功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)足底壓力分析

王建國(guó)，唐佳，董繼革，陳亞平

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，北京市 100176；2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院康復(fù)治療中心，北京市 100102；3.天津體育學(xué)院社會(huì)體育與健康科學(xué)學(xué)院，天津市 303617

0 引言

踝關(guān)節(jié)扭傷是日常生活和體育活動(dòng)中都較為常見的一種運(yùn)動(dòng)損傷[1-2]，如果首次扭傷后沒有得到及時(shí)、有效的治療，近80%患者會(huì)再次損傷，其中32%～47%會(huì)逐步發(fā)展為功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(functional ankle instability,FAI)[3]。FAI 主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的踝關(guān)節(jié)失控感、疼痛和腫脹，但沒有明顯的踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)異常[4]。臨床很難客觀、定量地評(píng)估FAI[5]。

足底壓力是指足底受到的壓力或壓強(qiáng)，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，分別代表人體在靜態(tài)站立和動(dòng)態(tài)行走時(shí)的足底壓力或壓強(qiáng)，反映足踝的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性狀態(tài)[6]。足底在站立和行走時(shí)承擔(dān)著人體全部的壓力，人體在做各種運(yùn)動(dòng)所形成的身體姿態(tài)以及全身力量的分布最終都體現(xiàn)在足底壓力中。

足底壓力檢測(cè)能夠客觀定量反映患者在不同狀態(tài)下的足底壓力變化。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)FAI 的足底壓力分布特征缺乏統(tǒng)一共識(shí)，本研究通過對(duì)20 例FAI患者進(jìn)行足底壓力測(cè)試，探討單側(cè)FAI 兩側(cè)足底壓力的整體特征，進(jìn)一步豐富FAI 患者的足底壓力分布特點(diǎn)數(shù)據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2021 年1 月至7 月，選取北京同仁醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科門診符合納入標(biāo)準(zhǔn)的單側(cè)FAI患者20 例，其中男性9 例，女性11 例；平均年齡(30.05±4.68)歲；平均身高(169.70±8.49)cm；平均體質(zhì)量(64.25±14.53)kg。

根據(jù)國(guó)際踝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)提出的慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(chronic ankle instability,CAI)篩選標(biāo)準(zhǔn)[7]，結(jié)合漢化的Cumberland 踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定評(píng)定問卷(Cumberland Ankle Instability Tool,CAIT)[8]，納入標(biāo)準(zhǔn)：①至少有1 次嚴(yán)重的踝關(guān)節(jié)扭傷病史，發(fā)生在量表調(diào)查12 個(gè)月以前，出現(xiàn)疼痛、腫脹等炎癥癥狀，不能正常參與日?；顒?dòng)1 d 以上；②最近1 年內(nèi)單側(cè)踝關(guān)節(jié)發(fā)生失控、扭傷和/或不穩(wěn)感覺2 次及以上；③CAIT 評(píng)分≤27 分；④無機(jī)械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)(前抽屜試驗(yàn)陰性)；⑤簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①下肢發(fā)生過骨折或進(jìn)行過外科手術(shù)；②問卷調(diào)查前1 個(gè)月內(nèi)下肢發(fā)生過扭傷等急性損傷；③患有中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

本研究通過首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院倫理委員會(huì)審批(No.TREC2022-KY043)。

1.2 方法

采用Freestep 足底壓力測(cè)試系統(tǒng)(意大利SENSOR MEDICA S.A.S 公司)采集相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)由1.8 m長(zhǎng)壓力測(cè)試板，兩端各1 m延長(zhǎng)板，USB模塊和分析軟件組成。USB 模塊將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過分析軟件直接獲得測(cè)試指標(biāo)，直觀顯示受試者的足底壓力情況。

1.2.1 動(dòng)態(tài)足底壓力測(cè)試

試驗(yàn)前患者按日常習(xí)慣來回往返在壓力板和延長(zhǎng)板上赤足行走，雙眼目視前方。患者適應(yīng)在壓力板上的行走后開始數(shù)據(jù)采集，記錄連續(xù)3 次往返的行走過程。比較雙側(cè)足底各區(qū)域受力面積、受力負(fù)荷分布比例、最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)、壓力中心連線增量和壓力中心連線占腳印長(zhǎng)度比。

