不同外側楔形矯形鞋墊對內側間室膝骨性關節炎患者步態的影響

張旻，馬崢，江瀾，張晗，陳博，郭海玲，陳東煜，趙永芳，詹紅生

膝骨關節炎是一種常見的退行性慢性骨關節疾病[1]，尤以內側間室型膝骨關節炎(Medial Compartment Knee Osteoarthritis,MKOA)最為多見[2]。近年來隨著生物力學研究技術的不斷成熟和發展，越來越多的學者致力于如何通過生物力學矯正方法來治療MKOA的研究[3-13]。Sasaki[14]率先發現通過在足底增加一個外側楔形矯形鞋墊(Lateral wedges,LW)可以糾正MKOA患者靜態模式下的膝關節的異常力學分布。近年來有大量的學者致力于研究不同長度、高度以及材質的LW治療MKOA的臨床療效[15-19]。本研究針對以往國際上采用的傳統式LW為原型并加以改進增加了足弓支撐以增加患者在佩戴時的舒適程度，通過三維運動捕捉系統并配合三維測力臺分析早期MKOA患者佩戴傳統LW與新型LW后下肢運動學，動力學以及時間空間參數的變化差異，在為臨床提供精確可靠的生物力學研究參數的同時，也可為將來設計新型的LW提供有價值的參數及理論依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2012年3月～2012年5月在上海交通大學附屬上海市第六人民醫院就診的早期MKOA患者30例，均符合早期MKOA診斷標準[18]。男2例，女28例；年齡(66.3±4.53)歲；身高(1.55±0.07)m，體質量(69.8±5.77)kg；病程(1.33±0.55 )個月。

1.2 方法 30例患者均進行生物力學測試。在測試前進行身高及體質量的測量，隨后分別在穿戴2種不同設計的LW以及未佩帶任何矯形器3種不同條件下進行生物力學測試。傳統LW，足跟處建立楔形鞋外翻角，外翻角度統一設定為5°，新型LW在傳統LW的基礎上增加足弓支撐。見圖1，2。

圖1 傳統LW 圖2 新型LW

1.3 評定標準 受測者在3種不同條件下步行過程中的下肢運動學、動力學及時間空間參數變化。運動學及時間空間參數由Vicon (612,Oxford UK) 三維運動捕捉分析系統進行記錄(配有6臺紅外線高速攝像頭)，并由2塊Kistler (Kistler 9286B，Alton UK)三維測力臺同步進行動力學參數的采集。將44個被動光標按照Cleveland下肢生物力學建模方式放置在受測者的骨性標志上并以雙手交叉雙腳分開的站姿建立靜態模型，所用靜態光標包括雙側股骨大轉子、股骨內外上髁、內外側踝、第1，2，5跖骨頭、足跟，5組動態Clusters組合光標分別置于雙側大腿、小腿外緣及骨盆。受測者經過多次練習后，以最自然步行速度通過數據采集區域進行運動模型的建立，每種條件下均進行至少10次數據采集，取平均值。實驗數據采集并轉換為c3d格式后，導入Visual 3D(C-Motion Inc)處理濾波(采用Butterworth低通濾波過濾信號，頻率6Hz)。測量指標有：步速、步幅、膝關節內翻力矩(Knee adduction moment,KAM)、膝關節內翻角沖量(Knee adduction angular impulse,KAAI)、踝關節外翻角度、踝關節外翻力矩、地面反作用力(內側方向)、下肢前進角度(Foot progression angles,FPA)。另外，收集30例患者使用不同矯形器鞋墊后的反饋。

2 結果

30例患者在3種不同條件下步行過程中步速、步幅未見有明顯差異，相較于未佩戴矯形器情況下，佩戴2種不同設計的LW后膝關節內側間室載荷KAM、KAAI均較未佩戴矯形器顯著降低(P<0.05)，2種不同的LW之間未見明顯差異。然而佩戴傳統LW后患者踝關節外翻角度、外翻力矩及地面反作用力內側方向的分力較其他2種方式明顯增加(P<0.05)。而佩戴新型LW后FPA較其它2種方式顯著增加(P<0.05)。見表1。

