劉振偉，徐朱杰，高天舒，周一逸，劉儀

(南京醫(yī)科大學附屬無錫人民醫(yī)院骨科，江蘇 無錫 214000)

踝關節(jié)骨關節(jié)炎(ankle osteoarthritis，AOA)是一種常見的慢性關節(jié)疾病，具有病程長、治療困難和手術致殘率高等特點[1]。有文獻報道，全世界約有1%的成年人患有AOA[2]。與其他骨關節(jié)炎類似[3]，AOA主要表現(xiàn)為關節(jié)疼痛、畸形和功能障礙等非特異性癥狀。除此之外，AOA往往還伴隨著步態(tài)異常[4]。近年來，越來越多的國內(nèi)外學者將步態(tài)分析技術應用到AOA的下肢功能監(jiān)測中，以協(xié)助臨床診斷和治療術式的選擇。作者通過檢索大量文獻，就步態(tài)分析技術在AOA中的應用進行全面綜述。

1 步態(tài)分析概述

步態(tài)分析技術是通過運用力學原理、人體解剖學及生理學等知識對人類行走狀態(tài)進行對比分析的一種研究方法[5]。公元前384年，亞里士多德首次從理論上分析人體步態(tài)。17世紀，科學家開始使用卷尺、秒表及望遠鏡等工具來測量步態(tài)?，F(xiàn)階段的步態(tài)分析系統(tǒng)包括平面定點攝像技術、測力板、表面肌電圖及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。

目前，常用的步態(tài)參數(shù)主要包括：(1)運動學參數(shù)，主要用來描述人體的運動學軌跡特征，分為時空參數(shù)和關節(jié)角度參數(shù)，時空參數(shù)包括步速、步頻、步長及步態(tài)周期中各時相的時間占比等，關節(jié)角度參數(shù)是指髖、膝、足關節(jié)在矢狀面、冠狀面和水平面上的角度運動規(guī)律。其中，步速、步頻和步長能夠直接體現(xiàn)運動能力，而支撐相和擺動相的步態(tài)周期百分比反映了人體在行走過程中的穩(wěn)定性大小。(2)動力學參數(shù)，主要是指步行過程中足底與地面作用力的時間、強度和方向等，包括力矩和地面反作用力。力矩是力與關節(jié)活動范圍的乘積，與肌肉力量和關節(jié)穩(wěn)定性密切相關。地面反作用力可分為垂直、矢狀和冠狀三個方向，垂直地面反作用力曲線呈“M”型，與足底著地時的體重接受度呈正相關；矢狀地面反作用力可用來描述支撐相推動力和制動力的變化情況，其峰值與步速呈正相關；冠狀地面反作用力則體現(xiàn)了在行走過程中的踝關節(jié)內(nèi)翻或外翻狀態(tài)，與踝關節(jié)穩(wěn)定性相關[6]。(3)表面肌電參數(shù)，反映了肌肉的激活或抑制，包括頻譜特性和肌電幅度，頻譜特性與動作電位的波形和傳導速度有關，肌電幅度的大小取決于被激活的運動單位數(shù)目的多少[7]。

2 AOA患者的步態(tài)特征

2.1 運動學特征

2.1.1 時空參數(shù) AOA患者的時空參數(shù)變化主要表現(xiàn)為步速下降、步頻降低、步長縮短、擺動時間百分比減少和支撐時間百分比增加等[4]。這種異常的步態(tài)模式被學者命名為“減痛步態(tài)”，提示AOA患者通過減少踝關節(jié)載荷來達到緩解疼痛和穩(wěn)定踝關節(jié)這一目的[8]。有學者探討了性別對AOA患者時空參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)男性AOA患者的步速大于女性AOA患者，女性AOA患者的跨步時間則長于男性AOA患者，而擺動時間百分比、支撐時間百分比和雙足支撐時間百分比在性別之間的差異無統(tǒng)計學意義[9-10]。

2.1.2 關節(jié)角度參數(shù) Valderrabano等[8]采用步態(tài)分析技術分析AOA患者日常行走時患側踝關節(jié)活動度的變化，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，踝關節(jié)矢狀面活動度減少了37.5%，踝關節(jié)冠狀面活動度減少了28.4%，踝關節(jié)水平面活動度減少了19.8%。其中矢狀面上的減小最為明顯，這與腓腸肌-比目魚肌復合體縮短、關節(jié)活動受限和疼痛有關[11]。更有學者細化地分析了AOA患者步行時患側踝關節(jié)和其他相鄰足關節(jié)的角度參數(shù)[12]，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，踝關節(jié)矢狀面、冠狀面和水平面活動度分別減小了7.0 °，2.0 °和4.0 °，跗橫關節(jié)矢狀面和水平面活動度分別減小了4.0 °和4.4 °，第一跖趾關節(jié)冠狀面活動度減小了4.0 °，而跗跖關節(jié)冠狀面活動度增大了1.7 °。