1.2.2 靜態(tài)足底平衡測(cè)試

患者自然站在壓力板中央，雙足自然并攏，雙手自然下垂于體側(cè)，雙眼目視前方，進(jìn)行雙足睜眼站立。睜眼和閉眼狀態(tài)下，健、患側(cè)各單足站立10 s，測(cè)試過程中支撐腿保持穩(wěn)定，對(duì)側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲30°。比較雙足睜眼站立時(shí)健側(cè)和患側(cè)前后足受力面積、負(fù)荷占比及負(fù)荷占體重比；單足站立10 s 內(nèi)時(shí)睜、閉眼狀態(tài)下雙側(cè)球長(zhǎng)度、橢圓面積、平均速度、平均X(橫向移動(dòng)距離)和平均Y(縱向移動(dòng)距離)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析。健、患側(cè)足數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)；偏態(tài)分布則采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

測(cè)量過程中無任何不良事件發(fā)生。

2.1 雙足睜眼站立

雙足睜眼站立時(shí)，患者患側(cè)和健側(cè)前后足受力面積、前后足負(fù)荷占比相比無顯著性差異(P＞0.05)；患側(cè)前足負(fù)荷占體重比小于健側(cè)(P＜0.05)，后足負(fù)荷占體重比大于健側(cè)(P＜0.05)。見表1。

表1 健、患側(cè)雙足睜眼站立指標(biāo)比較

2.2 單足站立

單足睜眼站立時(shí)，兩側(cè)球長(zhǎng)度、橢圓面積、平均速度、平均X 無顯著性差異(P＞0.05)，患側(cè)平均Y 明顯大于健側(cè)(P＜0.01)。

單足閉眼站立時(shí)，兩側(cè)平均X 無顯著性差異(P＞0.05)，患側(cè)球長(zhǎng)度、橢圓面積、平均速度、平均Y 均明顯大于健側(cè)(P＜0.01)。

與睜眼相比，閉眼時(shí)患側(cè)球長(zhǎng)度、平均速度顯著大于睜眼時(shí)(P＜0.001)。見表2。

表2 健、患側(cè)單足睜、閉眼站立指標(biāo)比較

2.3 動(dòng)態(tài)足底壓力

2.3.1 受力面積分布

健側(cè)負(fù)荷最大區(qū)域?yàn)榈?～3 跖骨，其次為第4～5跖骨，最小區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)足弓；患側(cè)受力面積最大區(qū)域?yàn)榈?～3 跖骨，其次為第4～5 跖骨和內(nèi)側(cè)足跟，最小區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)足弓?；紓?cè)內(nèi)側(cè)足跟受力面積大于健側(cè)(P＜0.05)。兩側(cè)其他區(qū)域比較無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

表3 健、患側(cè)動(dòng)態(tài)足底各區(qū)域受力面積 單位：cm2

2.3.2 受力負(fù)荷分布

健側(cè)負(fù)荷最大區(qū)域在為2～3 跖骨，其次為第4～5跖骨，最小區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)足弓；患側(cè)受力負(fù)荷最大區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)足跟，其次為第2～3 跖骨，最小為第2～5 足趾和內(nèi)側(cè)足弓?；紓?cè)內(nèi)側(cè)足跟受力負(fù)荷明顯大于健側(cè)(P＜0.01)。見表4。

表4 兩側(cè)動(dòng)態(tài)足底各區(qū)域受力負(fù)荷 單位：%

2.3.3 前后足以及內(nèi)外側(cè)負(fù)荷分布

患側(cè)前、后足負(fù)荷與健側(cè)有差異(P＜0.05)；兩側(cè)內(nèi)、外側(cè)負(fù)荷均無顯著性差異(P＞0.05)。見表5。

表5 前后足以及內(nèi)外側(cè)負(fù)荷分布 單位：%

2.3.4 最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)

