膝內翻人群DIERS-步態分析及其對足踝的生物力學影響

林斌強，曾衛紅，陳 彥，潘政煒，陳孝和，湯麗珠，李長輝,△

（1 福建中醫藥大學附屬第二人民醫院，福建 福州 350003 ；2 福建體育職業技術學院，福建 福州 350003；3 福建中醫藥大學，福建 福州 350122）

膝內翻是臨床上常見的膝關節畸形之一，通常在自然站立位或是兩腿伸直時，表現為雙邊足內踝可相互觸及，但雙膝無法收攏的腿形，且下肢負重力線應位于膝關節中心點內側，同時力線與膝關節中心點距離應達到1.5cm 以上，滿足以上條件即存在膝內翻[1-2]。相對于正常人的膝關節面受力狀態而言，膝關節內翻者的膝關節由于長時間內翻，其體重所產生的壓力往往會集中于膝關節內側關節面上，膝關節內側關節面的應力會加大，關節軟骨間的摩擦力亦增大，從長遠來看，膝關節內側軟骨面的損耗會逐步加劇，進而導致脛骨平臺的凹陷，最終形成骨性關節炎。流行病學研究發現，除去運動員以外的普通人群存在膝內翻概率大約為25%，膝骨關節炎在膝內翻人群中出現的概率是正常人的兩倍[3]。臨床上多伴隨有膝內翻、步態異常以及下肢負荷線的末端是腳踝和腳等情況，在膝骨性關節炎患者中尤其常見。膝內翻會顯著增加腳踝的應力[4]，膝內翻程度越明顯，踝關節的應力越不平衡，日臻形成慢性的關節損傷。故本研究通過借助DⅠERS-步態分析系統對膝內翻人群進行步態檢測，觀察膝內翻人群的步態情況，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 膝內翻組入組標準

1.1.1 膝內翻組納入標準①年齡：40-60 歲；②膝關節內翻畸形[5]：被檢測者采取自然站立位時，雙邊足內踝可相互觸及，兩膝內側面無法完全收攏，并且其間距最小處仍能超過1.5 厘米；③膝關節各方向活動無異常，無明顯疼痛不適感，諸如過伸過屈試驗、抽屜試驗、側方應力試驗、研磨試驗等特殊查體皆為陰性。

1.1.2 膝內翻組排除標準①以往存在膝關節外傷史亦或是手術史；②患有諸如頸、腰椎以及運動系統等影響肢體行走的疾患；③以往存在可能導致實驗結果偏倚的疾患，比如膝骨關節炎、類風濕性關節炎、腫瘤史、感染史等。

1.2 對照組入組標準

1.2.1 對照組納入標準①年齡：40-60 歲；②膝關節外觀無肉眼可見非正常形態，采取自然站立位時，雙邊足內踝相互觸及時，雙膝內側面可收攏（其正常站立時兩膝內側間距小于1.5cm）；③無任何膝關節不適感等癥狀及特殊查體陽性情況。

1.2.2 對照組排除標準①以往存在膝關節外傷史亦或是手術史；②患有諸如頸、腰椎以及運動系統等影響肢體行走的疾患；③以往存在可能導致實驗結果偏倚的疾患，比如膝骨關節炎、類風濕性關節炎、腫瘤史、感染史等。

1.3 一般資料

本研究通過福建中醫藥大學附屬第二人民醫院倫理委員會批準（倫理批號SPHFJPK2020014-02）。通過招募方法于2020 年7 月～2021 年12 月根據入組標準選擇膝內翻者30 名納入膝內翻組和健康志愿者30名納入對照組。2組基線資料在性別、年齡、身高、體重方面比較，差異皆不存在統計學意義（P＞0.05），具有可比性（見表1）。

表1 兩組人群一般資料的比較（f，± s）

表1 兩組人群一般資料的比較（f，± s）

組別膝內翻組對照組樣本量30 30性別男15 13女15 17平均年齡（歲）49.97±5.52 49.93±5.22平均身高（cm）164.83±8.77 162.6±7.79平均體重（kg）68.65±9.99 68.78±9.11

1.4 研究方法

1.4.1 實驗儀器及相關設備DⅠERS 步態分析系統（DⅠERS pedogait 系統）。品牌名稱：DⅠERS；產地：德國；型號：formetric；出產編號：20170923A10 33.

1.4.2 操作方法①準備活動：在DⅠERS pedogait跑臺上，囑受試者以自然放松的狀態勻速緩慢行走大約10 分鐘，讓身體活躍起來，逐漸適應跑臺的速度。 ②受試者赤足在DⅠERS pedogait 跑臺上以自然放松的狀態勻速緩慢行走，待逐步穩定行走狀態后，所顯示的速度就是目標速度，然后進行目標速度狀態下半分鐘的采集，共采集三次，且取其平均值作為最終結果，以提高結果可靠性。本實驗以右側足跟部觸地為起始直至右側足跟部第二次觸地為結尾的過程為一個步態周期，所獲得的測試數據皆是以半分鐘內所采集的所有步態數據基礎上的綜合數值。

1.4.3 采集指標 時間參數：支撐相、承重反應期、單支撐期、擺動前期及步長時間；空間參數：步長、足偏角、步頻及步寬。

1.5 統計學方法

采用SPSS 28.0 軟件進行數據分析。計量資料以均值加減標準差（±s）表示，兩組間均值比較采用兩獨立樣本t/t′檢驗，治療前后比較采用配對t檢驗。無序計數資料以頻數（f）、構成比（P）表示，采用χ2檢驗。兩樣本等級資料比較，采用Ridit分析，由DPS 7.05 進行數據處理。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組人群步態的時間參數 兩組人群在步態時間參數發現，膝內翻組與對照組在左右兩腳步態的支撐相、承重反應期、單支撐期、擺動前期以及步長時間的比較無統計學意義（P＞0.05）。

