膝关节骨性关节炎的步态分析

（一）膝关节骨性关节炎的步态变化机制

步行速度、步频、单肢站立时间和地面垂直反作用力都与膝关节疼痛程度有关。对于疼痛的影响，减少关节负荷比改变关节活动度更有必要。改变与膝关节轴线相关的体重将会改变膝关节外力矩。为了适应这些力矩的减少或改变的力矩就要减少肌肉内部的力矩，以保持平衡和关节稳定性，从而减少了关节上的压力和张力。通过减少摆动末期摆动腿的前伸和（或）增加躯干的前倾，在随后的负重相可以减少负重和单肢站立时期的关节近端矢状面外力矩。改变几乎存在于整个站立相的膝关节近端冠状面的内收和外展力矩的主要机制就是在内外方向移动躯干，这种适应可能比矢状面的改变更显著，因为这些力矩更大并且与负荷曲线图的偏心距产生更有关。为了减少所有平面的力矩，受试者可能会减少节奏，这样就能在特定的时期降低膝关节力矩并减少其加速或减速的数量。

疼痛使特定关节产生外力矩减少的特征性步态。矢状面被动力矩的限制或者冠状面的内外翻力矩的不足也可以使力矩和关节负荷的减少。当关节丧失伸展能力时，步态就会出现屈曲挛缩。这种活动度的丧失也会造成患者步长的减小。

为减少疼痛过度的步态适应会导致肌肉的失用性萎缩。有研究表明：关节疼痛、炎症和渗出可抑制运动单位，这种抑制又进一步加重肌肉力量和速度的丧失并增加疲劳。这些因素的结合导致关节制动，进一步加剧功能的缺失。伴疼痛和功能的下降，患者大腿前后肌群的力量、耐力和收缩速度也下降了。因此，股四头肌无力和疲劳是膝关节骨性关节炎（osteoarthritis, OA）患者的常见早期并发症。

（二）膝关节OA的三维步态研究

美国整形外科部生物力学实验室学者Kaufman KR.等在对139名膝关节OA患者步态特点的研究中，将实验对象分为正常组和患病组，运用三维步态分析技术对水平及上下台阶时步速、步态周期变化、膝关节屈伸度和关节力矩变化的研究发现：患病组中体重超标者膝关节负荷明显高于正常组，患者通过改变步态以减小外力矩，从而减少患肢负荷；同时指出通过分析步态变化可制定OA造成运动障碍的量化标准，并可以此评价非手术治疗计划的疗效。Chen CP.等学者在对不同年龄膝关节OA步行中的矢状面负荷反应的研究中，对比老年组、患病组和对照组的各种步态指标时发现：前2组步速较慢、节奏低、步长短、摆动时间长和双肢支撑时间长，同时中立位时足中部承受了更多的负荷。美国德拉瓦大学学者Michael D.等利用步态分析结合表面肌电对比患病组和对照组水平步行时的膝关节运动学和动力学变化，结果显示：膝关节内侧松弛是延缓膝关节内侧面OA患者病情发展的重要手段。美国Rush大学医学院学者D.E.Hurwitz等在《膝关节骨性关节炎患者步态的膝内收力矩与静态立线比影像学分级、摆动期膝关节屈曲角度、疼痛更相关》一文中指出，通过机械轴评价的静态力矩表明了通过膝关节内收力矩评价的关节内面的动力性负荷，说明膝关节动态负荷与OA的临床措施和病情进展更相关。美国Wake Forest 大学的Stephen P. Messier等对老年膝关节OA患者步行时膝关节是否承受更大负荷进行了初步研究，综合分析了下肢髋、膝、踝关节的步态周期中的生物力学情况，研究了膝关节病变时髋踝关节的代偿机制，数据表明患病组与对照组无显著性差异，但却表明有进一步对OA的生物力学机制进行研究的必要。Mundermann A.在对膝关节内侧面OA的继发性改变的研究中，将试验对象分为正常组和患病组，通过三维步态分析技术分别测量其日常步速下的下肢各关节的运动学和动力学指标，得出结论：下肢负荷增加率可能导致膝关节OA的病情进展和膝关节相邻关节的发病，治疗膝关节OA应考虑下肢所有关节的影响。

（三）膝关节OA治疗的三维步态研究

日本大阪大学的学者Hideo Kawakami等对胫骨近端截骨术（HTO）后膝关节动力性负荷轴线轨迹的变化进行研究，对3位膝关节内侧面OA患者HTO术后进行三维步态分析，结果表明：HTO术后膝关节动力性负荷轴线轨迹由关节后内面向关节面中间移动，术后1年内早期站立相负荷轴线的外向移位减少。瑞典学者Borjesson M.等在膝关节OA术后的步态和临床测量的研究中，对比了HTO和UKA两种手术术后的步速、步频、步长和各下肢的单肢与双肢站立相的步态指标，对2种手术的疗效做了客观比较，并指出日常步行速度应推荐用于OA术后评价。

Shrader MW.等对膝关节OA止痛疗法对步态和蹬阶的影响进行研究，对比止痛治疗后膝关节OA组和对照组的步速、步行节奏、最大膝关节内收外力矩和最大髋关节内收外力矩与踝关节外展力矩，结果表明，局部注射止痛药可显著增强步行能力，而对蹬阶能力影响不大。

Pollo FE.等在《外翻支具减少膝关节骨性关节炎内侧面负荷》的研究中，利用三维步态分析方法对11位使用治疗性支具的OA病人进行评价表明，可调外翻支具可有效减少关节内侧面压力，从而减轻疼痛并提高膝关节功能。Hewett曾对18位膝关节内侧面OA患者使用外翻支具，平均每天7h，每周5d，共9周，进行步态分析后显示步行能力明显提高，但使用支具时髋关节内收力矩、膝关节屈伸力矩和踝关节内外旋力矩无明显变化，因此没有足够数据推荐此保守疗法。支具在步行中可以提高髋关节的力矩，但会降低膝关节的力矩。在前向跑动时，支具可减少膝关节屈曲角度和胫骨的旋转角度，但在跑步支撑期时不会影响胫骨内旋。许多学者观察到在负重增加时，支具几乎未起到控制胫骨前移的作用。如前所述，Branch认为，支具不会影响本体感觉，但会减少肌肉做功的速度和强度，并起到机械性的保护作用。