发作间歇期痛风患者步态特征研究

李慧丹 李阔弟 李晓丁，4 魏星，5 张琳，2 刘畅格，2 赵伟 黄力平，2

1 天津体育学院实验教学实训中心（天津 301617）

2 天津市运动生理与运动医学重点实验室（天津 300211）

3 江西中医药大学体育健康学院4 珠海市特殊教育学校

5 南昌大学第二附属医院康复医学科6 天津医科大学朱宪彝纪念医院痛风科

痛风是长期嘌呤代谢紊乱及/或尿酸排泄减少所引起的一组慢性代谢性疾病，其患病率逐年上升，且呈现年轻化趋势[1]。痛风急性发作时表现为受累关节的红、肿、热、剧痛和功能障碍等，常伴有血尿酸水平升高，最常累及下肢末梢关节，尤其是第一跖趾关节（first metatarsophalangeal joint，1MTPJ）、踝关节和足部肌腱[2-3]。临床上除采取药物治疗外，通常倡导低嘌呤饮食和适当强度的有氧运动，对嘌呤代谢的改善有一定辅助效果。但长期痛风所导致的功能障碍，尤其对足部和下肢功能及步态模式的影响还未引起广泛关注。

步态录像解析法和足底压力测试在异常运动模式评定、康复疗效评价及康复治疗方案改进等方面均被广泛应用[4-5]，且灵敏度高、客观性强。本研究通过足踝生物力学观察方法对青壮年痛风患者发作间歇期的步态特征进行定量分析，比较痛风患者与健康志愿者的步态差异，并对痛风患者大拇趾区峰值压力与步态运动学数据进行相关性分析，为痛风的临床康复治疗，尤其是运动康复提供客观依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究对象为2019 年3 月～10 月天津医科大学代谢病医院痛风科门诊就诊的男性痛风患者24例（痛风组），以及健康志愿者24 例（健康对照组）。两组受试者年龄、身高、体重、体重指数（body mass index，BMI）差异均无统计学意义。所有痛风患者均处于发作间歇期，即两次痛风发作之间的无症状时期。详见表1。

表1 痛风患者和健康志愿者的一般资料比较

1.2 纳入标准

①符合《中国高尿酸血症与痛风诊疗指南（2019）》[6]诊断标准的痛风患者，并签署知情同意书；②痛风患者处于间歇期，既往双侧下肢均有急性痛风性关节炎发作史；③成年男性，年龄25～44 岁，无糖尿病或其他炎性关节炎病史；④无运动禁忌症，一年内未出现肌肉拉伤、骨折等伤病情况。

1.3 排除标准

①痛风急性期发作者；②有明显的痛风结节及皮肤破溃者；③合并糖尿病、高血压等控制不稳定者；④严重的呼吸系统、心脑血管系统疾病，精神疾病、肾病、传染性疾病及运动功能障碍者；⑤因肿瘤、肾衰等各种原因导致的继发性痛风者；⑥有体育专项者。

1.4 试验设备

Kinovea 是一款计算机2D 视频分析软件，可用于测量运动学参数，且允许在没有标记的情况下分析视频，在体育学和临床医学等领域已被广泛应用[7-9]，采用高清摄像机-Kinovea 相结合的运动捕捉分析系统，在检测髋、膝、踝关节角度方面与三维运动系统检测的一致性较高[10]，且在人体步态运动跟踪和分析方面的准确性和可重复性已被多项研究证实[11-12]。本研究通过索尼FDR-AX30 摄像机和Kinovea.Setup.0.8.15 运动分析软件对受试者正常步行时的运动学数据进行采集分析。通过Novel Pedar-X 鞋垫式足底压力测试系统进行步行时足底压力数据的采集分析，鞋垫厚度2.6 mm，电容式压力传感器99个，采样频率50 Hz，传感器扫描速度10000 Hz。

