膝內(nèi)翻人群DIERS-步態(tài)分析及其對足踝的生物力學(xué)影響

林斌強(qiáng)，曾衛(wèi)紅，陳 彥，潘政煒，陳孝和，湯麗珠，李長輝,△

（1 福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二人民醫(yī)院，福建 福州 350003 ；2 福建體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350003；3 福建中醫(yī)藥大學(xué)，福建 福州 350122）

膝內(nèi)翻是臨床上常見的膝關(guān)節(jié)畸形之一，通常在自然站立位或是兩腿伸直時，表現(xiàn)為雙邊足內(nèi)踝可相互觸及，但雙膝無法收攏的腿形，且下肢負(fù)重力線應(yīng)位于膝關(guān)節(jié)中心點(diǎn)內(nèi)側(cè)，同時力線與膝關(guān)節(jié)中心點(diǎn)距離應(yīng)達(dá)到1.5cm 以上，滿足以上條件即存在膝內(nèi)翻[1-2]。相對于正常人的膝關(guān)節(jié)面受力狀態(tài)而言，膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻者的膝關(guān)節(jié)由于長時間內(nèi)翻，其體重所產(chǎn)生的壓力往往會集中于膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面上，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)面的應(yīng)力會加大，關(guān)節(jié)軟骨間的摩擦力亦增大，從長遠(yuǎn)來看，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)軟骨面的損耗會逐步加劇，進(jìn)而導(dǎo)致脛骨平臺的凹陷，最終形成骨性關(guān)節(jié)炎。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，除去運(yùn)動員以外的普通人群存在膝內(nèi)翻概率大約為25%，膝骨關(guān)節(jié)炎在膝內(nèi)翻人群中出現(xiàn)的概率是正常人的兩倍[3]。臨床上多伴隨有膝內(nèi)翻、步態(tài)異常以及下肢負(fù)荷線的末端是腳踝和腳等情況，在膝骨性關(guān)節(jié)炎患者中尤其常見。膝內(nèi)翻會顯著增加腳踝的應(yīng)力[4]，膝內(nèi)翻程度越明顯，踝關(guān)節(jié)的應(yīng)力越不平衡，日臻形成慢性的關(guān)節(jié)損傷。故本研究通過借助DⅠERS-步態(tài)分析系統(tǒng)對膝內(nèi)翻人群進(jìn)行步態(tài)檢測，觀察膝內(nèi)翻人群的步態(tài)情況，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 膝內(nèi)翻組入組標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 膝內(nèi)翻組納入標(biāo)準(zhǔn)①年齡：40-60 歲；②膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形[5]：被檢測者采取自然站立位時，雙邊足內(nèi)踝可相互觸及，兩膝內(nèi)側(cè)面無法完全收攏，并且其間距最小處仍能超過1.5 厘米；③膝關(guān)節(jié)各方向活動無異常，無明顯疼痛不適感，諸如過伸過屈試驗、抽屜試驗、側(cè)方應(yīng)力試驗、研磨試驗等特殊查體皆為陰性。

1.1.2 膝內(nèi)翻組排除標(biāo)準(zhǔn)①以往存在膝關(guān)節(jié)外傷史亦或是手術(shù)史；②患有諸如頸、腰椎以及運(yùn)動系統(tǒng)等影響肢體行走的疾患；③以往存在可能導(dǎo)致實驗結(jié)果偏倚的疾患，比如膝骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腫瘤史、感染史等。

1.2 對照組入組標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 對照組納入標(biāo)準(zhǔn)①年齡：40-60 歲；②膝關(guān)節(jié)外觀無肉眼可見非正常形態(tài)，采取自然站立位時，雙邊足內(nèi)踝相互觸及時，雙膝內(nèi)側(cè)面可收攏（其正常站立時兩膝內(nèi)側(cè)間距小于1.5cm）；③無任何膝關(guān)節(jié)不適感等癥狀及特殊查體陽性情況。

1.2.2 對照組排除標(biāo)準(zhǔn)①以往存在膝關(guān)節(jié)外傷史亦或是手術(shù)史；②患有諸如頸、腰椎以及運(yùn)動系統(tǒng)等影響肢體行走的疾患；③以往存在可能導(dǎo)致實驗結(jié)果偏倚的疾患，比如膝骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腫瘤史、感染史等。

1.3 一般資料

本研究通過福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理批號SPHFJPK2020014-02）。通過招募方法于2020 年7 月～2021 年12 月根據(jù)入組標(biāo)準(zhǔn)選擇膝內(nèi)翻者30 名納入膝內(nèi)翻組和健康志愿者30名納入對照組。2組基線資料在性別、年齡、身高、體重方面比較，差異皆不存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性（見表1）。

表1 兩組人群一般資料的比較（f，± s）

表1 兩組人群一般資料的比較（f，± s）

組別膝內(nèi)翻組對照組樣本量30 30性別男15 13女15 17平均年齡（歲）49.97±5.52 49.93±5.22平均身高（cm）164.83±8.77 162.6±7.79平均體重（kg）68.65±9.99 68.78±9.11

1.4 研究方法

1.4.1 實驗儀器及相關(guān)設(shè)備DⅠERS 步態(tài)分析系統(tǒng)（DⅠERS pedogait 系統(tǒng)）。品牌名稱：DⅠERS；產(chǎn)地：德國；型號：formetric；出產(chǎn)編號：20170923A10 33.

