步态分析在踝骨性关节炎中的应用进展*

徐 盼，姜 财，，夏丽彬，郭进华，郭苗苗，李小梅，余圣贤，章 晨，纵华琛，林忠华，

（1.福建中医药大学康复医学院，福建 福州 350001；2.福建省立医院康复二科，福州 福州 350001；3.福建医科大学省立临床医学院，福建 福州 350001）

踝骨性关节炎（Ankle Osteoarthritis,AOA）是一种以踝关节软骨的变性、破坏及骨质增生为特征的慢性进行性关节疾病[1]。大约3.4%的成人患有踝骨性关节炎，在年轻患者中，踝骨性关节炎比膝关节和髋关节骨性关节炎更常见[2]。疼痛是AOA最突出的临床表现[3]，特点是可为隐匿性的，也可因劳累、活动量增加等加重疼痛。关节肿胀是AOA 的又一突出症状，随着病情进展，会影响到关节活动度，甚至出现关节屈曲挛缩，致使关节畸形更为明显[4]。因此，AOA 患者通常因疼痛、活动受限为主诉求医。临床上对于AOA 的评估主要依靠影像学表现[5-7]和对患者的体格检查，或依据患者主观描述进行评分的调查问卷[8-9]，这些方法的准确性与临床症状的严重程度和功能状态的相关性一直受到质疑[10-12]。而步态分析可以对其进行实时、动态的监测与评估，对于诊断与评估运动障碍具有非常重要的作用[13-15]，但步态分析在AOA 中的重要作用还未能引起足够重视。本文就近年来针对AOA 所进行的步态分析研究成果做一综述，旨在提供全面的对AOA 患者步态的认识及分析方法，探讨AOA 患者步态异常的原因，总结其临床应用价值，并提出步态分析在AOA诊疗中应用的展望。

1 步态分析在AOA中的研究现状及其在AOA中的应用

步态分析是对步态特征的科学描述，通过对人类行走时身体各部分的运动学、动力学等进行定量分析进而探究影响步态的各种因素[16]，并为医疗领域中相关疾病的临床诊断、疗效评估和康复训练提供指导意见[17，18]。20 世纪60 年代，国外开启了步态分析研究的数字化时代，特别是三维空间运动分析系统的研发成功，更使步态研究进入定量研究阶段，直至80 年代，国内才开始步态相关的研究。在步态分析的萌芽阶段，多以观察法和初级的影像解析法记录人体变化[19-20]，到后来借助高速摄像机、三维运动捕捉系统等现代影像解析法，步态分析逐渐步入定量分析阶段。目前常见的步态分析系统包括运动捕捉系统、表面肌电系统、足底压力测量系统、三维测力平台系统、能耗测定系统等。

AOA 患者由于关节软骨损害而产生疼痛和肿胀，进而造成步行能力受限[21-22]。因此，无论在对AOA 患者病情的诊断上还是治疗效果的评估上，准确量化分析步行能力十分重要。在进行步态分析时，首先应对正常人步态周期中的各类参数的参考值及曲线有所了解，然后基于此对AOA 患者的异常参数值及曲线进行分析，为临床上AOA 的诊断提供辅助价值，并揭示步态异常的关键环节和影响因素[12]，从而为指导康复治疗及评估治疗效果提供必要的依据[23-27]。从理论来讲，全面而准确的步态分析研究应利用各类参数对受试者进行综合分析，但由于现实客观条件，目前国内外暂无针对AOA 的综合步态分析系统的相关性研究。通过系统性地回顾2000～2022 年期间AOA 患者相关的步态研究，可发现其研究主要集中在以下四类[28]：步态时空参数研究[29-32]、步态运动学参数研究、步态动力学参数研究[33-35]和表面肌电研究[36-38]。

2 步态分析在AOA患者步态特征研究中的应用

AOA 患者最为突出的临床症状为疼痛，尤其在活动或者劳累后加重。为了最大限度地减少步行中产生的疼痛，AOA 患者往往倾向于最小化患肢的负荷。由于AOA 患者行走模式不同于常人，其步态分析参数也会因此改变。为了全面认识AOA 患者的步态模式，本文将从以下几个方面对AOA 患者的步态特征进行分析并作出科学解释，全面探讨AOA 患者步态模式，以期为步态分析在AOA 的诊疗应用中提供参考。

2.1 步态分析在AOA 患者时空参数特征研究中的应用

关于AOA 患者的疼痛及功能障碍，临床上通常应用足踝量表评分来进行量化[43-45]。虽然也可一定程度上评估AOA 患者的踝关节的功能恢复情况，但它无法直观地评估具体的步态特征变化。随着科学技术的发展，步态分析被用于评估临床患者的步态特征变化。在对AOA 患者的步态时空参数研究中，学者通过步态周期和步态时相来客观描述患者的步行能力[39]。Queen 等[32]通过步态分析，发现不论是外翻、内翻或是中性胫距对齐的AOA 患者的步行速度、步频、步幅均下降。RobinM.等[29]也发现了相似的结果。除此之外，Valderrabano等[28]、Nüesch等[31]、Canseco 等[30]还对步态周期进行了分析，并发现AOA 患者患肢支撑相降低与健侧摆动相减少。作者分析，造成此类变化的原因可能是AOA 患者为了行走时减轻患侧负荷的补偿策略。