1.5 步态运动学测试及数据分析

首先定标一个1 m×5 m的长方形活动区域，沿长轴每隔5 cm用较鲜艳的颜色进行再次标记，同时通过索尼FDR-AX30 摄像机进行侧面角度视频拍摄，将相机放置在水平三脚架上，垂直于路径中心，距离预设视野约2.4 m，距离地面约0.3 m，使校准后的视野在运动过程中能清楚地覆盖受试者的下肢；调整相机镜头的最佳焦点和光圈，以产生清晰2D 图像和视频。同时，在相机位置、行走起点、中心点等重要位置放置标记，以确保所有受试者在任何时间的所有位置都是相同的。要求受试者穿着大小合适、材质舒适的运动鞋以及露膝短裤，并嘱受试者以自己舒适的步速沿着规定区域的长轴线往复行走。对每个受试者拍摄3 次，每次均保证视频内录入至少两个步行周期。对所有录制的视频文件都先检查是否存在明显错误，低质量的视频不予采用。

通过Kinovea.Setup.0.8.15 运动分析软件对所录视频逐帧播放和停帧分析，在股骨大转子、股骨外上髁、外踝处进行标记、跟踪，并记录行走过程中的运动学参数，对三次步态数据取平均值纳入统计分析。

1.6 足底压力测试及数据分析

采用Novel Pedar-X鞋垫式足底压力测试系统，此系统由一双足底压力感应鞋垫和一个信号传输盒构成。所有数据均由蓝牙传输，将数据采集入一台笔记本电脑中，并进行保存。受试者统一穿着适合自己尺码的普通运动鞋，并按要求穿戴足底压力采集系统。准备完毕后，打开信号传输盒开关和电脑Novel Pedar-X 系统自带测试软件，进行测试前的连接检验和鞋垫压力清零，随后使受试者在定标好的一条长约10 m的水平地板上以舒适步速行走3次，分别记录3次足底压力数据，每次记录时均保证受试者至少走两个步行周期，取受试者左右脚各一个数据用于进一步数据分析。

使用Novel Pedar-X 鞋垫式足底压力测试系统自带的分析软件对受试者正常行走时所获得的数据进行分析，所有数值取三次测量的平均值，精确到0.01，将结果导入Excel表格中。结果分析时将足底分为7个区域：大拇趾区、第二～五趾区、第一跖骨区、第二跖骨区、第三～五跖骨区、足中部和足跟部，用于采集受试者足底各分区峰值压力和压力-时间积分数据，如图1所示。

图1 足底压力各区域分布

1.7 曼彻斯特足痛和残疾指数（Manchester foot pain and disability index，MFPDI）

MFPDI 是一个自我管理的测量问卷，用于评估患者一个月内的足部疼痛和功能情况，而并非仅仅是当前的足部情况[13]，共包括19 项，分为功能受限（10 项）、自我感觉（3项）、疼痛程度（4项）及工作和业余活动情况（2 项）。每项问题均有三个答案，即从不（0 分）、某些时候（1 分）、大部分时候/每天（2 分），得分越高表明足部情况越差。

1.8 统计学分析

所得数据采用SPSS 25.0 统计分析软件进行分析处理，根据数据是否具有正态分布特征，分别采用独立样本t检验或非参数检验进行痛风组和健康对照组各项指标的组间比较，结果以±s或中位数（四分位差）表示；采用Person 相关分析进行大拇趾区峰值压力和步态运动学参数的相关性分析，结果以相关性系数r表示。以P＜0.05代表有统计学意义。

2 结果

2.1 运动学数据

由表2可见，痛风组步长、步幅、步速、步频均小于健康对照组（P＜0.05，P＜0.01），仅双支撑时间大于健康对照组（P＜0.01）。两组单支撑时间、支撑时间和摆动时间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表2 两组步态时空参数比较

由表3可见，痛风组膝关节最大屈曲角度、踝关节最大跖屈角度及踝关节屈伸幅度小于健康对照组（P＜0.05）。两组踝关节最大背伸角度差异无统计学意义（P＞0.05）。

表3 两组膝、踝关节角度参数比较（°）

2.2 足底压力数据

由表4 可见，痛风组大拇趾区峰值压力低于健康对照组（P＜0.01），足中部峰值压力高于健康对照组（P＜0.05）。两组第二～五趾区、第一跖骨区、第二跖骨区、第三～五跖骨区、足跟部峰值压力差异无统计学意义（P＞0.05）。