研究顯示，AOA患者步行時患側髖、膝關節(jié)活動度也會適應性改變。Schmitt等[13]分析AOA患者行走時患側下肢關節(jié)角度參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，患者支撐相末期最大屈髖角度顯著減小，最大伸髖、屈膝角度差異無統(tǒng)計學意義。AOA患者主要通過增加支撐相末期最大屈髖角度來代償踝關節(jié)喪失的活動度，從而推動患肢進入擺動相。

2.2 動力學特征

2.2.1 下肢關節(jié)力矩 Eerdekens等[12]比較分析了110例AOA患者和25例健康對照組的足關節(jié)力矩，結果顯示AOA患者日常步行時患側踝關節(jié)矢狀面力矩、跗橫關節(jié)矢狀面力矩、跖跗關節(jié)矢狀面力矩和第1跖趾關節(jié)矢狀面力矩均顯著低于健康對照組。還有研究進一步探討了AOA患者行走時患側踝關節(jié)力矩在矢狀面、冠狀面和水平面的變化[8，14]，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，最大跖屈(矢狀面)力矩減少了13.8%(P<0.006)，最大內(nèi)收(水平面)力矩減少了44.4%(P<0.001)，而最大扭轉(冠狀面)力矩差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；其中最大內(nèi)收(水平面)力矩減小最為顯著，可能與AOA患者小腿肌肉萎縮和肌力下降有關。

2.2.2 地面反作用力 研究顯示[15]，AOA患者在支撐相末期因疼痛和小腿肌力下降，下肢著地方式發(fā)生改變，并最終導致地面反作用力降低。Nüesch等[15]在利用測力平臺系統(tǒng)對8例早中期AOA患者和15例健康對照組研究后發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，患者步行時患側垂直地面反作用力第1峰值和患側矢狀地面反作用力峰值均明顯降低；患側垂直地面反作用力第2峰值延遲出現(xiàn)，而健側垂直地面反作用力第2峰值提前出現(xiàn)。隨著AOA病程進展，患者受累的關節(jié)面從局部擴大到整體，AOA也由早中期發(fā)展為終末期。Valderrabano等[8]在一項針對終末期AOA患者的步態(tài)研究中發(fā)現(xiàn)了不同的地面反作用力變化，結果顯示，與健康對照組相比，患者日常行走時患側垂直地面反作用力第2峰值降低了9.4%(P<0.001)，患側冠狀地面反作用力峰值下降了26.7%(P=0.001)，而患側垂直地面反作用力第1峰值和患側矢狀地面反作用力峰值差異無統(tǒng)計學意義。

2.3 肌電圖特征

2.3.1 頻譜特性 研究顯示[16]，早中期AOA患者的患側脛骨前肌的肌電信號平均頻率低于健側和健康對照組。Nüesch等[16-17]將12例早中期AOA患者分為內(nèi)翻組和外翻組，并進一步比較了內(nèi)翻組和外翻組小腿肌肉激活模式中的低頻改變。結果發(fā)現(xiàn)與內(nèi)翻組相比，外翻組的患側腓骨長肌激活模式包含了更多的低頻成分，這表明外翻組的患側腓骨長肌活躍性較低，產(chǎn)生的向前推動力更少。研究發(fā)現(xiàn)[7，11，18]，在最大等長收縮期間，終末期AOA患者的患側脛骨前肌、腓腸肌內(nèi)側肌、比目魚肌和腓骨長肌也出現(xiàn)了類似的低頻變化。

2.3.2 肌電幅度 除了低頻改變，AOA患者的小腿肌肉激活模式中還可觀察到振幅降低。早中期AOA患者的患側脛骨前肌振幅均較健康對照組顯著下降[19]。與健康對照組相比，終末期AOA患者的小腿在進行最大自主收縮時，患側腓腸肌內(nèi)側肌的振幅顯著降低，而脛骨前肌、比目魚肌和腓骨長肌的振幅差異無統(tǒng)計學意義[18]。