行走中患側(cè)足的最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)顯著小于健側(cè)足(P＜0.001)。見表6。

表6 最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng) 單位：g/cm2

2.3.5 壓力中心連線增量和壓力中心連線占腳印長(zhǎng)度比

患側(cè)壓力中心連線增量及壓力中心連線占腳印長(zhǎng)度比例顯著大于健側(cè)(P＜0.001)。見表7。

表7 壓力中心連線增量與壓力中心連線占腳印長(zhǎng)度比

3 討論

足底壓力的分布可以揭示人體不同狀態(tài)下足底壓力特征，如靜態(tài)站立和動(dòng)態(tài)行走中足的生物力學(xué)特征。踝關(guān)節(jié)的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，都將改變足底壓力的分布。研究不同狀態(tài)下(站立和步行)足底壓力變化，可以分析并獲得足底各部位的受力情況，從而通過調(diào)整步態(tài)來改善踝關(guān)節(jié)的功能。

目前相關(guān)研究多選擇將FAI 患者與健康受試者進(jìn)行比較，如趙建宇等[9]發(fā)現(xiàn)患側(cè)足底壓力中心與健康受試者相比明顯向足外側(cè)偏移；而對(duì)單側(cè)FAI患者健、患側(cè)間差異的配對(duì)研究則相對(duì)較少，如張冉等[10]發(fā)現(xiàn)，與健側(cè)比較，F(xiàn)AI 患者患側(cè)足平均壓力和最大壓力均下降，患側(cè)單足靜態(tài)平衡功能減弱。Tropp[11]對(duì)15 例FAI 患者進(jìn)行等速踝內(nèi)外翻肌力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)患側(cè)外翻力矩小于健側(cè)。在康復(fù)治療過程中，常用健側(cè)的功能狀態(tài)評(píng)價(jià)患側(cè)功能，對(duì)單側(cè)FAI 患者進(jìn)行健、患側(cè)足底壓力的比較分析有積極意義。

3.1 雙足睜眼站立

雙足睜眼站立能客觀反映健、患側(cè)足的負(fù)重情況，比較兩側(cè)足的負(fù)重差距。本研究顯示，相較于健側(cè)，患側(cè)的壓力分布更加不均衡，患側(cè)后足的負(fù)重較健足多。

祁旋[12]指出，兩側(cè)后足壓力差值越大，身體站立穩(wěn)定性越差。健康人足底壓力呈均勻前后左右分布，而FAI 患者患足的不均勻分布提示患側(cè)處于一種相對(duì)平衡到失衡的狀態(tài)中，極易造成扭傷。后足如果長(zhǎng)期承受較高負(fù)荷，踝關(guān)節(jié)的壓力也會(huì)隨之增大，易造成過度使用傷害[13]，這可能是患側(cè)踝關(guān)節(jié)反復(fù)疼痛不適的原因之一。Fallat等[14]認(rèn)為，由于施加的力和支撐的體重，踝關(guān)節(jié)每單位面積承受的重量比任何其他關(guān)節(jié)都多，是導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)易反復(fù)扭傷的外在因素。任啟超[15]通過建模技術(shù)研究10 例志愿者的髖膝踝受力情況，發(fā)現(xiàn)在站立、步行、跑步等日?；顒?dòng)下，踝關(guān)節(jié)的平均受力均大于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，站立和步行時(shí)能達(dá)到4.47 N/kg，而跑步狀態(tài)下甚至能達(dá)到5.43 N/kg。

3.2 單足睜眼與閉眼站立

單足站立的靜態(tài)平衡和姿勢(shì)穩(wěn)定性測(cè)試常用來評(píng)定FAI 患者的運(yùn)動(dòng)感覺功能狀況。睜眼單足站立能夠反映人體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在閉眼狀態(tài)下，沒有視覺參與，身體主要依靠前庭和本體感覺作出反應(yīng)，更能體現(xiàn)人體的平衡控制能力[16]。單腳站立時(shí)間越久，自身穩(wěn)定性就越強(qiáng)[17]。

