老年膝骨关节炎患者与不同年龄段健康人步态分析对比研究*

李向毅，张 鹏，王子江，杨 科，李晓东

(长治市第二人民医院关节外科一病区，山西 长治 047300)

膝骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)是由于膝关节软骨和软骨下骨的退行性改变以及继发性骨质增生，引起的关节疼痛、肿胀、畸形，功能障碍和步态异常[1]。KOA的发病与年龄、肥胖、创伤及遗传有关[2]。近年来，随着人口老龄化发展，KOA患者数量逐渐增多[3]。流行病学调查表明，骨关节炎的总患病率为15%，60岁以上人员患病率达50%，而在75岁以上患病率高达80%[4]，我国 KOA 的患病率为 18%，其中有症状的 KOA 影响了约 8.1% 的中国人[5-6]。KOA患者的临床特点主要是疼痛和步态障碍，随着疾病的进展，疼痛和步态障碍会逐渐加重[7]，严重影响患者的生活质量，是致残的主要原因之一。

目前，对于KOA患者的诊断主要依靠病史、临床表现及辅助检查，辅助检查的办法较多，包括X线片、核磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)及关节镜检查，但这些检查具有辐射性或者需要有创性操作等缺点。而步态分析(gait analysis，GA)是综合人体解剖学、生理学与力学相关知识对人体行走功能和状态进行分析的一种生物力学研究方法[8]。由于其无创性、准确性及方便性等优点，近年来广泛应用于骨科领域。因此，本试验利用现代步态分析手段，对健康青年人，健康老年人和KOA老年患者进行对比研究，探讨KOA早期患者的步态特征，为KOA早期患者的诊断提供新的理论依据。

1 资料与方法

1.1临床资料

1.1.1纳入、排除标准 纳入标准参照2018年制定的KOA诊断标准[9]：(1)近1个月内反复的膝关节疼痛；(2)X线片显示关节间隙变窄、软骨下骨硬化和(或)囊性变、关节边缘骨赘形成；(3)年龄≥50岁；(4)晨僵<30 min；(5)活动时有骨摩擦声(感)。满足诊断标准的(1)+(2)或(1)+(4)+(5)或(1)+(3)+(4)+(5)可诊断为KOA。同时根据KOA Kellgren-Lawrence分期标准，膝关节正位和侧位X线片显示为Ⅰ期或Ⅱ期的患者。

排除标准：(1)不符合诊断标准和纳入标准者。(2)合并膝关节扭挫伤或其他外伤者。(3)严重膝内翻或膝外翻的患者，风湿、类风湿及痛风病变的患者。(4)足踝部畸形、疼痛及其他影响正常步行的病变者。(5)合并有严重的内脏病变者、神经系统病变或其他严重代谢异常疾病及骨肿瘤患者。(6)试验前3周接受过免疫抑制剂、肾上腺皮质激素局部或全身治疗者。(7)精神病患者、智力障碍者。(8)根据Kellgren-Lawrence分级标准，膝关节正位和侧位X线片显示为Ⅱ期以上的患者。

1.1.2一般资料 选取2021年1-6月长治市第二人民医院骨科住院的双膝KOA患者20例,其中男5例,女15例，平均年龄(64.1±5.87)岁。健康青年对照组和老年对照组各20例。青年对照组男8例,女12例，平均年龄(28.5±5.6)岁，老年对照组男4例,女16例，平均年龄(66.1±4.2)岁，所有受试者均签署知情同意书。

1.2方法

1.2.1试验设备 GaitWatch三维步态动作捕捉与训练系统，采用无线位置传感器，具有高精度，全自动采集和分析的特点，能满足步态分析、临床报告、步态数据记录等功能。关节角度记录精度：0.1度；记录关节数7个，通讯方式：无线；通讯环境：室内30 m。

1.2.2测试 (1)由同一名医师完成所有操作，首先新建患者病历信息，并绑定传感器，将7个传感器分别绑定在被测人对应的位置(骨盆传感器：骼骨水平线下两横指，骶骨正后方；双侧髋关节传感器：股直肌中部；双侧膝关节传感器：胫骨平台内侧下缘；双侧踝关节传感器：跖趾关节后方，第二至第四跖骨)。(2)被测人于跑步机上步行1 min，预热至平素常规步态。(3)被测人双腿并拢站在起点，点击软件的“设置”，完成初始姿态、步行距离、步行环境等项目的自动校准，点击软件的“开始测试”，待软件出现采集的直线之后，要求被测人开始直线行走12 m。被测者到达终点后，以自然姿态站立，医生待软件采集的数据曲线稳定后，点击“结束测试”并根据软件提示保存采集数据，打印报告。(4)测试结束，返回病房。将病历信息、测试数据输入SPSS24.0软件保存。

