强直性脊柱炎步态特征的研究进展

王海燕，王海伦，赵学田

【摘 要】 强直性脊柱炎通过影响脊柱活动能力和身体功能引起步态变化，而步态被广泛认为是生活质量的决定性因素。长期的步态偏差可能会进一步加重强直性脊柱炎患者的下肢损伤程度。步态分析从生物力学的角度出发，提供运动学、动力学、表面肌电、身体姿势等相关客观定量指标，真实反映强直性脊柱炎患者躯干和下肢参数，为了解异常步态的成因、制定手术方案和康复计划提供临床依据，降低疾病对患者身体功能、生活质量的影响。

【关键词】 强直性脊柱炎;步态特征;生物力学;研究进展;综述

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）以慢性疼痛、躯干僵硬、脊柱和骶髂关节受累、脊柱融合为主要临床症状[1-2]。AS在全球各地发病率因种族、性别、环境等因素存在不同差异[3-4]，但对患者的日常生活质量和情感质量均造成不同程度的影响[5]。AS患者脊柱强直往往引发步态异常，周围关节同时也存在着姿势和步态的变化[6]。AS患者通常采用代偿步态策略克服疼痛和致残畸形[7]。最新的分析显示，对AS步态分析的临床研究较少[8]，但AS的步态特征依然是提升患者生活质量干预途径的重要临床信息。AS患者步态的实验室测量与临床相结合，可以为手术方案的制定与评估、疾病进展的监测和患者身体功能预测提供客观信息。

超过20%的AS患者伴有髋关节受累，其中47%～90%的患者伴有双侧髋关节受累[9]。相关研究表明，94.3%的AS患者可观察到关节间隙变窄[10]。患者的第一主诉多为髋关节疼痛，特别是青少年发病患者。步态分析可以提供有关运动学、动力学参数、肌肉活动、姿势体态的信息，以进一步描述关节疾病、关节损伤和用于克服疼痛和致残性畸形的代偿步态策略之间的关系。

1 AS患者脊柱和下肢关节运动学特征

既往研究发现，伴有脊柱后凸畸形AS患者的步态速度和步幅有减小的趋势[11]。大多数患者在行走过程中表现为髋关节过伸和膝关节、踝关节过屈，以保持平衡，避免摔倒[12]。这些趋势表明，AS患者可能采用更谨慎的步态模式;此外，减慢的步速，加上较短的步幅长度，可能会增加患者行走过程中的疲劳，从而失去远距离行走的可能。ZHANG等[13]研究表明，髋关节受累的AS患者步态速度较慢，步长较短，步幅较短;髋关节屈曲角度明显减少，外展和外旋增大;膝关节屈曲增大，踝关节跖屈降低。AS患者在步态周期中躯干前屈、侧屈过度和躯干旋转受限，患者的平衡和协调性受到影响。GUIOTTO等[14]研究表明，AS患者躯干伸展角增加，髋关节平均屈曲角减小，髋关节屈伸运动范围减小，膝关节屈伸活动度增加。在步态周期中的承重阶段，踝关节出现背屈而非跖屈的模式。AS患者下肢运动学改变，部分研究认为，通过影响骶髂关节进一步影响下肢。相对于骶髂关节骨化间接因素对AS患者下肢运动的影响，脊柱强直直接因素的改变对人体步行能力以及平衡稳定能力的影响也不容忽视。叶春平[15]研究表明，AS患者因脊柱强直在摆动相中期出现骨盆下降，踝关节内外翻存在显著下降，快步走时摆动相早期的骨盆旋转和髋关节的内外旋存在显著性差异。该研究表明，虽然脊柱活动受限对下肢部分时相的运动学参数有影响，但总体来说对下肢步态影响不大。故AS患者下肢运动学改变更多的是骶髂关节受累后对下肢运动功能产生影响的结果，而合理的步行速度设定和关节角度的校正是未来研究中需要解决的问题。