壓力中心(center of pressure,COP)是通過平均X 和平均Y 定位的。COP 反映單足站立過程中的靜態(tài)穩(wěn)定性[18]，數(shù)值越大穩(wěn)定性越差。李其志[19]認(rèn)為，靜態(tài)站立時(shí)，CAI 患者足底COP 在X 軸方向明顯向外側(cè)位移，而在Y 軸方向上明顯后移。本研究發(fā)現(xiàn)，單足睜眼站立時(shí)，與健側(cè)相比，患側(cè)站立時(shí)COP縱向移動(dòng)距離較大。這表明睜眼時(shí)患側(cè)的前后擺動(dòng)幅度較大，穩(wěn)定性較差。

閉眼單足站立時(shí)，患側(cè)COP 的縱向移動(dòng)距離加大，移動(dòng)速度加快，且球長(zhǎng)度和橢圓面積都大于健側(cè)。這與之前研究一致[20]。移動(dòng)速度越快，患側(cè)難以維持在該支撐面，姿勢(shì)控制能力越差。球長(zhǎng)度和橢圓面積的增加也表明患側(cè)的姿勢(shì)穩(wěn)定性差。重心擺動(dòng)面積能較好地表示受試者的重心偏移情況，得分越高穩(wěn)定性越低[21]。國(guó)外研究也認(rèn)為，CAI 患者患側(cè)支撐時(shí)COP波動(dòng)范圍增大，具體表現(xiàn)在COP標(biāo)準(zhǔn)差和波動(dòng)范圍面積相對(duì)正常組均增加[22]。與健側(cè)相比，患側(cè)單足站立時(shí)，無論睜眼還是閉眼，COP 的移動(dòng)范圍均增加，表明患側(cè)姿勢(shì)控制穩(wěn)定性差，扭傷的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)增高。Pope 等[23]也證明，F(xiàn)AI 患者不論在睜眼還是閉眼情況下，單足站立時(shí)重心擺動(dòng)范圍均增大。

本研究還發(fā)現(xiàn)，與睜眼單足站立相比，閉眼時(shí)的球長(zhǎng)度、平均速度顯著增加。這與一些研究結(jié)果[24]類似，表明閉眼狀態(tài)下，患側(cè)踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性顯著性下降。視覺、前庭覺和本體感覺這三個(gè)感覺要素的輸入是維持平衡的重要環(huán)節(jié)。睜眼狀態(tài)下，本體感覺和視覺輸入起著關(guān)鍵作用；閉眼狀態(tài)時(shí)，前庭系統(tǒng)發(fā)揮主要作用。睜、閉眼兩種條件下，患者足的位置和身體姿勢(shì)并未發(fā)生改變，排除了本體感覺和前庭可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定作用。失去視覺反饋后，COP 的移動(dòng)距離和速度都大幅度增加，人體重心會(huì)出現(xiàn)更大幅度、更迅速的搖晃，提示在康復(fù)過程中應(yīng)針對(duì)性訓(xùn)練閉眼時(shí)的平衡能力，強(qiáng)化患者的本體感覺、前庭功能等，以減少日常活動(dòng)、運(yùn)動(dòng)過程中可能的視覺缺失造成的損傷。也有學(xué)者認(rèn)為，閉眼狀態(tài)下，去除視覺反饋后，人體需要調(diào)整軀干來維持平衡，因此提出還應(yīng)強(qiáng)化FAI患者軀干核心的訓(xùn)練[24]，值得關(guān)注。

