步態(tài)分析在髖關 節(jié)骨性關節(jié)炎患者中應用的研究概況

盧 斌，徐立巖，柏豪豪，王 穎，孫 磊，田愛現(xiàn)，王 巖，董本超，馬劍雄，馬信龍

據(jù)初步估計，年齡在70歲以上的中老年人群，其骨性關節(jié)炎的患病率高達40%，在各種類型的關節(jié)炎中高居榜首[1]。近年來，我國社會總體的人群老齡化進程加快，骨關節(jié)炎的患病率更是逐年升高[2]。隨著科技發(fā)展，三維步態(tài)分析技術在過去的10年中有了顯著的提高，已經(jīng)成為臨床評估肌肉骨骼疾病的重要工具[3-4]。自我評估問卷是經(jīng)過驗證的下肢骨性關節(jié)炎患者研究的主要工具[5]，膝關節(jié)疼痛指數(shù)[6]等，是對功能障礙進行的主觀評價。步態(tài)分析的主要優(yōu)勢恰與廣泛使用的問卷相反，它的結果測量不僅僅依靠患者報告，同時還根據(jù)測試所得數(shù)據(jù)進行客觀定量評估功能障礙。此外，許多骨性關節(jié)炎患者步態(tài)變量的改變發(fā)生在臨床功能障礙之前[7]，這能為我們早期診斷及預防骨性關節(jié)炎提供了數(shù)據(jù)支持。

1 髖關節(jié)骨性關節(jié)炎

骨關節(jié)炎的相關危險因素比較復雜，主要包括年齡、遺傳因素、肥胖、機械應力刺激和營養(yǎng)代謝異常等[8]。關節(jié)軟骨的退變是骨關節(jié)炎的特征性改變，最后可能出現(xiàn)整個軟骨層的缺失[9]。骨質增生亦是伴隨軟骨改變而出現(xiàn)的重要病變。當進展并出現(xiàn)一定的臨床癥狀時，還會伴隨發(fā)病關節(jié)的滑膜炎[10]。

髖關節(jié)骨性關節(jié)炎常伴有疼痛、僵硬以及功能障礙[11]，其程度取決于關節(jié)結構上的疾病進展和相關癥狀，也取決于對疾病的耐受能力。因此，髖關節(jié)骨性關節(jié)炎治療策略是復雜的，需要對每個患者的現(xiàn)存癥狀以及功能受限有所了解[12]。物理治療是治療骨性關節(jié)炎最佳選擇之一，然而卻沒有統(tǒng)一的意見哪種物理治療是最有效的，并且闡述這些干預措施是怎么影響受損關節(jié)的生物力學的[13]。臨床上通常給予抗炎、鎮(zhèn)痛藥來改善癥狀，然而嚴重的疼痛以及關節(jié)結構的改變可能需要手術干預，如截骨術、髖關節(jié)鏡手術，或疾病后期常采取髖關節(jié)置換[14-15]。

2 步態(tài)分析

2.1 步態(tài)周期時相 步態(tài)是人體步行的行為特征。孫嘉利等[16]認為，流暢的步態(tài)是因為重心能最小限度地定位于骨盆，再加上適宜的關節(jié)運動和適宜的力量，使得身體穩(wěn)定，步行正常。

步行周期指一側下肢完成從足落地到再次落地的時間過程，根據(jù)下肢在步行時的位置，分為支撐相和擺動相。站立相可被分為五個時相，以腳跟初次觸地開始，負重反應期、支撐中期、支撐末期至擺動前期結束。一個有效的步態(tài)需要個體在站立過程中保持穩(wěn)定，在擺動期有合適的足部預定位、足間隙和足夠的步長來保持能量[17]。

2.2 步態(tài)分析及其興起 步態(tài)分析是研究步行規(guī)律的檢測方法，是對人體行走時的肢體關節(jié)活動進行運動學觀察和動力學分析，提供一系列時間、幾何、力學等參數(shù)值和曲線的研究方法。旨在通過生物力學和運動學手段，揭示步態(tài)異常的影響因素，從而協(xié)助臨床診斷、療效評估、機理研究等。步態(tài)分析的研究和應用從19世紀末攝影技術剛興起的時候就開始發(fā)展，迄今已經(jīng)有100多年的歷史，但是真正進入臨床實用階段只有10多年的時間。

2.3 臨床步態(tài)分析 臨床步態(tài)分析研究人走路包括運動質量的衡量，以及找出異常的可能原因并提供治療建議。在進行3D步態(tài)分析時，受試者被要求在約10米長的既定路線來回行走，而運動學和關節(jié)反應動力學的測量則使用3D攝像機和測力板來完成[18-19]。運動學描述的是在行走過程中的運動范圍和形態(tài)。動力學研究的是不可見的作用于人體的力。測量關節(jié)運動時間和分段角速度來計算能量，可分為吸收能（離心收縮）或產(chǎn)出能（向心收縮）。同時可以獲得關于步速、時間和距離的參數(shù)如步速、步長、步幅及下肢支撐時間等[17]。