1.4.2 操作方法①準(zhǔn)備活動：在DⅠERS pedogait跑臺上，囑受試者以自然放松的狀態(tài)勻速緩慢行走大約10 分鐘，讓身體活躍起來，逐漸適應(yīng)跑臺的速度。 ②受試者赤足在DⅠERS pedogait 跑臺上以自然放松的狀態(tài)勻速緩慢行走，待逐步穩(wěn)定行走狀態(tài)后，所顯示的速度就是目標(biāo)速度，然后進(jìn)行目標(biāo)速度狀態(tài)下半分鐘的采集，共采集三次，且取其平均值作為最終結(jié)果，以提高結(jié)果可靠性。本實驗以右側(cè)足跟部觸地為起始直至右側(cè)足跟部第二次觸地為結(jié)尾的過程為一個步態(tài)周期，所獲得的測試數(shù)據(jù)皆是以半分鐘內(nèi)所采集的所有步態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的綜合數(shù)值。

1.4.3 采集指標(biāo) 時間參數(shù)：支撐相、承重反應(yīng)期、單支撐期、擺動前期及步長時間；空間參數(shù)：步長、足偏角、步頻及步寬。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 28.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計量資料以均值加減標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組間均值比較采用兩獨(dú)立樣本t/t′檢驗，治療前后比較采用配對t檢驗。無序計數(shù)資料以頻數(shù)（f）、構(gòu)成比（P）表示，采用χ2檢驗。兩樣本等級資料比較，采用Ridit分析，由DPS 7.05 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組人群步態(tài)的時間參數(shù) 兩組人群在步態(tài)時間參數(shù)發(fā)現(xiàn)，膝內(nèi)翻組與對照組在左右兩腳步態(tài)的支撐相、承重反應(yīng)期、單支撐期、擺動前期以及步長時間的比較無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 兩組人群步態(tài)的時間參數(shù)（± s，n=30）

表2 兩組人群步態(tài)的時間參數(shù)（± s，n=30）

注：組間比較，*P＞0.05。

指標(biāo)支撐相（%）承重反應(yīng)期（%）單支撐期（%）擺動前期（%）擺動相（%）步長時間（s）膝內(nèi)翻組對照組左腳64.33±2.40 15.73±1.85 33.86±2.08 15.82±2.03 35.71±2.40 0.57±0.88右腳64.93±2.53 15.95±2.26 34.38±2.18 16.16±2.16 35.07±2.53 0.58±0.83左腳65.37±2.61*16.59±2.22*33.15±2.48*12.69±2.55*34.63±2.61*0.59±0.96*右腳65.71±2.90*16.77±2.04*33.28±2.23*16.72±2.24*33.29±5.99*0.57±0.99*

2.2 兩組人群步態(tài)的空間參數(shù) 兩組人群在步態(tài)的空間參數(shù)比較發(fā)現(xiàn)，膝內(nèi)翻組與對照組在左、右步長及步頻的比較不存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但膝內(nèi)翻組的步寬比對照組寬，比較存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；膝內(nèi)翻組的左、右兩腳的足偏角比對照組大，比較存在統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表3 兩組人群步態(tài)的時間參數(shù)（± s，n=30）

表3 兩組人群步態(tài)的時間參數(shù)（± s，n=30）

注：兩組間比較，*P＞0.05；兩組間相比較，▲P＜0.05。

指標(biāo)步長（cm）足偏角（°）步頻（次/分鐘）步寬（cm）膝內(nèi)翻組左腳38.96±9.80 7.73±8.92 108.20±15.21 13.39±1.54右腳38.83±10.50 12.21±7.30對照組左腳40.19±6.98*3.48±9.08▲106.7±16.02*10.43±1.22▲右腳39.93±7.15*7.31±6.85▲