在研究人类行走的步态变化中，评估步态变异性是尤为必要的[46]。步态变异性可反映受损部位的不稳定性，也反映了人类运动系统适应外部和内部干扰的协调性[47]。步态变异性增加与姿势不稳和跌倒风险升高相关[48]。Hughes-Oliver等[49]利用此参数研究了AOA 患者的步态，发现在AOA 患者的健侧和患侧之间存在步态变异性的显著差异，表现为AOA 患者在行走过程中步态模式变化较大，步态变异性增加，类似的发现在Eric 等[50]和Corina 等[36]的研究中也有报道。以上这些步态变化可能归因于患者自身为减轻疼痛关节疼痛和减少AOA 关节负荷的保护策略，以维持步行过程中下肢关节的稳定性。

2.2 步态分析在AOA 患者步态运动学和动力学特征研究中的应用

在步态实验中，运动学数据和动力学数据往往通过一套设备获取，因此在步态分析中常常结合在一起综合分析。目前，有关AOA 的运动学和动力学的研究较为全面，有较多文献可供参考。Karl 等[51]使用3-D 运动相机系统对AOA 患者在行走过程中踝关节的运动情况进行分析，发现与对照组相比，AOA 患者的足部力学发生显著变化，其特征是节段运动学改变，胫骨、后足、前足和拇指的动态ROM 显著降低，表明单个病变关节会影响足部和踝关节其他节段的运动学分布并改变患者的整体步态，与Paul 等[52]的研究结果相似。Victor 等[28]使用运动分析和两板力平台系统对AOA 患者进行3D 脚踝-后足运动学-动力学分析，发现在整个步态周期中，AOA 患者踝关节的运动学参数在三个平面均减小，尤其在矢状面；然而，AOA 踝关节最大相对力矩减少发生在横向平面。Schmitt 等[35]也发现了相似的结果，研究出现此结果，考虑可能是小腿肌肉萎缩无力、周围软组织硬度增加以及试图尽可能保持踝关节稳定的结果，同时力矩的减少也可能反映了一种保护性的步态策略，以减少踝关节的负荷和关节剪切力，从而使进行性软骨退化、继发性关节炎炎症和疼痛最小化。Angel等[53]通过测力台数据，追踪有症状的AOA 患者脚下COP 的通路，发现AOA 患者的COP 路径较短，COP 开始相对较远，结束于拇指近端，影响患者的足部力学。目前，临床对于AOA 患者的足底压力分布的相关研究还不是很明确，还需进一步研究。

2.3 步态分析在AOA 患者下肢EMG 参数特点研究中的应用

表面肌电图（EMG）通过检测受试者行走过程中肌肉活动的特征与属性变化，评估肌肉活动和肌肉功能[42]。AOA 患者经常出现肌肉无力和肌肉萎缩，通过肌电图可以具体分析出肌肉的萎缩程度及功能水平[54]。有研究发现，在行走过程中，AOA 患者的双腿肌肉激活模式具有更广泛的激活区域[36]。有研究[55]表明可以根据小腿肌肉激活模式的差异程度来区分患者是否有AOA。Nüesch 等[38]研究发现在健康组和内翻AOA 患者中，腓肠肌内侧肌比腓肠肌外侧肌和比目鱼肌更为活跃。肌电图可以反映肌肉活动水平和功能状态的变化，并通过和正常人比较可以总结出AOA 发病的一些规律，这种方法可用于临床中AOA 的诊断。此外，Lobet 等[56]通过对10名AOA 患者进行步态分析，发现AOA 患者采用步行策略以改善能量恢复。这表明能量浪费可能与关节周围受影响的肌肉效率直接相关，这些信息提供了一个定量基线，使我们能够更好地了解这种情况的动态并准确测量疾病进展。

3 展望

综上所述，随着科技的进步，对AOA 患者的步行功能的评定已经从主观的量表转化为客观的可量化的步态数据，并可以依据具体的时空参数、运动学和动力学及肌电数据分析相应的功能障碍进一步选择相应的临床治疗手段。随着可穿戴设备的发展及分析方法的不断完善，步态分析不仅可以在AOA 的诊疗中发挥作用，更可以延伸至其他神经肌肉骨骼等运动系列的疾病。但是，上文提到的AOA 患者足底压力中心的研究还未明确，且目前关于AOA 步态分析的高质量研究尚少，在对AOA 的诊断方面，临床上尚未有统一标准，部分研究仍存在争议，今后仍需要更多的临床研究进一步探讨AOA 的生物力学机制，通过步态分析来探索AOA 的发病机制可能是未来的重要研究方向之一。此外，对所获取的AOA患者行走过程中的生物力学数据进行简化处理及解读，也需要进一步的研究与探索。