強直性脊柱炎步態特征的研究進展

王海燕，王海倫，趙學田

【摘 要】 強直性脊柱炎通過影響脊柱活動能力和身體功能引起步態變化，而步態被廣泛認為是生活質量的決定性因素。長期的步態偏差可能會進一步加重強直性脊柱炎患者的下肢損傷程度。步態分析從生物力學的角度出發，提供運動學、動力學、表面肌電、身體姿勢等相關客觀定量指標，真實反映強直性脊柱炎患者軀干和下肢參數，為了解異常步態的成因、制定手術方案和康復計劃提供臨床依據，降低疾病對患者身體功能、生活質量的影響。

【關鍵詞】 強直性脊柱炎;步態特征;生物力學;研究進展;綜述

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）以慢性疼痛、軀干僵硬、脊柱和骶髂關節受累、脊柱融合為主要臨床癥狀[1-2]。AS在全球各地發病率因種族、性別、環境等因素存在不同差異[3-4]，但對患者的日常生活質量和情感質量均造成不同程度的影響[5]。AS患者脊柱強直往往引發步態異常，周圍關節同時也存在著姿勢和步態的變化[6]。AS患者通常采用代償步態策略克服疼痛和致殘畸形[7]。最新的分析顯示，對AS步態分析的臨床研究較少[8]，但AS的步態特征依然是提升患者生活質量干預途徑的重要臨床信息。AS患者步態的實驗室測量與臨床相結合，可以為手術方案的制定與評估、疾病進展的監測和患者身體功能預測提供客觀信息。

超過20%的AS患者伴有髖關節受累，其中47%～90%的患者伴有雙側髖關節受累[9]。相關研究表明，94.3%的AS患者可觀察到關節間隙變窄[10]。患者的第一主訴多為髖關節疼痛，特別是青少年發病患者。步態分析可以提供有關運動學、動力學參數、肌肉活動、姿勢體態的信息，以進一步描述關節疾病、關節損傷和用于克服疼痛和致殘性畸形的代償步態策略之間的關系。

1 AS患者脊柱和下肢關節運動學特征

既往研究發現，伴有脊柱后凸畸形AS患者的步態速度和步幅有減小的趨勢[11]。大多數患者在行走過程中表現為髖關節過伸和膝關節、踝關節過屈，以保持平衡，避免摔倒[12]。這些趨勢表明，AS患者可能采用更謹慎的步態模式;此外，減慢的步速，加上較短的步幅長度，可能會增加患者行走過程中的疲勞，從而失去遠距離行走的可能。ZHANG等[13]研究表明，髖關節受累的AS患者步態速度較慢，步長較短，步幅較短;髖關節屈曲角度明顯減少，外展和外旋增大;膝關節屈曲增大，踝關節跖屈降低。AS患者在步態周期中軀干前屈、側屈過度和軀干旋轉受限，患者的平衡和協調性受到影響。GUIOTTO等[14]研究表明，AS患者軀干伸展角增加，髖關節平均屈曲角減小，髖關節屈伸運動范圍減小，膝關節屈伸活動度增加。在步態周期中的承重階段，踝關節出現背屈而非跖屈的模式。AS患者下肢運動學改變，部分研究認為，通過影響骶髂關節進一步影響下肢。相對于骶髂關節骨化間接因素對AS患者下肢運動的影響，脊柱強直直接因素的改變對人體步行能力以及平衡穩定能力的影響也不容忽視。葉春平[15]研究表明，AS患者因脊柱強直在擺動相中期出現骨盆下降，踝關節內外翻存在顯著下降，快步走時擺動相早期的骨盆旋轉和髖關節的內外旋存在顯著性差異。該研究表明，雖然脊柱活動受限對下肢部分時相的運動學參數有影響，但總體來說對下肢步態影響不大。故AS患者下肢運動學改變更多的是骶髂關節受累后對下肢運動功能產生影響的結果，而合理的步行速度設定和關節角度的校正是未來研究中需要解決的問題。