3.3 動(dòng)態(tài)步行

本研究顯示，患側(cè)內(nèi)側(cè)足跟受力面積和受力負(fù)荷明顯大于健側(cè)。考慮患者為了維持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，避免疼痛或損傷，采取增大支撐面的策略，即足外旋的支撐方式。這些都是足跟內(nèi)側(cè)壓力增大，外側(cè)壓力減小的可能原因。Gigi 等[25]觀察到，CAI 患者步行過程中支撐面比正常人平均增寬約2.3 cm。足跟落地的瞬間，足外旋使內(nèi)側(cè)足跟的壓力明顯大于健側(cè)，改變整個(gè)下肢的生物力線。正常的COP 力線呈平滑弧線，從足跟移動(dòng)至足外側(cè)又移至足前中部。FAI 患者的動(dòng)態(tài)過程中，最大受力面積為內(nèi)側(cè)足跟，最小受力面積為內(nèi)側(cè)足弓，步態(tài)過程中，與健側(cè)相比，足底壓力線呈外側(cè)偏移的趨勢(shì)。踝失穩(wěn)常發(fā)生于動(dòng)態(tài)失衡時(shí)[26]；而力線的外移，則易使踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的風(fēng)險(xiǎn)增加。國(guó)內(nèi)外研究均發(fā)現(xiàn)，患者整個(gè)足底壓力向外側(cè)偏移[27-31]。

本研究?jī)?nèi)外側(cè)負(fù)荷與健側(cè)相比無明顯變化，這與大多數(shù)研究結(jié)果類似[17,31-32]。但是Willems 等[33]對(duì)CAI患者進(jìn)行足底壓力分析，發(fā)現(xiàn)足外側(cè)壓力小于足內(nèi)側(cè)，可能是患者由于害怕內(nèi)翻扭傷而有意識(shí)的外翻后足。這與患者情況以及所用設(shè)備都有關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)，患側(cè)前后足受力負(fù)荷與健側(cè)相比有明顯差異，以及患側(cè)足的平均壓力和最大壓力均小于健側(cè)足，表明在步行過程中，患側(cè)重心轉(zhuǎn)移沒有健側(cè)充分，患側(cè)的支撐相較短，整體負(fù)重小。國(guó)內(nèi)研究也得到相同結(jié)論[10]。患者在步行過程中更偏向于健側(cè)負(fù)重，下意識(shí)減少患側(cè)負(fù)重，而患側(cè)負(fù)重越少，其功能也會(huì)越來越差，最終形成一個(gè)惡性循環(huán)。

足底壓力中心連線指壓力中心運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度，可反映人體重心移動(dòng)的總距離及晃動(dòng)程度，距離越長(zhǎng)越不穩(wěn)定[10]。本研究顯示，患者行走中患側(cè)踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性較差，患側(cè)的神經(jīng)肌肉控制功能相對(duì)差，導(dǎo)致該側(cè)扭傷概率變大。提示在康復(fù)治療過程中，需要注意重心轉(zhuǎn)移、健患側(cè)負(fù)重、內(nèi)外側(cè)以及前后足負(fù)重等問題。

綜上所述，F(xiàn)AI 患者患側(cè)足底壓力分布與健側(cè)存在差異，雙足站立時(shí)，患側(cè)的負(fù)荷占體重比較健側(cè)更加不均衡；單足站立時(shí)，無論是睜眼還是閉眼，患側(cè)的重心擺動(dòng)范圍均大于健側(cè)，且閉眼時(shí)的穩(wěn)定性較睜眼更差；動(dòng)態(tài)步行時(shí)，壓力分布區(qū)域無明顯差異，但是患側(cè)的內(nèi)側(cè)足跟負(fù)荷明顯大于健側(cè)，使其COP力線相比健側(cè)更偏向外側(cè)。

目前對(duì)于足底壓力的分析是一個(gè)熱點(diǎn)話題，但對(duì)FAI 患者的足底壓力特征的研究仍相對(duì)較少，本次研究對(duì)FAI 的足底壓力特征進(jìn)行一定分析，進(jìn)一步豐富了其分布特征。本研究可為康復(fù)提供一定指導(dǎo)，針對(duì)性對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練，使其足底壓力分布能夠重構(gòu)。本研究樣本量不足，今后可進(jìn)行大樣本量的分析。同時(shí)，在后續(xù)的研究中應(yīng)介入不同方式，對(duì)不同情況進(jìn)行比較，使得研究意義更為豐富。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。