3 不同術式對步態(tài)影響

3.1 踝關節(jié)融合術(ankle arthrodesis，AA) AA是終末期AOA手術治療的金標準，可顯著減輕關節(jié)疼痛，并提高患者生活質量[20-21]。Segal等[22]通過步態(tài)分析技術研究了AA治療終末期AOA患者的步態(tài)特征，并隨訪至術后3年，發(fā)現(xiàn)與術前相比，患者術后第1年的步速加快了0.18 m/s(P=0.020)，術側步長增加了0.09 m(P=0.007)，健側步長增加了0.08 m(P=0.002)，而步頻、步寬、支撐時間百分比和跨步時間差異無統(tǒng)計學意義；患者術后第2年的術側步長增加了0.08 m(P=0.008)，而步速、術側步長、步頻、步寬、支撐時間百分比和跨步時間差異無統(tǒng)計學意義；患者術后第3年的術側步長增加了0.09 m(P=0.007)，健側步長增加了0.08 m(P=0.002)，而步速、步頻、步寬、支撐時間百分比和跨步時間差異無統(tǒng)計學意義。

研究顯示[23]，AA術后患者步行時術側踝關節(jié)矢狀面、冠狀面活動度均小于健側和健康對照組，健側踝關節(jié)矢狀面、冠狀面活動度同樣均小于健康對照組，這一表現(xiàn)在矢狀面上尤為明顯，這說明患者為了保持雙側步態(tài)對稱而代償性減小了健側踝關節(jié)活動度。有學者發(fā)現(xiàn)AA術后患者的距下關節(jié)同樣出現(xiàn)了代償性運動。Lenz等[24]采用AA治療了10例終末期AOA患者，并比較分析患者的雙側距下關節(jié)活動度，發(fā)現(xiàn)與健側相比，患者術側距下關節(jié)矢狀面活動度明顯增大，而術側距下關節(jié)冠狀面、水平面活動度差異無統(tǒng)計學意義。研究表明[25]，AA術后患者日常行走時術側距下關節(jié)過度運動可引起相鄰足關節(jié)面接觸應力增大，最終導致相鄰足關節(jié)的骨關節(jié)炎發(fā)病率增加。Gaedke等[26]在一項研究中對69例終末期AOA患者實施了AA，并對所有患者進行了2年以上的術后隨訪，發(fā)現(xiàn)其中39例患者存在術側距下關節(jié)或跗橫關節(jié)的骨關節(jié)炎，其中距下關節(jié)是最為常見的受累部位。

3.2 全踝關節(jié)置換術(total ankle replacement，TAR) 近年來，TAR在終末期AOA的治療中越來越受歡迎[27-28]。目前常用的人工全踝關節(jié)假體主要分為兩大類型：(1)固定平臺的兩部分假體；(2)活動平臺的三部分假體。Queen等[29]將接受了TAR的40例終末期AOA患者按照假體類型分為固定式假體組和活動式假體組，并利用步態(tài)分析技術采集兩組患者步態(tài)參數(shù)進行比較分析，分析指標包括步速、術側踝關節(jié)背屈角度峰值、術側踝關節(jié)跖屈角度峰值、術側踝關節(jié)內(nèi)翻角度峰值、術側踝關節(jié)矢狀面活動度和術側踝關節(jié)跖屈力矩峰值等步態(tài)參數(shù)，結果顯示兩組術后步態(tài)參數(shù)均較術前明顯改善，且術后組間差異無統(tǒng)計學意義。

研究發(fā)現(xiàn)[30]，TAR組的美國骨科足踝協(xié)會評分和踝關節(jié)活動度改善程度優(yōu)于AA組，AA組的術后并發(fā)癥發(fā)生率及再次手術率低于TAR組，而兩組在疼痛視覺模擬評分和患者滿意度方面差異無統(tǒng)計學意義。Sanders等[31]根據(jù)實施術式將20例終末期AOA患者分為TAR組和AA組，并比較分析了兩組在水平行走和上樓時的步態(tài)參數(shù)。結果表明無論是水平行走還是上樓時，TAR組的患側前足-脛骨矢狀面活動度、后足-脛骨矢狀面活動度和踝關節(jié)矢狀面活動度均大于AA組，而兩組的患側前足-后足矢狀面活動度、前足-脛骨冠狀面活動度、后足-脛骨冠狀面活動度、前足-后足冠狀面活動度、踝關節(jié)冠狀面活動度、踝關節(jié)背屈角度峰值、踝關節(jié)跖屈角度峰值、踝關節(jié)矢狀面力矩峰值和踝關節(jié)冠狀面力矩峰值差異無統(tǒng)計學意義。