2 AS患者脊柱和下肢关节动力学、表面肌电特征

关节力矩、地面反作用力、表面肌电等指标是步态分析中生物力学参数的重要组成部分，动力学分析可综合反映关节各个平面上的关节负荷。表面肌电图是一种常用的测量肌肉收缩的电信号工具，是检测肌肉活动的重要方法，两者为定量的步态偏差提供有力证据。ZHANG等[13]研究结果提示，在步态周期中AS组患者髋屈曲力矩、外展力矩和外旋力矩明显减少。AS患者的膝关节屈曲力矩、踝关节力矩大于正常组。AS组股直肌在单腿站立阶段和步态摆动期肌电信号波幅的均方根值均高于正常组，AS组臀大肌肌电信号波幅的均方根值（肌肉激活强度）和臀中肌的积分肌电值（肌肉累积激活强度）在步态摆动期高于正常组。髋关节屈肌力量减弱可能是由于AS患者髋关节屈曲受限和髋关节受累所致。随着时间的推移，患者越来越不能积极地使用屈髋肌，或者由于疼痛而不愿意使用屈髋肌，肌无力和失用性萎缩就会成为并发症。在步态周期中髋关节外展和外旋肌肉的无力与髋关节内收受限和外旋保护位有关。臀肌和股直肌募集增加的适应性改变也解释了AS患者更容易疲劳的原因。在步态的站立中期和末期，中外侧地面反作用力增加。DE FILIPPIS等[16]研究发现，在步态的站立初期和末期前后侧地面反作用力减小。在整个步态周期中胫前肌的激活时间增加，而腓肠内侧肌的激活时间延迟。与腓肠内侧肌的向心收缩相比，AS患者胫前肌的离心收缩更活跃，这可能是AS患者“选择”了一种能够提供更大稳定性但力量有限的步态策略。虽然AS患者下肢动力学和肌肉激活状态较正常人有所不同，但补偿策略的适宜性调整，让AS患者以一个新的“模式”完成日常功能活动，但长期的力学结构改变会带来更糟糕的结局。动力学信息和肌肉激活情况虽然在一定程度上提供了下肢受力模式和肌肉募集的信息，但目前的技术手段和相关文献中并没有发现可以模拟脊柱受力情况的研究。如何获取人体脊柱力学分布或应用仿真建模技术，值得继续探究。

3 AS患者脊柱和下肢平衡与姿势特征

AS患者的平衡障碍可能是由姿势改变，肌肉短缩、萎缩，继发于疾病的关节受累，以及疼痛引起运动受限发展而来。在AS患者中，姿势变化（包括颈椎屈曲、腰椎前凸、骨盆后旋、髋关节伸展、膝关节屈曲、踝关节跖屈和脊柱后凸畸形），可能会在疾病发展的不同阶段影响着平衡功能，其中最明显的特征是脊柱后凸，导致矢状面心前后移位，带来平衡能力的下降[17-19]。此时身体部位会发生一些补偿性变化，将重心保持在支撑面的边界内。AS患者发生脊柱强直时，一般以下肢关节活动代偿重心位移[20]。ACAR等[21]相关研究证实，与健康组相比，AS患者静态姿势稳定性、稳定性极限、髋关节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个因素[22]。平衡能力下降导致AS患者姿势控制能力下降，对步态的损害是显著的。应当在康复方案制定中增加核心肌群的相关训练以提高AS患者的平衡能力。相关家庭训练或闭眼训练[23]对改善AS患者下肢平衡能力效果显著，对改善患者步态能力、提高生活质量发挥积极作用。

4 臨床意义

在AS疾病进展的过程中，患者的步态能力发生改变，而步态特征可以反映患者的脊柱和下肢各关节生物力学信息。AS患者的步态可能与背部疼痛、脊柱活动障碍、姿势改变或足部异常有关。步态分析从生物力学角度出发，对AS患者进行功能量化评估，获取脊柱和下肢各关节客观数据，在协助制定手术方案、评估手术前后疗效、观察患者疾病进展过程、康复计划制定等方面均有积极的临床意义。无论是手术方案的制定，还是康复计划的实施都离不开精准评估。AS患者的步态信息是精准评估的基石。虽然，目前关于AS步态分析的研究已经开展一部分，但多数集中在简单的脊柱运动学和下肢生物力学上，较少涉及脊柱的力学研究，可能受限于技术手段和脊柱复杂的力学结构等原因。外周其他关节对步态影响的研究也较少涉及，可能因为外周其他关节并不是导致异常步态的直接原因。但根据步态结果制定手术方案和康复训练计划，值得在临床推广应用。

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收稿日期：2021-07-06;修回日期：2021-08-04