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。其余指標差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2～3。

表2 2組步態(tài)時間參數(shù)比較（±s）Table 2 Comparison of temporal parameters of gait between two groups （±s）

表2 2組步態(tài)時間參數(shù)比較（±s）Table 2 Comparison of temporal parameters of gait between two groups （±s）

組別輕度組中重度組t值P值例數(shù)26 24步伐時間/s 0.64±0.07 0.65±0.10-0.40 0.72站立相時間/s 0.79±0.08 0.86±0.14-2.00 0.06步頻/（步/min）71.87±6.04 66.84±9.08 2.28 0.03步幅時間/s 1.24±0.11 1.35±0.21-2.70 0.01單支撐相時間/s 0.49±0.06 0.45±0.07 2.44 0.02雙支撐相時間/s 0.18±0.04 0.21±0.06-2.10 0.04步速/（cm/s）76.46±9.62 68.53±13.03 2.41 0.02擺動相時間/s 0.48±0.05 0.42±0.06 3.55 0.00單支撐相百分比/%37.21±1.59 34.23±3.73 3.55 0.00雙支撐相百分比/%33.33±4.73 36.19±3.97-2.30 0.03

表3 2組步態(tài)空間參數(shù)比較（±s）Table 3 Comparison of spatial parameters of gait between two groups （±s）

表3 2組步態(tài)空間參數(shù)比較（±s）Table 3 Comparison of spatial parameters of gait between two groups （±s）

組別輕度組中重度組t值P值步向角/°9.90±5.04 12.62±8.32-1.40 0.18例數(shù)26 24步幅長度/cm 92.42±12.11 85.06±12.16 2.10 0.04步寬/cm 7.74±3.96 12.20±6.15-3.00 0.00

3.2 足底壓力峰值

2 組患者組間足底不同區(qū)域壓力峰值比較中，中重度組與輕度組對比，M2 跖骨區(qū)壓力點峰值小于輕度組，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其余差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表4。

表4 2組足底壓力峰值比較（±s）Table 4 Comparison of peak plantar pressure between two groups （±s）

表4 2組足底壓力峰值比較（±s）Table 4 Comparison of peak plantar pressure between two groups （±s）

組別輕度組中重度組t值P值例數(shù)26 24 T1足趾區(qū)51.40±32.65 55.91±36.74-1.00 0.31 M2跖骨區(qū)137.15±29.67 108.78±60.60 4.72 0.00 M3跖骨區(qū)141.66±46.92 140.49±60.91 0.17 0.87 M4跖骨區(qū)83.32±25.95 78.80±33.98 1.18 0.24 MF5中足內(nèi)側區(qū)10.36±7.18 9.26±6.49 1.27 0.21 MF6中足外側區(qū)32.47±19.55 37.04±27.87-1.50 0.14 MH7足跟內(nèi)側區(qū)136.48±39.61 129.98±25.12 1.52 0.13 LH8足跟外側區(qū)116.83±49.61 113.35±49.28 0.55 0.58

