矫形辅具治疗膝骨关节炎的研究进展

张旻，庞坚，陈博，李莉，郑昱新，詹红生

作为膝骨关节炎(Knee Osteoarthrtis, KOA)发病的主要因素之一，膝关节力学环境的变化目前正受到越来越多研究人员及临床医师的关注[1]。已有大量研究表明[2-8]，KOA患者可通过佩戴矫正辅具改善其在步行过程中的关节受力状况，从而改善受累关节力学环境，并藉此缓解临床症状，提高生活质量。近年来众多学者在先前的研究基础上不断对已有的矫形辅具进行改进并将其运用于KOA的临床治疗并取得了较好的临床疗效[2-8]，因此，该疗法已成为KOA治疗的有效手段之一。本文就矫形辅具治疗KOA的临床研究现状进展等综述如下。

1 不同的矫形辅具作用机理及其临床效果

1.1 楔形角矫形鞋垫

1.1.1楔形角矫形鞋垫的作用机理 迄今为止已有诸多研究报道通过佩戴不同的矫形辅具来降低KOA患者在步行过程中的力学信号。其中，尤以外侧楔形角矫形鞋垫(Lateral Wedges Insole, LWI)的相关研究最为多见[9-12]。有研究者发现KOA患者佩戴LWI后COP由内向外侧发生偏移[13]，外偏的COP使地面反作用力与膝关节中心的垂直距离缩小，进而纠正患者在步行过程中膝关节的轴向对线，并藉此降低患者在运动过程中膝关节所承受的载荷，改善患者临床症状。

1.1.2楔形角度的设定 有研究者发现[9]，膝关节在动态过程中所承受的应力大小与LWI楔形角的大小成反比，然而，当楔形角超过6°,膝关节所承受的压力并不能进一步降低，且有部分患者在穿戴更大楔形角度的鞋垫后踝关节受力显著增高，并在使用过程中有不同程度的不适感，甚至有部分患者因为无法忍受踝关节的不适感而最终放弃该治疗方案。据此，楔形角设定以不超过6°为宜。

1.1.3材料工艺对矫形鞋垫的影响 除了角度大小的变化外，LWI制作过程中材质的运用以及外型的塑造还具有一定的争议。Toda等[10]的研究发现，采用弹性模量相对较低的材质制作的LWI舒适度更加。然而，较低弹性模量的材质经长期使用极易产生形变，从而导致治疗效果降低。而较高的弹性模量材质虽然不易发生形变，但患者使用体验相对较差。因此，有研究者利用鞋垫内外侧材料变形系数的差异来解决这一问题[8]，即鞋垫外侧缘采用较硬材质维持其矫形效果，而鞋垫内侧采用相对较软材质增加其使用体验，然而此类鞋垫缺乏高质量长时间随访研究，因此，其临床疗效还有待进一步的证实。

1.1.4矫形鞋垫外形的变化 相较于仅对后足进行矫形的传统型LWI，全足长LWI可降低佩戴者在支撑相后期，即足跟离地但足尖仍与地面接触这一时段所承受的压力。研究者对LWI的中部进行改进后发现相较于传统LWI[11]，增加足弓支撑除了能够使患者能够获得更好的舒适性外，还能增加患者行走时候的下肢前进角度(Foot Progression，FP)，先前已有研究证实FP的增加与人体在步行过程中膝关节所承受的应力成反比关系，因而，这一设计不但能够进一步帮助降低关节受力还能给患者带来更好的体验。由于LWI是通过对足踝的运动调节来达到对膝关节受力情况的改善，人体在运动过程中LWI与足部的耦合度显得尤为关键，有部分患者因为佩戴不当等原因造成使用过程中LWI与足部耦合度降低，进而影响治疗效果。因此，通过增加LWI对足跟部分的包裹或有助于解决该问题。

1.2 膝关节减压矫形器

1.2.1膝关节减压矫形器的作用机理 膝关节减压矫形器(Knee Unloading Bracing, KUB)通过三点力学受力原理矫正受累关节在运动过程中产生的异常运动模式，降低膝关节在步行过程中的异常力学信号，进而改善关节力学环境。第一力经由固定在关节周围的弹性绷带产生，进而配合双侧铰链产生的第二及第三力纠正膝关节的轴向对线，从而降低EKAM，减小膝关节内侧间室在步行过程中所承受的载荷，减轻患者疼痛症状[14]。

