1重庆医科大学第一临床学院，重庆400016；
2重庆医科大学附属第一医院骨科，重庆400016
摘要：膝关节骨性关节炎（kneeosteoarthritis，KOA）是老年人群中最常见的退行性疾病，大于65岁的老年人群中40%以上有骨性关节炎的影像学表现[1]，患病率及致残率显著上升。有研究[2]对全球187个国家的291种疾病作了荟萃分析，髋或膝关节骨性关节炎的致残率在所有疾病中高居第11位。KOA给患者带来疼痛与功能活动障碍的同时，也给社会带来了巨大的经济负担，根据患病后量化经济学方法的统计，髋或膝关节骨性关节炎是全球经济负担最重的疾病之一[2]。KOA的患者由于关节的疼痛、僵硬、功能活动障碍，导致了静止或运动状态下步态异常。步态分析是探讨下肢运动学、动力学的一种灵敏、客观、无侵入性的方法。目前已广泛运用于临床，在诊断运动方面的异常、帮助恢复运动功能、评估患者术后康复情况及人工关节或下肢假肢的设计方面发挥重要作用。有研究[3]运用荟萃分析的方法，对1970年到2016年临床运用步态分析来诊治的疾病进行了统计，发现目前步态分析最常用于对帕金森病和脑瘫的诊断与治疗，分别占到了全部疾病的29%与17%，而于下肢骨性关节炎方面的运用仅占到6%，因此将步态分析运用到KOA研究尚存在较大空间与前景。本文通过对步态分析相关仪器、研究方法与在膝关节骨性关节炎方面的现状和进展行总结，旨在帮助研究者更好的将步态分析运用于临床实际工作。
关键词：膝关节；关节炎；动力学
1.1目前研究的设备
步态动力学的研究起源于上世纪三十年代的欧洲，发展至今可将动力学设备分为两大类：足底压力测力板和可穿戴式测力器。足底压力测力板为一整块平放于地面上的测力装置，需嘱被检者裸足于测力板上行走，通过对静止站立和步行时地面反作用力（groundreactiveforce，GFR）和剪力的测量来分析下肢生物力学的改变，从而推测出可能存在的疾病。GFR指人体接触测力板而产生的力的反作用力，与人体给予测力板的力大小相等，方向相反。而剪力则指的是人体行走过程中所产生的水平方向的力。常通过综合GFR和剪力来测算肌肉、肌腱、关节、韧带的力矩，从而判断特定作用部位力的异常。可穿戴式测力器形如鞋状，通常是将测压板放置在被检查者的鞋内，同样测定站立及运动情况下压力的分布情况。
1.2动力学研究常见的测量指标
动力学主要是研究力与运动之间的关系，在步态分析中的动力学主要是对人体运动时产生的力的大小、方向、时间等因素综合分析。主要的研究内容包括：①力矩指作用力使物体围绕转动轴或支点运动，大小等于力与力臂的乘积，它将动力学与运动学结合，是评价具体部位受力异常最常见的测量指标；②GFR:一个完整的步态周期GFR呈双峰型；③剪力:步态周期中呈现反向尖峰图形，是导致运动过程中直接损伤的重要因素；④冲量:等于力在作用时间的乘积，体现了力在下肢作用点上的累积效应，同样也是改变肢体运动的原因之一；⑤重心（centerofpressure，COP）:为重力的等效点，是足底作用力的合力，反应了身体平衡性控制的敏感测量指标。
1.2.1KOA患者GRF和膝关节屈伸角度的变化
KOA患者GRF的变化除了与患者的体重、性别相关外，还与步行的速度呈正相关，研究发现KOA患者会通过减慢行走的速度来达到降低GRF的目的，在支撑相的末期速度的减慢明显，并伴随着左、右足的不对称运动。Baert等[4]研究发现在早期KOA的病人中，膝关节屈伸能力较正常人下降了37%，重度KOA病人较正常人下降了56%，KOA患者活动受限考虑可能是由于膝关节疼痛及下肢重要屈伸肌力减弱而引起。Bytyqi等[5]同样发现，膝关节OA病人在正常行走状态下较对照组屈伸角度降低了11.6°，研究推测膝关节表面置换术后可以通过屈伸等康复训练和运动学方面的训练而增加膝关节屈伸角度，达到恢复正常行走步速的目的。
1.2.2KOA患者COP的变化
GiselaSole等[6]对正常行走下KOA患者和正常人群对照组的足底COP进行了研究，发现COP与患者的年龄及KOA的严重程度相关。年龄越大、KOA的严重程度越重，COP越偏于足底外侧，分析可能是由于KOA的患者行走过程中足尖离地及足部背屈减弱而引起。IsaoSaito[7]等对KOA患者组与正常人群组的COP进行了测量，发现KOA患者组的COP的长与宽比正常人组小，差异有统计学意义（P＜0.05），考虑因在足底应力分布中KOA组踝及踇趾区的应力比减低[8]，而足部中心区的应力增高，从而在COP上显示为长与宽的缩短。
1.2.3KOA患者膝关节力矩的变化
膝关节受力的异常是导致膝关节KOA的直接因素，目前很多生物力学相关的变量用于对膝关节功能的评价，但最常见与最有效的测量指标是KAM。大量文献[9]已经证实KAM的增高与KOA的发生与进展密切相关，膝关节内侧间室应力的异常增高导致了膝内侧软骨及软组织的加速退变。目前对膝关节内侧负重的测量将人体运动捕捉技术与GRF的测量相结合，这样的方法已大量运动于临床并证明有效。ScottTelfer等[10]发现步行速度是影响KAM大小的最关键因素，内侧膝关节骨关节炎的患者通常会减慢行走的速度，这被证实是减轻膝关节疼痛的一种机制[11]。KOA的患者通常会采用例如增加行走过程中足外展的角度[12]、身体的倾斜等代偿方法来减少KAM，从而减轻膝关节负重。因足底应力分布的仪器对应力采集异常灵敏，因此对被检查者行走方式及测量方法提出了更高的要求。
