老年膝骨關節炎患者與不同年齡段健康人步態分析對比研究*

李向毅，張 鵬，王子江，楊 科，李曉東

(長治市第二人民醫院關節外科一病區，山西 長治 047300)

膝骨關節炎(knee osteoarthritis,KOA)是由于膝關節軟骨和軟骨下骨的退行性改變以及繼發性骨質增生，引起的關節疼痛、腫脹、畸形，功能障礙和步態異常[1]。KOA的發病與年齡、肥胖、創傷及遺傳有關[2]。近年來，隨著人口老齡化發展，KOA患者數量逐漸增多[3]。流行病學調查表明，骨關節炎的總患病率為15%，60歲以上人員患病率達50%，而在75歲以上患病率高達80%[4]，我國 KOA 的患病率為 18%，其中有癥狀的 KOA 影響了約 8.1% 的中國人[5-6]。KOA患者的臨床特點主要是疼痛和步態障礙，隨著疾病的進展，疼痛和步態障礙會逐漸加重[7]，嚴重影響患者的生活質量，是致殘的主要原因之一。

目前，對于KOA患者的診斷主要依靠病史、臨床表現及輔助檢查，輔助檢查的辦法較多，包括X線片、核磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)及關節鏡檢查，但這些檢查具有輻射性或者需要有創性操作等缺點。而步態分析(gait analysis，GA)是綜合人體解剖學、生理學與力學相關知識對人體行走功能和狀態進行分析的一種生物力學研究方法[8]。由于其無創性、準確性及方便性等優點，近年來廣泛應用于骨科領域。因此，本試驗利用現代步態分析手段，對健康青年人，健康老年人和KOA老年患者進行對比研究，探討KOA早期患者的步態特征，為KOA早期患者的診斷提供新的理論依據。

1 資料與方法

1.1臨床資料

1.1.1納入、排除標準 納入標準參照2018年制定的KOA診斷標準[9]：(1)近1個月內反復的膝關節疼痛；(2)X線片顯示關節間隙變窄、軟骨下骨硬化和(或)囊性變、關節邊緣骨贅形成；(3)年齡≥50歲；(4)晨僵<30 min；(5)活動時有骨摩擦聲(感)。滿足診斷標準的(1)+(2)或(1)+(4)+(5)或(1)+(3)+(4)+(5)可診斷為KOA。同時根據KOA Kellgren-Lawrence分期標準，膝關節正位和側位X線片顯示為Ⅰ期或Ⅱ期的患者。

排除標準：(1)不符合診斷標準和納入標準者。(2)合并膝關節扭挫傷或其他外傷者。(3)嚴重膝內翻或膝外翻的患者，風濕、類風濕及痛風病變的患者。(4)足踝部畸形、疼痛及其他影響正常步行的病變者。(5)合并有嚴重的內臟病變者、神經系統病變或其他嚴重代謝異常疾病及骨腫瘤患者。(6)試驗前3周接受過免疫抑制劑、腎上腺皮質激素局部或全身治療者。(7)精神病患者、智力障礙者。(8)根據Kellgren-Lawrence分級標準，膝關節正位和側位X線片顯示為Ⅱ期以上的患者。

1.1.2一般資料 選取2021年1-6月長治市第二人民醫院骨科住院的雙膝KOA患者20例,其中男5例,女15例，平均年齡(64.1±5.87)歲。健康青年對照組和老年對照組各20例。青年對照組男8例,女12例，平均年齡(28.5±5.6)歲，老年對照組男4例,女16例，平均年齡(66.1±4.2)歲，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2方法

1.2.1試驗設備 GaitWatch三維步態動作捕捉與訓練系統，采用無線位置傳感器，具有高精度，全自動采集和分析的特點，能滿足步態分析、臨床報告、步態數據記錄等功能。關節角度記錄精度：0.1度；記錄關節數7個，通訊方式：無線；通訊環境：室內30 m。

1.2.2測試 (1)由同一名醫師完成所有操作，首先新建患者病歷信息，并綁定傳感器，將7個傳感器分別綁定在被測人對應的位置(骨盆傳感器：骼骨水平線下兩橫指，骶骨正后方；雙側髖關節傳感器：股直肌中部；雙側膝關節傳感器：脛骨平臺內側下緣；雙側踝關節傳感器：跖趾關節后方，第二至第四跖骨)。(2)被測人于跑步機上步行1 min，預熱至平素常規步態。(3)被測人雙腿并攏站在起點，點擊軟件的“設置”，完成初始姿態、步行距離、步行環境等項目的自動校準，點擊軟件的“開始測試”，待軟件出現采集的直線之后，要求被測人開始直線行走12 m。被測者到達終點后，以自然姿態站立，醫生待軟件采集的數據曲線穩定后，點擊“結束測試”并根據軟件提示保存采集數據，打印報告。(4)測試結束，返回病房。將病歷信息、測試數據輸入SPSS24.0軟件保存。