30例患者佩戴不同設計的外側楔形角矯形鞋墊后的使用反饋顯示，佩戴新型設計矯形鞋墊后感覺較好28例、一般1例、無差異1例；佩戴傳統設計矯形鞋墊后感覺較好1例、一般28例、無差異1例。佩戴新型設計矯形鞋墊舒適度顯著優于佩戴傳統設計矯形鞋墊(93.3%、3.3%，P<0.05)。

參數未佩戴任何矯形器佩戴傳統LW佩戴新型LW步速(m·s)1.02±0.051.02±0.051.02±0.05步幅(m)1.23±0.041.24±0.041.23±0.03KAM(N·m/kg)0.63±0.060.52±0.05a0.54±0.06aKAAI(Nm/kg·s)0.19±0.020.17±0.01a0.17±0.01a踝關節外翻角度(°)-3.11±0.16-5.01±0.50a-3.22±0.24b踝關節外翻力矩(N·m/kg)0.21±0.020.25±0.02a0.21±0.01b地面反作用力(內側方向)(BW)0.07±0.010.08±0.01a0.07±0.01bFPA(°)-9.11±0.95-9.54±1.03-12.91±1.12ab

與未佩戴任何矯形器比較，aP<0.05；與佩戴傳統LW比較，bP<0.05

3 討論

大量的研究證實LW可有效地通過降低膝關節內側間室載荷[13-16,19]，從而緩解MKOA患者在運動過程中關節的疼痛。然而研究人員發現在佩戴LW后雖然膝關節的載荷有不同程度的減輕，但患者的踝關節外翻角度及外翻力矩明顯增加，有患者在佩戴LW后踝關節產生了不同程度的不適，甚至部分患者因無法忍受踝關節的不適感最后不得不放棄使用此類治療方案。本研究旨在通過比較早期MKOA患者佩戴改良設計后以及傳統LW所產生的下肢生物力學差異探討新型設計的LW在早期MKOA康復中的應用價值。

本研究結果表明與標準情況相比，佩戴2種不同設計的LW后患者的步速，步幅均無顯著性差異。而患者在佩戴兩種不同的LW后膝關節冠狀面上的載荷(KAM以及KAAI載荷)均明顯降低，而兩者間未見統計學差異。這一結果表明2種不同的LW對于緩解早期MKOA的關節異常受力均有顯著效果，且兩者間沒有顯著差別。此外患者在佩戴傳統LW后踝關節外翻角度及扭矩以及地面反作用力內側方向的分力明顯增加，這一結果也與我們先前的研究相一致[19]，這也解釋了部分患者在使用傳統LW治療后踝關節產生不適感的原因。然而此次研究發現受測者在佩戴了新型設計的足弓支撐LW后踝關節外翻角度、扭矩及地面反作用力內側方向分力并沒有顯著增加，而踝關節在水平面的FPA較其他兩種情況下明顯上升，先前已有研究報道增加步行過程中的FPA可有助于減小KAM[20]。這也部分解釋了為什么新型設計的LW可以在踝關節外翻角度及扭矩沒有顯著增加的情況下依然能夠有效的降低KAM，而由于沒有明顯增加踝關節外翻角度及扭矩，因此可以避免由于長期佩戴傳統設計的LW后所致踝關節異常受力所產生的不適，而增加了足弓支撐后的LW也為患者帶來了更好的舒適度及使用體驗。

本文發現，相較于標準情況，佩戴2種不同設計的LW均有助減輕早期MKOA患者在步行過程中受累關節的載荷，且兩者見未見顯著差異。但相較于傳統的LW，新型設計的足弓支撐LW佩戴后踝關外翻扭矩以及地面反作用力內側方向的分力未見明顯增加，因而不會導致踝關節受力模式的異常，從而避免因長期使用造成的踝關節不適，因而該矯形鞋墊能帶給患者更好的使用體驗。

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