4 討 論

步態(tài)一般根據(jù)腳步模式或生物力學特性來定義。對步態(tài)的描述通常包括3 個方面：① 步態(tài)周期的劃分；② 步態(tài)周期的時間和距離；③ 步態(tài)周期內(nèi)的某些事件，如初次觸地［4，20-21］。時空參數(shù)受下肢肌肉力矩、下肢受力情況、髖膝踝運動鏈等綜合因素的影響，反映了患者的步行運動能力。與正常人相比，KOA 患者的步態(tài)發(fā)生了特征性改變，往往表現(xiàn)出步態(tài)周期更長，步速、步頻更短的特征。2020 年1 項研究發(fā)現(xiàn)，雙膝KOA 患者比無膝關節(jié)疼痛的老年人步頻、步幅更短，而單足支撐期、一步時間、步行周期延長［22］。張昊華等［23］研究顯示，與健膝相比，左膝疼痛的KOA 患者呈現(xiàn)左足足跟著地緩沖階段時間更長、全足支撐階段更短的步態(tài)特點，患者用延長患側的足跟著地緩沖期后用健側較長的支撐期以在步行中保持平衡；而右膝疼痛的患者，右足全足支撐階段更長，足蹬伸階段時間更短，患者用延長健側的足蹬伸以彌補右膝疼痛造成的身體不平衡。左右膝痛患者所呈現(xiàn)出不一致的步態(tài)特征，可能與左膝患者和右膝患者疾病分期不同有關，也可能與患者原本的行走姿勢差異有關；雙膝關節(jié)疼痛患者左右足則無以上差異，但全足支撐發(fā)生在足跟緩沖階段前面，患者用全足支撐的方式來減輕步行時膝關節(jié)疼痛。目前大多數(shù)研究主要關注KOA 患者與正常人間或患側與健側間的區(qū)別。本研究則以影像學分級為依據(jù)，比較不同嚴重程度的以右膝痛為主的雙膝KOA 患者步態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)隨著疾病的進展，中重度KOA 患者與輕度患者相比較，具有行走速度更慢、步幅更小、步寬更寬、單足支撐時間更短而雙足支撐時間更長的特點，而這些步態(tài)的變化符合膝關節(jié)“不均勻沉降理論”。該理論認為膝關節(jié)的脛骨內(nèi)側骨質(zhì)硬度更易下降，加上脛骨外側有腓骨協(xié)助支撐，因此脛骨內(nèi)側受力更多。不均勻沉降使膝關節(jié)屈曲時內(nèi)側半月板更易損傷，使內(nèi)側間室被破壞、下肢力線內(nèi)移和膝內(nèi)翻。同時，力線的改變使維持髕骨穩(wěn)定性的股四頭肌肌力下降，造成髕股關節(jié)失穩(wěn)，進一步使力線內(nèi)移，加重內(nèi)翻畸形［5，21］。這使得中重度患者行走時膝關節(jié)磨損特別是內(nèi)側磨損更加嚴重，患者疼痛、關節(jié)活動受限，行走時步行周期延長，重心向健側偏移，通過減慢行走速度、減小步幅、增大步寬、增加雙足站立時間及縮短單足撐地時間來增加下肢穩(wěn)定性及減輕步行時疼痛［7］。

另一方面，KOA 患者下肢力線的異常也引起足底壓力的改變。足底壓力是一種地面反作用力，可用于評估人的重心變化、足弓異常及下肢力線異常等改變，反映了患者的平衡能力。對于KOA 患者，足底壓力分布偏向外側分布［24］。王欣等［25］在采用Lor An 足底壓力測試儀測量單側KOA 的雙足足底壓力研究中顯示，隨著KOA 的進展，患側動態(tài)足壓逐漸向外側分布，患側T1 和T2-5 壓力占比降低。張昊華等［23］研究采用footscan?SCSI 高頻平板測量雙膝疼痛患者左右足的足底各區(qū)域受力時間，發(fā)現(xiàn)在M1、M5和HL等處的足底壓力值差異有統(tǒng)計學意義，但左、右足內(nèi)外翻程度差別較小，最嚴重的主要發(fā)生在支撐期，以外翻多見。本研究則采用自主研發(fā)的智能康復鞋采集雙膝KOA 患者足底壓力變化特征，結果顯示中重度組患者M2 跖骨區(qū)壓力點峰值低于輕度組，提示隨著KOA 嚴重程度加重，足底壓力同樣有偏向外側分布的趨勢，與張昊華等［23］研究結果一致。提示康復智能鞋可用于KOA 的足底壓力評估。另外，與傳統(tǒng)高頻平板不同［26］，可穿戴式鞋具設備模擬了患者日常行走環(huán)境，且監(jiān)測的行走距離更長，能更好地反映患者的自然步態(tài)，以使治療師對患者日常行走方式有更好的了解［18-19］。本研究具有一定局限性，部分觀點與以往觀點相同，與其他研究不同的原因可能與樣本量較小、單中心、檢測方法不同等相關。其次，本研究只納入右側癥狀較重的雙膝KOA 患者，對左側較重及雙側癥狀相當?shù)碾p膝KOA 患者未納入研究，也未納入單側KOA 患者，且對不同嚴重程度的分組不夠細致，所以在以后的研究中應增加樣本量，納入多中心研究，對KOA患者進行更細致的分組。

不同嚴重程度的KOA 患者步態(tài)及足底壓力特征具有差異，臨床可通過評估患者步態(tài)來快速判斷患者KOA 嚴重程度及分析患者生物力學的變化特征，為臨床干預措施的確定及康復治療計劃的個性化制定提供理論依據(jù)。