目前临床上常用影像学测量、评分问卷、体格检查等方法来评价患者下肢力线与功能活动。但从生物力学角度，膝关节骨性关节炎成因是由于微小应力的改变在活动中累积产生异常的膝关节负重，上述临床常用方法无法动态评估膝关节应力改变与功能异常，而步态分析可以弥补上述评估方式的不足。步态分析可以用来对早期膝关节骨性关节炎的诊断、保守治疗的效果及膝关节置换术后康复训练效果进行评估。目前国内临床运用步态分析尚不广泛，且目前缺乏对效果评价统一的标准，因此尚待进一步研究以统一诊断及治疗标准。于KOA的患者而言，无论通过保守治疗还是手术治疗方式，运用步态分析评价康复效果是未来发展的趋势，也是患者功能恢复的需要。
参考文献
[1]MichaelJW,Schlüter-BrustKU,EyselP.Theepidemiology,etiology,diagnosis,andtreatmentofosteoarthritisoftheknee[J].DtschArzteblInt,2010,107(9):152-62.
[2]HoyD;MarchL;BrooksP;BlythF;WoolfA;BainC;WilliamsG;SmithE;VosT;BarendregtJ;MurrayC;BursteinR;BuchbinderR.Theglobalburdenofhipandkneeosteoarthritis:estimatesfromtheglobalburdenofdisease2010study.[J].AnnRheumDis,2014,73(7):1323-30.
[3]ChenS,LachJ,LoB,etal.TowardPervasiveGaitAnalysisWithWearableSensors:ASystematicReview[J].IEEEJournalofBiomedical&HealthInformatics,2016,20(6):1521-1537.
[4]BaertIA,JonkersI,StaesF,etal.Gaitcharacteristicsandlowerlimbmusclestrengthinwomenwithearlyandestablishedkneeosteoarthritis.[J].ClinBiochem,2013,28(1):40-47.
[5]BytyqiD,ShabaniB,LustigS,etal.Gaitkneekinematicalterationsinmedialosteoarthritis:threedimensionalassessment.[J].IntOrthop,2014,38(6):1191-1198.
[6]SoleG,PatakyT,SoleCC,etal.Age-relatedplantarcentreofpressuretrajectorychangesduringbarefootwalking.[J].GaitPosture,2017,57:188-192.
[7]SaitoI,OkadaK,NishiT,etal.Footpressurepatternanditscorrelationwithkneerangeofmotionlimitationsforinpidualswithmedialkneeosteoarthritis[J].ArchPhysMedRehab,2013,94(12):2502-8.
[8]ReevesND,BowlingFL.Conservativebiomechanicalstrategiesforkneeosteoarthritis[J].NatRevRheumotol,2011,7(2):113-122.
[9]BirminghamTB,HuntMA,JonesIC,etal.Test-retestreliabilityofthepeakkneeadductionmomentduringwalkinginpatientswithmedialcompartmentkneeosteoarthritis[J].ArthritisRheum,2007,57(6):1012.
[10]TelferS,LangeMJ,AsmS.Factorsinfluencingkneeadductionmomentmeasurement:Asystematicreviewandmeta-regressionanalysis[J].GaitPosture,2017,58:333-339.
[11]RobonMJ,PerellKL,FangM,etal.Therelationshipbetweenankleplantarflexormusclemomentsandkneecompressiveforcesinsubjectswithandwithoutpain[J].ClinBiochem,2000,15(7):522.
[12]ShullPB,ShultzR,SilderA,etal.Toe-ingaitreducesthefirstpeakkneeadductionmomentinpatientswithmedialcompartmentkneeosteoarthritis[J].JBiochem,2013,46(1):122-128.