表4 痛风患者和健康志愿者足底各分区峰值压力数据比较（kPa）

由表5可见，痛风组大拇趾区压力-时间积分低于健康对照组（P＜0.05，P＜0.01），第一跖骨区压力-时间积分高于健康对照组（P＜0.01）。两组第二～五趾区、第二跖骨区、第三～五跖骨区、足中部、足跟部压力-时间积分差异无统计学意义（P＞0.05）。

表5 痛风患者和健康志愿者足底各分区压力-时间积分比较（kPa·S）

2.3 痛风患者步态运动学数据相关性分析

由表6 可知，大拇趾区峰值压力与步长、步幅、步频、踝关节最大背伸角度呈正相关（P＜0.05），提示大拇趾区峰值压力越小，步长、步幅、步频、踝关节最大背伸角度越小；与双支撑时间呈负相关（P＜0.05），提示大拇趾区峰值压力越小，双支撑时间越长；与单支撑时间、支撑时间、摆动时间、步速、膝关节最大屈曲角度、踝关节最大跖屈角度及屈伸变化幅度无显著相关性（P＞0.05）。

表6 痛风患者大拇趾区峰值压力与步态运动学数据相关性分析（左）

3 讨论

3.1 痛风患者MFPDI评分

MFPDI 可用于评估慢病人群一个月内的足部残疾、疼痛和损伤[13]，可用于痛风研究[14-15]。本研究发现，痛风患者在MFPDI 问卷的各项均有较高得分，提示痛风患者足部情况较差。有学者报道超过80%的痛风患者存在超重或肥胖（BMI＞25 kg/m2）[16]，并且有研究发现，与足部疼痛和残疾相关的是脂肪而不是肌肉[17]，表明肥胖对足痛的影响不仅仅是因为足部负荷增加，还可能是由于脂肪增加影响了身体代谢机制。在步态活动中，足部会受到较大的地面反作用力（1～5 倍体重），肥胖引起的负重过度增加可能对下肢和足部有害[18]。本组患者BMI 平均在超重范围，与肥胖相关的负重力需求增加，加上与痛风相关的结构变化，可能导致痛风患者的足部损伤。此外，由于MFPDI 所评估的是一个月内的足部情况，所以间歇期痛风患者疼痛程度仍有得分，可能是受到了近期痛风发作疼痛消退的影响。

3.2 痛风患者步态运动学改变

本研究发现，与健康志愿者相比较，即使在间歇期，痛风患者仍存在步态时空特征的改变，表现为行走过程中步长和步幅减小，步速和步频降低，双支撑时间增加。在步态的时空参数中，步速是反映步行功能最敏感和有效的指标，步速减慢被认为是成年人日常生活活动中身体功能下降或受损的一个重要特征[19-20]。痛风患者在急性发作期经历了较大的足部疼痛，降低步速是一种足部疼痛补偿机制[21-22]。此外，Stewart等[23]的研究发现，痛风患者踝关节跖屈、背屈和外翻的肌肉力量较健康志愿者均明显降低。当小腿部肌肉力量较弱时，踝跖屈肌力的产生与步行速度显著相关，表现为身体重心向上的加速度降低，前脚掌落地速度增加，从而导致更多的能量消耗[24-25]。根据能量节省化假说[26-27]，步行速度的降低是一种功能补偿，以限制下肢关节活动的增加，减少步行时因小腿部肌肉力量较弱导致的能量消耗。此外，步速也与双支撑时间密切相关，即速度越慢，双支撑时间越长[28]，推测痛风患者双支撑时间增加可能与较慢的步速有关。

在本研究中，痛风患者的膝关节最大屈曲角度、踝关节最大跖屈角度及踝关节屈伸幅度显著减小。1MTPJ 的正常活动可以保证前足对行走的有效推进[29]，而痛风最常累及1MTPJ，且研究发现该关节背屈活动范围较正常人明显减小[3，30]。由于1MTPJ 活动受限及结构功能障碍，人体将通过增加踝关节做功进行代偿，以保持行走时的动态平衡，进而增加行走时人体足踝部分的能量消耗，引起踝关节负功显著增大，踝关节最大跖屈角度显著减小[31]。同时，跖趾关节活动受限导致踝关节长期代偿，使膝踝关节协同运动能力降低，引起膝关节最大屈曲角度显著减小。