2 AS患者脊柱和下肢關節動力學、表面肌電特征

關節力矩、地面反作用力、表面肌電等指標是步態分析中生物力學參數的重要組成部分，動力學分析可綜合反映關節各個平面上的關節負荷。表面肌電圖是一種常用的測量肌肉收縮的電信號工具，是檢測肌肉活動的重要方法，兩者為定量的步態偏差提供有力證據。ZHANG等[13]研究結果提示，在步態周期中AS組患者髖屈曲力矩、外展力矩和外旋力矩明顯減少。AS患者的膝關節屈曲力矩、踝關節力矩大于正常組。AS組股直肌在單腿站立階段和步態擺動期肌電信號波幅的均方根值均高于正常組，AS組臀大肌肌電信號波幅的均方根值（肌肉激活強度）和臀中肌的積分肌電值（肌肉累積激活強度）在步態擺動期高于正常組。髖關節屈肌力量減弱可能是由于AS患者髖關節屈曲受限和髖關節受累所致。隨著時間的推移，患者越來越不能積極地使用屈髖肌，或者由于疼痛而不愿意使用屈髖肌，肌無力和失用性萎縮就會成為并發癥。在步態周期中髖關節外展和外旋肌肉的無力與髖關節內收受限和外旋保護位有關。臀肌和股直肌募集增加的適應性改變也解釋了AS患者更容易疲勞的原因。在步態的站立中期和末期，中外側地面反作用力增加。DE FILIPPIS等[16]研究發現，在步態的站立初期和末期前后側地面反作用力減小。在整個步態周期中脛前肌的激活時間增加，而腓腸內側肌的激活時間延遲。與腓腸內側肌的向心收縮相比，AS患者脛前肌的離心收縮更活躍，這可能是AS患者“選擇”了一種能夠提供更大穩定性但力量有限的步態策略。雖然AS患者下肢動力學和肌肉激活狀態較正常人有所不同，但補償策略的適宜性調整，讓AS患者以一個新的“模式”完成日常功能活動，但長期的力學結構改變會帶來更糟糕的結局。動力學信息和肌肉激活情況雖然在一定程度上提供了下肢受力模式和肌肉募集的信息，但目前的技術手段和相關文獻中并沒有發現可以模擬脊柱受力情況的研究。如何獲取人體脊柱力學分布或應用仿真建模技術，值得繼續探究。

3 AS患者脊柱和下肢平衡與姿勢特征

AS患者的平衡障礙可能是由姿勢改變，肌肉短縮、萎縮，繼發于疾病的關節受累，以及疼痛引起運動受限發展而來。在AS患者中，姿勢變化（包括頸椎屈曲、腰椎前凸、骨盆后旋、髖關節伸展、膝關節屈曲、踝關節跖屈和脊柱后凸畸形），可能會在疾病發展的不同階段影響著平衡功能，其中最明顯的特征是脊柱后凸，導致矢狀面心前后移位，帶來平衡能力的下降[17-19]。此時身體部位會發生一些補償性變化，將重心保持在支撐面的邊界內。AS患者發生脊柱強直時，一般以下肢關節活動代償重心位移[20]。ACAR等[21]相關研究證實，與健康組相比，AS患者靜態姿勢穩定性、穩定性極限、髖關節外展肌力量等均下降。另外，核心肌群肌肉耐力下降也是導致平衡功能降低的另外一個因素[22]。平衡能力下降導致AS患者姿勢控制能力下降，對步態的損害是顯著的。應當在康復方案制定中增加核心肌群的相關訓練以提高AS患者的平衡能力。相關家庭訓練或閉眼訓練[23]對改善AS患者下肢平衡能力效果顯著，對改善患者步態能力、提高生活質量發揮積極作用。

4 臨床意義

在AS疾病進展的過程中，患者的步態能力發生改變，而步態特征可以反映患者的脊柱和下肢各關節生物力學信息。AS患者的步態可能與背部疼痛、脊柱活動障礙、姿勢改變或足部異常有關。步態分析從生物力學角度出發，對AS患者進行功能量化評估，獲取脊柱和下肢各關節客觀數據，在協助制定手術方案、評估手術前后療效、觀察患者疾病進展過程、康復計劃制定等方面均有積極的臨床意義。無論是手術方案的制定，還是康復計劃的實施都離不開精準評估。AS患者的步態信息是精準評估的基石。雖然，目前關于AS步態分析的研究已經開展一部分，但多數集中在簡單的脊柱運動學和下肢生物力學上，較少涉及脊柱的力學研究，可能受限于技術手段和脊柱復雜的力學結構等原因。外周其他關節對步態影響的研究也較少涉及，可能因為外周其他關節并不是導致異常步態的直接原因。但根據步態結果制定手術方案和康復訓練計劃，值得在臨床推廣應用。

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收稿日期：2021-07-06;修回日期：2021-08-04