1.3觀察指標 收集和討論步態分析的時空參數：步幅、步速、步頻、步長偏差、雙支撐時間及步態周期等指標。

2 結 果

2.1一般資料 3組之間相比較，性別、身高和體重差異無統計學意義(P>0.05)，但年齡差異有統計學意義(P<0.05)，見表1。

2.2不同組別間時空參數對比結果 老年患病組與老年對照組和青年對照組比較，步行速度、步頻較慢，步幅較短，步態周期延長，雙支撐相增加(P<0.05)。與青年對照組相比，老年對照組的步行速度、步速、步幅、步態周期及雙支撐相均無明顯變化(P>0.05)，見表2。3組之間步長偏差無變化(P>0.05)。

表1 受試者一般資料

表2 受試者時空參數比較結果

3 討 論

KOA是一種退行性骨關節病，好發于老年人。近年來，隨著人口老齡化的發展，KOA的發病率逐年增加。KOA常見癥狀表現為疼痛、腫脹、僵硬、畸形及關節功能障礙，其中疼痛常為主要表現，尤其以上下樓梯、下蹲起立疼痛癥狀明顯。隨著疾病的發展，部分患者會有膝關節畸形癥狀，并導致行走時步態發生變化。KOA的影像學表現主要是膝關節周圍骨贅增多和囊性變、關節間隙狹窄以及軟骨下骨硬化等，目前對KOA的臨床診斷主要依靠患者病史、癥狀及關節影像學改變。但是膝關節在負重位下X線片與非負重位下X線檢查差異較大，因此單純依靠X線片對KOA患者進行診斷具有局限性和主觀性的缺點，并且對于KOA早期的診斷往往表現不明顯。因此對于該病的早期診斷尚未統一有效的診斷標準[10]。KOA臨床表現主要影響膝關節的功能，最直接表現為患者行走時的步態變化。通過步態分析的一些參數(步速、步頻、步長等)對KOA患者進行膝關節功能分級，可以判斷膝關節功能、步行的穩定性、流暢性等[11]。SCHEYS等[12]采用步態分析對健康人多項日常活動進行研究，發現步態分析評價指標具有良好的可重復性和可信性。本研究表明，KOA患者步速減慢，步頻減小，步幅縮短，雙下肢支持期時間延長，支撐期百分比增加。這正好與文獻[13-15]的研究結果相一致。在老年對照組和青年對照組之間步態分析時空參數的各項指標差異無統計學意義，說明年齡不是步態差異的主要影響因素。ELBAZ等[16]發現采用步長及步頻作為病情分級指標，評估2 911例KOA患者的病情，分析研究證實，步態參數的改變與膝關節疼痛程度有關；而KOA患者的臨床表現主要是出現膝關節疼痛，因此患者為了緩解膝關節疼痛往往會表現在行走的步態上，就會表現為速減慢，步頻減小，步長縮短，雙下肢支撐期時間延長，從而為維持身體平衡和步態穩定。KOA患者為了緩解行走時疼痛，往往通過減少膝關節屈曲程度來加強膝關節伸直力量，并更快地將重量轉移至支撐側，來減輕疼痛和膝關節不穩，從而導致雙支撐相延長[17]。由此可見步態分析的時空參數指標為KOA早期患者的診斷標準提供了理論依據。ELBAZ等[16]對2 911例KOA患者進行了步態分析檢查，發現步態分析和KOA患者的Kellgren-Lawrence評級有明顯相關性，提出基于步態分析對KOA患者的嚴重程度進行診斷分級，步態分析有助于 KOA 患者嚴重程度分期。但在本研究中由于樣本量較小，同時沒有考慮其他因素的影響，從而結果并不能絕對準確而完整的描述不同時期骨關節炎患者的步態。因此，大樣本細分期的研究將是未來的努力方向。了解KOA患者不同階段的步態特征有利于早期診斷和制訂治療方案，同時也可以結合相關影像學檢查為早期和中期 KOA 患者的治療提供指導[18]，但步態分析在臨床療效評價方面的應用還需要進一步的推廣和研究。

近年來步態分析廣泛應用于骨科領域，除時空參數外，還有運動學參數、運動力學參數及表面肌電改變等參數，在未來的研究中將繼續深入研究KOA步態分析的其他相關參數，為KOA的臨床診斷，疾病進展及預后療效提供更加詳盡的數據，為臨床制訂個體化治療方案及療效評定提供更多幫助，從而造福更多的患者。