2.4 步態(tài)分析的應用和局限性 步態(tài)分析能提供關于關節(jié)的旋轉度和力的詳細信息，從而進一步解釋關節(jié)疾病或關節(jié)損傷與因緩解疼痛和致殘畸形而產(chǎn)生的步態(tài)代償之間的關系。但步態(tài)分析的局限性在于數(shù)據(jù)比較存在實驗室不同，以及標志點安放位置不同的差異。然而步態(tài)分析能提供關鍵參數(shù)，用來確認步態(tài)異常，是一種更客觀的評估干預措施效果的方式[17]。

2.5 時空步態(tài)參數(shù)及步速的作用 時空步態(tài)參數(shù)是一種簡單的方法來客觀評估步態(tài)功能障礙和檢查治療進展的臨床手段[20-21]。時間和距離參數(shù)在關節(jié)炎患者是異常的，通常表現(xiàn)為步速、步頻的降低，步幅與步長的減小，雙下肢支撐期延長[24-26]。健康人群中，關節(jié)運動學和關節(jié)動力學受步速影響，如較慢的步速會導致關節(jié)活動度減少和降低關節(jié)反應[27-28]。一般來說，根據(jù)有限的研究，運動學、動力學和步幅參數(shù)數(shù)據(jù)會受到步速和疾病病理的共同影響，所以步速應該在評估過程和下結論時仔細考慮[20,29]。

3 髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者的典型步態(tài)異常

髖關節(jié)骨性關節(jié)炎是一種慢性進行性骨關節(jié)病，其形成過程會導致關節(jié)腫脹、變硬、不穩(wěn)定、骨畸形和肌營養(yǎng)不良，且常伴有疼痛，這些病變嚴重影響日常生活活動和步態(tài)[30]。髖關節(jié)骨性關節(jié)炎會導致關節(jié)結構改變和軟組織僵硬，進而引起關節(jié)活動度減少[31-32,58]。使用3D步態(tài)分析，可以很容易區(qū)別髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者適應性改變后的步態(tài)和健康人步態(tài)模式的不同[19]，包括由于關節(jié)承重能力下降，致使患肢承重能力顯著降低而出現(xiàn)的以支撐相中期時間顯著縮短、健側步長縮短、雙支撐相延長、上身擺動幅度增大、偏向健側為特點的疼痛步態(tài)[22]，以及骨質增生、關節(jié)間隙變化、關節(jié)活動角度受限甚至畸形，迫使患者長期行動不便或臥床?；贾浗M織攣縮而出現(xiàn)的廢用性萎縮，疼痛、功能受限以及某些情況下的關節(jié)畸形，會引起步態(tài)的改變如步速的降低[22-23]。

Kubota等人總結了12名雙側髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者改變了行走速度的步態(tài)特點。數(shù)據(jù)顯示，患者行走步頻加快和踝關節(jié)發(fā)力增加，整個步態(tài)周期保持骨盆前傾，站立時骨盆下沉，步寬減少，髖關節(jié)屈伸和外展角度減小，以及髖部活動減弱[33]。在兩個評估單側髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者步態(tài)的研究中發(fā)現(xiàn)，步態(tài)差異隨著行走速度的增加而變大[34-35]。這種差異可能是由于患者為減輕疼痛而適應性地使肌力減弱導致的[36]。Cichy等人發(fā)現(xiàn)髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者步長有明顯的差異，健側和患側腿地面接觸面積較小，二者相比有明顯統(tǒng)計學差異，髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者的步態(tài)異常，主要見于不對稱的負重和不對稱的步長[37]。

Reininga等人通過三維步態(tài)分析量化髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者的軀干代償運動，發(fā)現(xiàn)髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者骨盆活動范圍比健康人要小，且步速和正常人比起來明顯要慢。在糾正了步速差別后，步長和步頻兩組比起來沒有明顯不同[38]。

