不同外侧楔形矫形鞋垫对内侧间室膝骨性关节炎患者步态的影响

张旻，马峥，江澜，张晗，陈博，郭海玲，陈东煜，赵永芳，詹红生

膝骨关节炎是一种常见的退行性慢性骨关节疾病[1]，尤以内侧间室型膝骨关节炎(Medial Compartment Knee Osteoarthritis,MKOA)最为多见[2]。近年来随着生物力学研究技术的不断成熟和发展，越来越多的学者致力于如何通过生物力学矫正方法来治疗MKOA的研究[3-13]。Sasaki[14]率先发现通过在足底增加一个外侧楔形矫形鞋垫(Lateral wedges,LW)可以纠正MKOA患者静态模式下的膝关节的异常力学分布。近年来有大量的学者致力于研究不同长度、高度以及材质的LW治疗MKOA的临床疗效[15-19]。本研究针对以往国际上采用的传统式LW为原型并加以改进增加了足弓支撑以增加患者在佩戴时的舒适程度，通过三维运动捕捉系统并配合三维测力台分析早期MKOA患者佩戴传统LW与新型LW后下肢运动学，动力学以及时间空间参数的变化差异，在为临床提供精确可靠的生物力学研究参数的同时，也可为将来设计新型的LW提供有价值的参数及理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2012年3月～2012年5月在上海交通大学附属上海市第六人民医院就诊的早期MKOA患者30例，均符合早期MKOA诊断标准[18]。男2例，女28例；年龄(66.3±4.53)岁；身高(1.55±0.07)m，体质量(69.8±5.77)kg；病程(1.33±0.55 )个月。

1.2 方法 30例患者均进行生物力学测试。在测试前进行身高及体质量的测量，随后分别在穿戴2种不同设计的LW以及未佩带任何矫形器3种不同条件下进行生物力学测试。传统LW，足跟处建立楔形鞋外翻角，外翻角度统一设定为5°，新型LW在传统LW的基础上增加足弓支撑。见图1，2。

图1 传统LW 图2 新型LW

1.3 评定标准 受测者在3种不同条件下步行过程中的下肢运动学、动力学及时间空间参数变化。运动学及时间空间参数由Vicon (612,Oxford UK) 三维运动捕捉分析系统进行记录(配有6台红外线高速摄像头)，并由2块Kistler (Kistler 9286B，Alton UK)三维测力台同步进行动力学参数的采集。将44个被动光标按照Cleveland下肢生物力学建模方式放置在受测者的骨性标志上并以双手交叉双脚分开的站姿建立静态模型，所用静态光标包括双侧股骨大转子、股骨内外上髁、内外侧踝、第1，2，5跖骨头、足跟，5组动态Clusters组合光标分别置于双侧大腿、小腿外缘及骨盆。受测者经过多次练习后，以最自然步行速度通过数据采集区域进行运动模型的建立，每种条件下均进行至少10次数据采集，取平均值。实验数据采集并转换为c3d格式后，导入Visual 3D(C-Motion Inc)处理滤波(采用Butterworth低通滤波过滤信号，频率6Hz)。测量指标有：步速、步幅、膝关节内翻力矩(Knee adduction moment,KAM)、膝关节内翻角冲量(Knee adduction angular impulse,KAAI)、踝关节外翻角度、踝关节外翻力矩、地面反作用力(内侧方向)、下肢前进角度(Foot progression angles,FPA)。另外，收集30例患者使用不同矫形器鞋垫后的反馈。

2 结果

30例患者在3种不同条件下步行过程中步速、步幅未见有明显差异，相较于未佩戴矫形器情况下，佩戴2种不同设计的LW后膝关节内侧间室载荷KAM、KAAI均较未佩戴矫形器显著降低(P<0.05)，2种不同的LW之间未见明显差异。然而佩戴传统LW后患者踝关节外翻角度、外翻力矩及地面反作用力内侧方向的分力较其他2种方式明显增加(P<0.05)。而佩戴新型LW后FPA较其它2种方式显著增加(P<0.05)。见表1。

30例患者佩戴不同设计的外侧楔形角矫形鞋垫后的使用反馈显示，佩戴新型设计矫形鞋垫后感觉较好28例、一般1例、无差异1例；佩戴传统设计矫形鞋垫后感觉较好1例、一般28例、无差异1例。佩戴新型设计矫形鞋垫舒适度显著优于佩戴传统设计矫形鞋垫(93.3%、3.3%，P<0.05)。

参数未佩戴任何矫形器佩戴传统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踝关节外翻角度(°)-3.11±0.16-5.01±0.50a-3.22±0.24b踝关节外翻力矩(N·m/kg)0.21±0.020.25±0.02a0.21±0.01b地面反作用力(内侧方向)(BW)0.07±0.010.08±0.01a0.07±0.01bFPA(°)-9.11±0.95-9.54±1.03-12.91±1.12ab

与未佩戴任何矫形器比较，aP<0.05；与佩戴传统LW比较，bP<0.05

3 讨论

大量的研究证实LW可有效地通过降低膝关节内侧间室载荷[13-16,19]，从而缓解MKOA患者在运动过程中关节的疼痛。然而研究人员发现在佩戴LW后虽然膝关节的载荷有不同程度的减轻，但患者的踝关节外翻角度及外翻力矩明显增加，有患者在佩戴LW后踝关节产生了不同程度的不适，甚至部分患者因无法忍受踝关节的不适感最后不得不放弃使用此类治疗方案。本研究旨在通过比较早期MKOA患者佩戴改良设计后以及传统LW所产生的下肢生物力学差异探讨新型设计的LW在早期MKOA康复中的应用价值。

本研究结果表明与标准情况相比，佩戴2种不同设计的LW后患者的步速，步幅均无显著性差异。而患者在佩戴两种不同的LW后膝关节冠状面上的载荷(KAM以及KAAI载荷)均明显降低，而两者间未见统计学差异。这一结果表明2种不同的LW对于缓解早期MKOA的关节异常受力均有显著效果，且两者间没有显著差别。此外患者在佩戴传统LW后踝关节外翻角度及扭矩以及地面反作用力内侧方向的分力明显增加，这一结果也与我们先前的研究相一致[19]，这也解释了部分患者在使用传统LW治疗后踝关节产生不适感的原因。然而此次研究发现受测者在佩戴了新型设计的足弓支撑LW后踝关节外翻角度、扭矩及地面反作用力内侧方向分力并没有显著增加，而踝关节在水平面的FPA较其他两种情况下明显上升，先前已有研究报道增加步行过程中的FPA可有助于减小KAM[20]。这也部分解释了为什么新型设计的LW可以在踝关节外翻角度及扭矩没有显著增加的情况下依然能够有效的降低KAM，而由于没有明显增加踝关节外翻角度及扭矩，因此可以避免由于长期佩戴传统设计的LW后所致踝关节异常受力所产生的不适，而增加了足弓支撑后的LW也为患者带来了更好的舒适度及使用体验。

本文发现，相较于标准情况，佩戴2种不同设计的LW均有助减轻早期MKOA患者在步行过程中受累关节的载荷，且两者见未见显著差异。但相较于传统的LW，新型设计的足弓支撑LW佩戴后踝关外翻扭矩以及地面反作用力内侧方向的分力未见明显增加，因而不会导致踝关节受力模式的异常，从而避免因长期使用造成的踝关节不适，因而该矫形鞋垫能带给患者更好的使用体验。

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