表2 兩組人群步態的時間參數（± s，n=30）

表2 兩組人群步態的時間參數（± s，n=30）

注：組間比較，*P＞0.05。

指標支撐相（%）承重反應期（%）單支撐期（%）擺動前期（%）擺動相（%）步長時間（s）膝內翻組對照組左腳64.33±2.40 15.73±1.85 33.86±2.08 15.82±2.03 35.71±2.40 0.57±0.88右腳64.93±2.53 15.95±2.26 34.38±2.18 16.16±2.16 35.07±2.53 0.58±0.83左腳65.37±2.61*16.59±2.22*33.15±2.48*12.69±2.55*34.63±2.61*0.59±0.96*右腳65.71±2.90*16.77±2.04*33.28±2.23*16.72±2.24*33.29±5.99*0.57±0.99*

2.2 兩組人群步態的空間參數 兩組人群在步態的空間參數比較發現，膝內翻組與對照組在左、右步長及步頻的比較不存在統計學意義（P＞0.05），但膝內翻組的步寬比對照組寬，比較存在統計學意義（P＜0.05）；膝內翻組的左、右兩腳的足偏角比對照組大，比較存在統計學意義（P＜0.05）。

表3 兩組人群步態的時間參數（± s，n=30）

表3 兩組人群步態的時間參數（± s，n=30）

注：兩組間比較，*P＞0.05；兩組間相比較，▲P＜0.05。

指標步長（cm）足偏角（°）步頻（次/分鐘）步寬（cm）膝內翻組左腳38.96±9.80 7.73±8.92 108.20±15.21 13.39±1.54右腳38.83±10.50 12.21±7.30對照組左腳40.19±6.98*3.48±9.08▲106.7±16.02*10.43±1.22▲右腳39.93±7.15*7.31±6.85▲

3 討論

通常情況下，在行走時膝關節會承受相當于自身體重2 到4 倍的壓力，而將近三分之二的壓力都由內側間室所承擔[6]。一般情況下，膝關節更容易出現內翻畸形，目前有研究表明膝骨性關節炎患者合并內翻畸形的發病率是合并外翻畸形的10倍[7]。正常情況下肢有一條過髖關節中心和踝關節中心的力線，這條線同時也會穿過膝關節中心點。在膝關節出現內翻狀態的時候，這條力線會移動至膝關節中心點內側，形成膝關節內翻畸形，并導致膝關節內收力矩上升，施加在內側間室的應力隨之變大，下肢生物力線偏移，踝關節結構發生變化。周恩昌等[3]通過有限元分析，分析膝內翻對踝部各關節之間的應力特點所產生的作用，發現膝踝兩個關節的應力接觸面都受到來自膝內翻不同程度的影響，踝部的脛距關節的峰值應力由于膝內翻的作用，導致應力增加，向外位移以及足外翻，這會增加足部內側縱弓的壓力，有繼發性扁平足的風險。丁浩[8]通過腳印法對膝內翻的足底受力接觸面的系統研究分析，得出了足底內側所承受的應力相對于外側更大。故當發生膝內翻時，為了減輕內側間室的應力，從而代償性出現膝外擺步態，從而導致步寬增加，足偏角增大。本研究結果發現，膝內翻人群和健康志愿者在步態支撐相、承重反應期、單支撐期、擺動前期、步長時間、步長和步頻的比較無明顯差異，考慮可能原因為雖然膝內翻組人群膝關節出現內翻畸形，但還沒有膝關節病理性損傷炎癥，并無膝關節疼痛和活動受限，沒有影響其步態周期和跨步運動，故兩組人群在步態支撐相、承重反應期、單支撐期、擺動前期、步長時間、步長和步頻的比較無明顯差異；但膝內翻人群步寬較健康志愿者明顯增寬，且足偏角較健康志愿者增大。

膝內翻影響足踝的結構、應力以及步態的變化，研究表明踝關節的功能也影響膝關節骨關節炎的發展[9]；在步行過程中，踝關節運動是整個步態周期中產生前進動力的重要組成部分。現在社會中，大部分女性都存在長期穿高跟鞋的情況，這可能會導致有限的踝關節背屈和步態變化，從而減少踝關節在步態周期中的運動范圍，從而引起膝關節的受力狀態改變，此外，踝關節疼痛、僵硬等癥狀常預示膝關節炎的發生和加重。膝關節與踝關節相互影響，“膝-踝”關節是人體運動鏈中一組聯動關節。“膝-踝”聯動關節是一整體[10]，具有相對整體性、穩定性和靈活性，踝關節的主要功能是靈活性，膝關節的主要功能是穩定性，各相鄰關節功能是靈活性與穩定性交替主導。人體在行走過程中：膝踝協同運動至關重要，它能保證整條下肢的行走姿態以及其運動的順暢程度，并在運動過程中保持穩定；下肢跟腳的行走姿態有賴于膝踝協同運動的控制，它能減少足部落地時引起的沖擊，而擺動期能保證腳面不與地面發生碰撞。膝內翻后不僅引起膝關節結構力線變化[11]，內側應力增加，加重關節磨損，導致膝關節骨性關節炎發生，也同時影響踝關節的結構力線變化，改變正常步態，步寬增寬，足偏角增大，足底內側受力增加。

故在臨床治療膝內翻型骨關節炎患者時，我們不僅只治療膝關節單關節，矯正膝關節力線，緩解平衡膝關節內側間室的壓力，減少膝關節面的磨損；還需要兼顧踝關節的治療，糾正踝關節力線的變化，改變足底受力情況，調整步態，從“膝-踝”聯動關節整體去治療膝內翻型骨關節炎[12]。