1.2.2膝关节减压矫形器的临床效果 先前已有多篇研究报道通过佩带KUB纠正KOA患者膝关节在步行过程中的轴向对线进而减轻疼痛并增加膝关节稳定性[3,4,2-19]，Lamberg等[19]研究发现长期佩戴KUB后，KOA患者EKAM的第二波峰值以及膝关节内翻角冲量(Knee Adduction Moment Impluse, KAAI)分别降低26%及34%。Arazpour[20]的研究也证实， KOA患者在佩戴KUB后步行能力及膝关节的异常受力模式均有显著的改善。此外，Draper[17]还发现KOA患者长期佩戴KUB后步行时的时间空间参数以及HSS评分也均有显著提高。然而，该治疗方式价格昂贵且患者佩戴后美观度较差，因而有部分患者不愿意采用该治疗方案。

1.3 力学矫形鞋

1.3.1矫形鞋的作用机理 近年来已有越来越多的研究报道矫形鞋在治疗KOA中的作用[21-23]。目前力学矫正鞋主要分为外置式矫形与内置式矫形两种，前者通过半球形滚轴改变患者在步行过程中足部与地面的接触点，使地面反作用力冠状面分力降低，且垂直方向分力向膝关节的中心发生偏移[24],从而分解患者膝关节在运动过程中所产生的应力缓解疼痛。而后者将矫形鞋垫直接与鞋具结合，其作用机理与矫形鞋垫大致相同。

1.3.2力学矫形鞋的临床效果 目前各类指南中都明确推荐力学矫形鞋作为KOA的保守疗法[25-26]，而英国国家临床规范研究院(National Institute of Clinical Excellence, NICE)推荐的指南中明确力学矫形鞋可作为KOA的保守治疗方法之一。Elbaz等[7]对58名单侧KOA患者跟踪研究发现，佩戴Apos矫形鞋治疗6个月后患者的步频，步长及单侧支撑相百分比分别上升15.9%，10.3%及2.7%,SF-36量表各项指数均有明显改善。Jones等[8]的报道也证实早期KOA患者在使用APOS矫形鞋后EKAM显著降低，患者步行功能及WOMAC评分得到提升。相较于APOS外置式矫形鞋，内置式矫形鞋虽然作用机理有所差异，但穿戴后也能有效的降低KOA患者的关节应力，并藉此改善患者的步行能力。

2 现有辅具治疗所存在的问题

相较于传统的保守治疗方案[27-30]，矫形辅具可以纠正患者在步行过程中的受力异常，因此，该疗法已受到越来越多的重视。然而，该疗法在实施过程中依然面诸多问题。LWI虽然价格低廉且易于佩戴，但是有学者认为整个下肢在运动过程中是一个有机的整体，因而LWI增加了踝关节的外翻角度后可能会给邻近关节带来额外压力因此并不适合长期佩戴[10,12,31]。虽然，Tezcan等[32]随访研究表明，相较于无楔形角的中性鞋垫，长期佩戴LWI并不会对髋关节及踝关节关节间隙造成额外的影响，然而，此类研究依旧较少，其相关结论还有待进一步的验证。采用较低弹性模量材质制作矫形鞋垫虽然能够给患者带来相对舒适的使用体验，但由于材料缺乏足够的硬度因而容易产生形变无法长期使用，因此，未来在新型鞋垫的无论外型或材质等都还需要进一步改善以避免此类情况发生。KUB和力学矫形鞋虽然鲜有不良反应的报道，但相较于LWI后两者价格相对昂贵[6]，故而如何切实有效的降低此类疗法的价格成为研究人员所面临的一道难题。

3 发展方向

当前的主要目标是使康复医师及治疗师进一步认识到力学因素在KOA发生及发展中所承担的重要性以及如何通过选择正确的矫形辅具帮助此类患者更好的进行治疗，还需要通过医工结合的模式对于力学矫正辅具治疗KOA做进一步的改进研究，以期改善当前存在的某些显著不足，如：辅具的材料选择，下肢其他关节的异常受力增加及辅具本身价格过高等一系列问题。先前已有大量报道传统治疗方法可有效地改善KOA患者的临床症状并提高其运动功能[27-30]，但是，患者在步行过程中的关节受力大小与其步行过程中的步速，步长，步频等时间空间参数呈正相关，因此，单一的缓解疼痛而不进行力学矫正可能会导致该病的进一步发展，而如何将传统的治疗模式与矫形辅具治疗有机的结合或将成为治疗KOA的关键所在。

4 总结

相较于传统的KOA治疗方法辅具治疗有着良好的疗效，且该种疗已经被各类指南推荐为有效治疗方案[25-26]。然而该类疗法在国内的推广和普及仍存在一定的局限性，进而造成其临床应用过程中出现各种的问题。但从生物力学角度来研究KOA的发病机制以及通过矫正患者受累关节的异常受力模式来治疗该疾病值得进一步研究及推广。

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