4 步態(tài)分析在髖關節(jié)置換術后的應用

4.1 髖關節(jié)置換術后患者的步態(tài)特點 為增強關節(jié)的活動能力，減輕疼痛來改善患者的生活質量，行全髖關節(jié)置換術（total hip arthroplasty，THA）患者的數(shù)目還在不斷增加，并且因髖關節(jié)骨性關節(jié)炎而行關節(jié)置換的患者有年輕化趨勢，他們有更多的活動需求，而且比以往患者整體有更長的壽命預期[39]。盡管THA患者術后功能恢復效果良好，但他們術后1年的步態(tài)和正常人之間仍有差異[40-41]。髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者由于步長減小和髖關節(jié)屈伸及外展受限導致步速減低，并且髖關節(jié)矢狀面上的伸髖角度峰值變小[42]。這些差異都受術前采用的鎮(zhèn)痛策略、對于假體植入后的適應、術后髖外展不足的軀干代償?shù)挠绊慬43-44]。Perron等人認為，髖關節(jié)骨性關節(jié)炎術后1年的步速降低、異常步態(tài)，分別與伸髖肌肌力的減弱和減小髖外展角度有關[45]。甚至年輕髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者，術后10年仍未達到正常步態(tài)運動學水平，這表明術后肌肉萎縮和僵硬都會長期影響患者的步態(tài)運動[46]。

4.2 手術方式及手術入路的選擇 關于不同類型的髖關節(jié)置換之間，沒有發(fā)現(xiàn)明顯步態(tài)優(yōu)劣的證據(jù)[47-48]。Petersen等[48]研究發(fā)現(xiàn)，運用Mallory頭杯和 Exeter 頸假體的傳統(tǒng)全髖置換術和表面置換術相比，在術后 6、12 周時，兩者在步行速率、節(jié)奏、步幅、步長、單腳支撐時間均較術前有明顯改善。而兩者之間比較，除了傳統(tǒng)組髖關節(jié)外展力矩峰值改善更明顯外，其他步態(tài)指標的差異無統(tǒng)計學意義。Mont[47]等人評估了髖關節(jié)表面置換和單側全髖關節(jié)置換患者的髖部運動學和動力學時-空參數(shù)，發(fā)現(xiàn)表面置換的患者步行速度更快（平均1.26 m/s），運動學功能幾乎接近于正常人。Bennett 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，微創(chuàng)手術和傳統(tǒng)方式在術后 2 天、6 周兩個測試時間點，手術側和非手術側下肢的步態(tài)參數(shù)差異無統(tǒng)計學意義。

步態(tài)分析也被用來檢查手術入路對步態(tài)的影響。目前，沒有研究發(fā)現(xiàn)前外側入路和后側入路的任何步態(tài)差別[50-51]。Krych等人比較了微創(chuàng)后側入路和微創(chuàng)雙切口入路髖關節(jié)骨性關節(jié)炎的患者步態(tài)差別，顯示微創(chuàng)后側入路髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者步態(tài)功能較好。然而另一個研究顯示，使用Watson-Jones微創(chuàng)入路和后外側入路相比步態(tài)沒有差別[52-53]。Lugade 等[54]通過比較前側入路切口和前外側入路切口的 THA 手術發(fā)現(xiàn)，雖在術后 16 周 兩種入路都可以降低手術側和非手術側下肢步態(tài)的不對稱性，但在術后 6 周內步態(tài)對稱性的改進上，前側入路切口更有優(yōu)勢。Meneghini 等[55]對 3 種不同的微創(chuàng)THA 手術入路比較發(fā)現(xiàn)，微創(chuàng)雙切口入路、后側入路、前外側入路三者術后 6周與術前相比步態(tài)參數(shù)在各方面均有所改善，但三者間的差異無統(tǒng)計學意義。

5 髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者步態(tài)分析的限制

髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者運動分析變量多種多樣，使不同研究間數(shù)據(jù)整合變得復雜[40,42]。建立一套唯一的步態(tài)分析變量，會使研究者更容易比較和對比不同干預措施的效果。許多在髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者進行的步態(tài)分析實驗，樣本量較小，并且每個患者試驗次數(shù)有限[56-57]。因此，大多數(shù)實驗存在不足，在統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，比較有可能犯II型錯誤（錯誤地判為無差別）。在一些研究中，患者樣本是多樣化的，步態(tài)分析是混合了髖關節(jié)骨性關節(jié)炎患者和髖膝踝手術患者的數(shù)據(jù)。另外，納入標準也是不一致的。

考慮到數(shù)據(jù)的可用性，當研究者進行步態(tài)分析實驗時，應先建立一個樣本數(shù)量估計的計算。此外，大多數(shù)研究只評估運動學參數(shù)，但動力學和肌電圖的數(shù)據(jù)可以挖掘更多運動異常的肌肉活動模式和受力信息[31]。為了更好地對患者的步態(tài)進行分析，建議整合運動學、動力學以及肌電圖的結果，進行綜合分析。同時我們建議，以疾病影像學的嚴重程度作為納入標準，這樣就在可以在步態(tài)分析分組上有更為統(tǒng)一的標準。