3 討論

通常情況下，在行走時膝關(guān)節(jié)會承受相當(dāng)于自身體重2 到4 倍的壓力，而將近三分之二的壓力都由內(nèi)側(cè)間室所承擔(dān)[6]。一般情況下，膝關(guān)節(jié)更容易出現(xiàn)內(nèi)翻畸形，目前有研究表明膝骨性關(guān)節(jié)炎患者合并內(nèi)翻畸形的發(fā)病率是合并外翻畸形的10倍[7]。正常情況下肢有一條過髖關(guān)節(jié)中心和踝關(guān)節(jié)中心的力線，這條線同時也會穿過膝關(guān)節(jié)中心點(diǎn)。在膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)內(nèi)翻狀態(tài)的時候，這條力線會移動至膝關(guān)節(jié)中心點(diǎn)內(nèi)側(cè)，形成膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形，并導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩上升，施加在內(nèi)側(cè)間室的應(yīng)力隨之變大，下肢生物力線偏移，踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。周恩昌等[3]通過有限元分析，分析膝內(nèi)翻對踝部各關(guān)節(jié)之間的應(yīng)力特點(diǎn)所產(chǎn)生的作用，發(fā)現(xiàn)膝踝兩個關(guān)節(jié)的應(yīng)力接觸面都受到來自膝內(nèi)翻不同程度的影響，踝部的脛距關(guān)節(jié)的峰值應(yīng)力由于膝內(nèi)翻的作用，導(dǎo)致應(yīng)力增加，向外位移以及足外翻，這會增加足部內(nèi)側(cè)縱弓的壓力，有繼發(fā)性扁平足的風(fēng)險。丁浩[8]通過腳印法對膝內(nèi)翻的足底受力接觸面的系統(tǒng)研究分析，得出了足底內(nèi)側(cè)所承受的應(yīng)力相對于外側(cè)更大。故當(dāng)發(fā)生膝內(nèi)翻時，為了減輕內(nèi)側(cè)間室的應(yīng)力，從而代償性出現(xiàn)膝外擺步態(tài)，從而導(dǎo)致步寬增加，足偏角增大。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膝內(nèi)翻人群和健康志愿者在步態(tài)支撐相、承重反應(yīng)期、單支撐期、擺動前期、步長時間、步長和步頻的比較無明顯差異，考慮可能原因為雖然膝內(nèi)翻組人群膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)內(nèi)翻畸形，但還沒有膝關(guān)節(jié)病理性損傷炎癥，并無膝關(guān)節(jié)疼痛和活動受限，沒有影響其步態(tài)周期和跨步運(yùn)動，故兩組人群在步態(tài)支撐相、承重反應(yīng)期、單支撐期、擺動前期、步長時間、步長和步頻的比較無明顯差異；但膝內(nèi)翻人群步寬較健康志愿者明顯增寬，且足偏角較健康志愿者增大。

膝內(nèi)翻影響足踝的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力以及步態(tài)的變化，研究表明踝關(guān)節(jié)的功能也影響膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展[9]；在步行過程中，踝關(guān)節(jié)運(yùn)動是整個步態(tài)周期中產(chǎn)生前進(jìn)動力的重要組成部分?，F(xiàn)在社會中，大部分女性都存在長期穿高跟鞋的情況，這可能會導(dǎo)致有限的踝關(guān)節(jié)背屈和步態(tài)變化，從而減少踝關(guān)節(jié)在步態(tài)周期中的運(yùn)動范圍，從而引起膝關(guān)節(jié)的受力狀態(tài)改變，此外，踝關(guān)節(jié)疼痛、僵硬等癥狀常預(yù)示膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)生和加重。膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)相互影響，“膝-踝”關(guān)節(jié)是人體運(yùn)動鏈中一組聯(lián)動關(guān)節(jié)?！跋?踝”聯(lián)動關(guān)節(jié)是一整體[10]，具有相對整體性、穩(wěn)定性和靈活性，踝關(guān)節(jié)的主要功能是靈活性，膝關(guān)節(jié)的主要功能是穩(wěn)定性，各相鄰關(guān)節(jié)功能是靈活性與穩(wěn)定性交替主導(dǎo)。人體在行走過程中：膝踝協(xié)同運(yùn)動至關(guān)重要，它能保證整條下肢的行走姿態(tài)以及其運(yùn)動的順暢程度，并在運(yùn)動過程中保持穩(wěn)定；下肢跟腳的行走姿態(tài)有賴于膝踝協(xié)同運(yùn)動的控制，它能減少足部落地時引起的沖擊，而擺動期能保證腳面不與地面發(fā)生碰撞。膝內(nèi)翻后不僅引起膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)力線變化[11]，內(nèi)側(cè)應(yīng)力增加，加重關(guān)節(jié)磨損，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生，也同時影響踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)力線變化，改變正常步態(tài)，步寬增寬，足偏角增大，足底內(nèi)側(cè)受力增加。

故在臨床治療膝內(nèi)翻型骨關(guān)節(jié)炎患者時，我們不僅只治療膝關(guān)節(jié)單關(guān)節(jié)，矯正膝關(guān)節(jié)力線，緩解平衡膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室的壓力，減少膝關(guān)節(jié)面的磨損；還需要兼顧踝關(guān)節(jié)的治療，糾正踝關(guān)節(jié)力線的變化，改變足底受力情況，調(diào)整步態(tài)，從“膝-踝”聯(lián)動關(guān)節(jié)整體去治療膝內(nèi)翻型骨關(guān)節(jié)炎[12]。