3.3 脛距跟關節(jié)融合術 脛距跟關節(jié)融合術包括踝關節(jié)和距下關節(jié)的融合，常用于同時存在終末期AOA和距下關節(jié)骨關節(jié)炎的患者[23]。Tenenbaum等[32]對21例合并有距下關節(jié)骨關節(jié)炎的終末期AOA患者實施了脛距跟關節(jié)融合術，并利用三維步態(tài)分析技術采集了患者的步態(tài)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)與術前相比，患者術后的步速增大了0.12 m/s(P=0.0012)，步頻增加了3.94 steps/min(P=0.0256)，患側支撐時間百分比減少了1.07%(P=0.0244)，健側支撐時間百分比減少了1.96%(P=0.0204)，術側踝關節(jié)矢狀面活動度減少了2.98 °(P=0.0153)，健側踝關節(jié)矢狀面活動度增加了1.89 °(P=0.0145)，術側髖關節(jié)矢狀面活動度增加了4.16 °(P=0.0071)，而健側髖關節(jié)矢狀面活動度、術側膝關節(jié)矢狀面活動度和健側膝關節(jié)矢狀面活動度差異無統(tǒng)計學意義。

Monteagudo等[33]根據(jù)實施術式將終末期AOA患者分為脛距跟關節(jié)融合術組和AA組，并分析了兩組術側足關節(jié)活動度的改變。結果發(fā)現(xiàn)脛距跟關節(jié)融合術組的距下關節(jié)外翻增大，跗中關節(jié)矢狀面活動度代償性增加，足關節(jié)功能得到改善；而AA組通過減小距下關節(jié)外翻，來限制跗中關節(jié)矢狀面活動度，從而導致足關節(jié)僵硬和功能障礙。Chopra等[23]分別采用脛距跟關節(jié)融合術和AA來治療24例終末期AOA患者，并使用三維步態(tài)分析系統(tǒng)和壓力鞋墊采集了患者的步態(tài)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)與AA組相比，脛距跟關節(jié)融合術組表現(xiàn)出更好的步態(tài)對稱性。

3.4 踝上截骨術 踝上截骨術是一種常用于早中期AOA的保關節(jié)手術，主要作用是矯正下肢力線，恢復關節(jié)應力平衡，延緩AOA進展[34]。Nüesch等[19]對19例早中期AOA患者實施了踝上截骨術，并按照隨訪時間分為短期隨訪組(12～18個月)和長期隨訪組(8～9年)，同時采集這些患者與15例健康對照組的步態(tài)參數(shù)進行比較分析。結果發(fā)現(xiàn)與短期隨訪組相比，長期隨訪組的步速、步頻、步長對稱性和小腿三頭肌激活模式更加接近健康對照組，這說明為了適應改變的下肢力學軸線，患者的步態(tài)參數(shù)在術后1年仍在進行改善。他還認為踝上截骨術對步速、步頻和步長對稱性等步態(tài)參數(shù)的改善作用可持續(xù)至少8年。

3.5 其他 近年來，越來越多的學者比較了單一術式和聯(lián)合術式對AOA患者步態(tài)特征的影響。Franz等[28]利用步態(tài)分析技術比較分析了單純TAR、TAR聯(lián)合踝上截骨術治療AOA患者的步態(tài)參數(shù)，結果顯示與術前相比，術后單純TAR組的術側踝關節(jié)活動度增加了8°(P=0.049)，術后TAR聯(lián)合踝上截骨術組的術側踝關節(jié)活動度差異無統(tǒng)計學意義，而術后兩組美國骨科足踝協(xié)會評分和疼痛視覺模擬評分比較差異無統(tǒng)計學意義。Liang等[34]對63例內(nèi)翻型AOA患者分別實施了單純踝上截骨術、踝上截骨術聯(lián)合腓骨截骨術，并采集步態(tài)參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)與單純踝上截骨術組相比，踝上截骨術聯(lián)合腓骨截骨術組的術側距骨傾斜角、距骨內(nèi)側移位和后足對齊角更加接近健康對照組，更有利于AOA患者恢復正常的下肢力線。

4 小 結

步態(tài)分析技術通過采集分析AOA患者的步態(tài)數(shù)據(jù)，可以反映患者下肢運動功能的變化，協(xié)助判斷患者病情。作為一種有效的手段，步態(tài)分析技術可用于比較分析接受不同術式的AOA患者的步態(tài)特征，并為臨床工作者選擇治療方案提供指導。目前，國內(nèi)外僅有少量關于AOA的步態(tài)研究，且相關研究較為片面局限，步態(tài)分析技術在AOA的嚴重程度分級、療效評估和康復指導等方面仍存在空白。隨著眾多學者對步態(tài)分析技術在AOA中的應用不斷探索完善，步態(tài)分析技術有望在AOA的臨床診療中發(fā)揮越來越大的作用。