1.3观察指标 收集和讨论步态分析的时空参数：步幅、步速、步频、步长偏差、双支撑时间及步态周期等指标。

2 结 果

2.1一般资料 3组之间相比较，性别、身高和体重差异无统计学意义(P>0.05)，但年龄差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

2.2不同组别间时空参数对比结果 老年患病组与老年对照组和青年对照组比较，步行速度、步频较慢，步幅较短，步态周期延长，双支撑相增加(P<0.05)。与青年对照组相比，老年对照组的步行速度、步速、步幅、步态周期及双支撑相均无明显变化(P>0.05)，见表2。3组之间步长偏差无变化(P>0.05)。

表1 受试者一般资料

表2 受试者时空参数比较结果

3 讨 论

KOA是一种退行性骨关节病，好发于老年人。近年来，随着人口老龄化的发展，KOA的发病率逐年增加。KOA常见症状表现为疼痛、肿胀、僵硬、畸形及关节功能障碍，其中疼痛常为主要表现，尤其以上下楼梯、下蹲起立疼痛症状明显。随着疾病的发展，部分患者会有膝关节畸形症状，并导致行走时步态发生变化。KOA的影像学表现主要是膝关节周围骨赘增多和囊性变、关节间隙狭窄以及软骨下骨硬化等，目前对KOA的临床诊断主要依靠患者病史、症状及关节影像学改变。但是膝关节在负重位下X线片与非负重位下X线检查差异较大，因此单纯依靠X线片对KOA患者进行诊断具有局限性和主观性的缺点，并且对于KOA早期的诊断往往表现不明显。因此对于该病的早期诊断尚未统一有效的诊断标准[10]。KOA临床表现主要影响膝关节的功能，最直接表现为患者行走时的步态变化。通过步态分析的一些参数(步速、步频、步长等)对KOA患者进行膝关节功能分级，可以判断膝关节功能、步行的稳定性、流畅性等[11]。SCHEYS等[12]采用步态分析对健康人多项日常活动进行研究，发现步态分析评价指标具有良好的可重复性和可信性。本研究表明，KOA患者步速减慢，步频减小，步幅缩短，双下肢支持期时间延长，支撑期百分比增加。这正好与文献[13-15]的研究结果相一致。在老年对照组和青年对照组之间步态分析时空参数的各项指标差异无统计学意义，说明年龄不是步态差异的主要影响因素。ELBAZ等[16]发现采用步长及步频作为病情分级指标，评估2 911例KOA患者的病情，分析研究证实，步态参数的改变与膝关节疼痛程度有关；而KOA患者的临床表现主要是出现膝关节疼痛，因此患者为了缓解膝关节疼痛往往会表现在行走的步态上，就会表现为速减慢，步频减小，步长缩短，双下肢支撑期时间延长，从而为维持身体平衡和步态稳定。KOA患者为了缓解行走时疼痛，往往通过减少膝关节屈曲程度来加强膝关节伸直力量，并更快地将重量转移至支撑侧，来减轻疼痛和膝关节不稳，从而导致双支撑相延长[17]。由此可见步态分析的时空参数指标为KOA早期患者的诊断标准提供了理论依据。ELBAZ等[16]对2 911例KOA患者进行了步态分析检查，发现步态分析和KOA患者的Kellgren-Lawrence评级有明显相关性，提出基于步态分析对KOA患者的严重程度进行诊断分级，步态分析有助于 KOA 患者严重程度分期。但在本研究中由于样本量较小，同时没有考虑其他因素的影响，从而结果并不能绝对准确而完整的描述不同时期骨关节炎患者的步态。因此，大样本细分期的研究将是未来的努力方向。了解KOA患者不同阶段的步态特征有利于早期诊断和制订治疗方案，同时也可以结合相关影像学检查为早期和中期 KOA 患者的治疗提供指导[18]，但步态分析在临床疗效评价方面的应用还需要进一步的推广和研究。

近年来步态分析广泛应用于骨科领域，除时空参数外，还有运动学参数、运动力学参数及表面肌电改变等参数，在未来的研究中将继续深入研究KOA步态分析的其他相关参数，为KOA的临床诊断，疾病进展及预后疗效提供更加详尽的数据，为临床制订个体化治疗方案及疗效评定提供更多帮助，从而造福更多的患者。