3.3 痛风患者足底压力改变

本研究发现，与健康志愿者相比，痛风患者足底压力参数的变化主要集中在前足内侧和足中部，表现为大拇趾区峰值压力和压力-时间积分降低，足中部峰值压力和第一跖骨区压力时间积分增加，与之前的研究结果基本一致[32-34]。Rome等[32]的研究表明，痛风患者大拇趾区峰值压力降低可能是由于疼痛导致的1MTPJ负荷降低，这在定性研究中也得到进一步的强调[35-36]。同时，痛风患者行走时的避痛策略将减少足底肌群的活动[32]，久之可能会导致肌无力和肌萎缩，足底肌的功能主要是维持拇趾关节的稳定和足弓[37]，长期受限，可能会影响大拇趾区和足中部的足底压力值。痛风石的沉积也是引起足底压力改变的一大因素，已有研究观察到痛风患者足部肌腱中有多处痛风石沉积，以跟腱最为明显[2]，而跟腱在步态周期的屈曲运动中起着重要作用，并在踝跖屈运动中与肌肉收缩共同协助体重的推进[38]，所以在步态的支撑阶段踝关节跖屈时及身体运动减速期间必须承受较大的肌肉收缩[39]。而多项研究表明，痛风石的存在会降低跟腱的拉力[40-41]，影响行走时人体重心向前推移，从而改变足底压力的分布[42]。

压力-时间积分由支撑阶段的峰值压力脉冲计算得出，推测在步态的支撑阶段，当第一跖骨区接触地面时，压力-时间积分增加可能是由于双支撑时间的延长。此外，本研究未观察到痛风患者足跟部压力值的异常改变，这与痛风患者赤脚行走时足跟部峰值压力降低的研究结果不一致[33]。多项研究发现，穿鞋和赤脚行走时的步态特征有所不同，且鞋子或鞋垫的类型对步态也有较大影响，不合脚的鞋子会进一步加重痛风患者的足部疼痛及损伤[43-45]，进而影响足底压力分布。本研究采用的是鞋垫式Novel Pedar-X 足底压力测试系统，要求受试者统一穿着合脚舒适的运动鞋，而运动鞋鞋跟部具有缓冲震荡等保护作用，这可能与本研究未观察到足跟部压力值发生异常改变有关。

本研究发现，痛风患者大拇趾区峰值压力与步长、步幅、双支撑时间、步频、踝关节最大背伸角度显著相关，进一步表明痛风患者异常的步态模式是由于大拇趾不敢用力，进而导致大拇趾推动的蹬离地面廓清运动受限所引起的一系列步态生物力学改变。大拇趾是足最粗的骨骼之一，在行走的蹬伸阶段，大拇趾的解剖和功能作用更明显，如行走时拇趾的背屈与第1 跖骨的下压可使1MTPJ 背屈幅度达到最大[29]。由于痛风患者的1MTPJ 背屈活动明显受限[30]，在步态周期的推进相，跖腱膜的绞盘作用大大减弱，其传递的应力也相应减少，而该应力大部分由拇趾承担[35]，由于痛风疾病和疼痛等原因，拇趾区承担的应力会迅速减小，步态周期的推进相不能高效完成，进而引起一系列相应运动学参数的变化。

本研究不足之处：所纳入的24例痛风患者左右侧下肢均有急性痛风性关节炎发作史，下肢发作部位的不同可能会对结果产生一定影响；此外，本研究并未排除由痛风导致骨破坏的受试者，这可能影响痛风患者的足底压力值；由于本研究受试者招募途径局限，导致短期内无法纳入大量受试者参与研究，故样本量相对较少，未来研究将尽可能地扩大样本量，纳入更多的受试者来进行更深入的研究。

4 总结

本研究发现，痛风间歇期患者步态存在明显异常，主要表现为步长和步幅减小，步速和步频减慢，双支撑时间延长；膝、踝关节活动幅度减小；步行中前足内侧负荷减小而足中部负荷加大。这提示了一种疼痛避免策略，这些变化有可能导致痛风患者步行模式的改变和足部功能受损。充分了解这些异常特点及背后的原因有助于研发更有针对性的干预措施，以治疗痛风患者与步态有关的足部损伤和残疾。