步态分析在慢性踝关节不稳中的应用进展

孙京畅,马 骁，2

1.内蒙古医科大学,呼和浩特 010110; 2.中国人民解放军第九六九医院骨科,呼和浩特市 010051

踝关节扭伤是最常见的运动损伤[1]。这种损伤往往在经过早期及时的治疗后可以获得较为理想的疗效。如果忽视或耽误了踝关节病变治疗的最佳时期，患者踝关节周围的韧带及软组织损伤进一步加重，直至无法维持关节的稳定性，后期往往会发展为慢性踝关节不稳(chronic ankle instability,CAI)[2-4]。研究显示踝关节疾病常常会影响到患者步态，而步态分析可通过提供运动学参数、生物力学参数和运动中骨骼肌的肌电活动参数的变化，揭示步态异常的关键环节及影响因素，从而指导康复评估和治疗，也有助于临床诊断、疗效评估及机理研究等[5-6]。

1 步态分析的概念

影像学检查对于骨骼肌肉运动系统疾病十分重要，其中MRI更是目前常用的软组织检查方法，其对于韧带损伤非常敏感，常被应用于检查足踝关节的损伤。但传统的影像学检查难以观察患者的动态影像，因而难以对CAI患者的运动能力进行分析，而能够动态监测患者步态正是步态分析的特点。

步态分析是评定运动器官系统功能的重要内容之一，也是矫形外科及肢体功能康复的重要辅助手段。可用视诊、拍摄图片、三维测力台、高速摄像机及肌电图等进行分析。步态分析以一个步态周期进行，即一侧下肢足跟着地，到同侧下肢足跟再次着地。在进行步态分析时需要注意的时间点有足跟落地、全足底落地、支撑中点、足跟离地前、足尖离地前、膝关节屈曲到最大限度、小腿与地面垂直、下一次足跟着地等[7]，主要分析各瞬间的动作特点，测量髋、膝、踝各关节的角度，由正、侧、上三个不同角度分析上体、上肢、骨盆的运动，分析步速、步频等时间变量，复步长、步长、步宽、趾外展角度等距离变量，主要肌肉活动时肌电图变化等。

2 步态分析在CAI中的应用

2.1CAI患者的步态改变

2.1.1运动学改变:由于姿势控制受损，踝关节外侧扭伤和CAI患者在行走过程中的运动策略发生了改变。Fraser等[8]比较了急性外侧踝关节扭伤、CAI、CAI适应者(coper)和对照组在步态启动后站立阶段的三维多节段踝足运动学。结果发现，与健康对照组相比，扭伤组与CAI组站立期后足内翻均增加。另一项研究中发现[9]，观察组足关节松弛度增加，初始触地后腓骨长肌活动延长且增加，很可能在后足更加内翻的情况下保持前足内侧与地面接触的必要补偿。关节松弛和腓骨长肌的运动变化可能会导致中足和前足运动策略的不一致，并可能解释一些实验中观察到的变化。由于此类踝损伤可能对后足和前足造成生物力学影响，医者应检查损伤后足部和脚踝的所有节段，结合步态评估对多节段足部进行全面的体检。支撑或绑扎后足等限制步态中内翻运动的干预措施可能有益。受伤后也应考虑对中足进行关节保护，以减轻受伤初期可能出现的异常步态。步态训练应包括在康复过程早期使用辅助设备和渐进式负荷。拉伸、强化、平衡训练、足底按摩、后足和中足关节活动等神经运动策略，对纠正后足内翻和外侧的足底进展等有效。使用矫形器可进一步防止后足内翻，从而降低外踝扭伤复发的风险。

2.1.2力学改变：在动力学方面，步态分析可通过足底压力的监测为研究CAI提供一条新途径。侯宗辰等[10-11]研究了CAI患者平地步行和单足站立的足底压力特征，发现CAI患者在平地步行时患侧足底压力中心明显向足外侧偏移。单足支撑时，患侧前后向及双侧的内外向姿势控制稳定性均明显弱于正常人，女性及伴有全身韧带松弛症的CAI患者内外向稳定性缺陷更明显。这些改变或许是造成CAI患者容易反复扭伤的原因，也印证了运动学中的CAI更倾向于踝内翻。此外，他们认为压力中心偏移速度、边界时间内外向和前后向标准差3项足底压力指标对于诊断CAI具有重要价值。该研究在损伤机制、诊断方面给予医者新的启发。赵建宇等[12]研究进一步发现，患侧足外侧在边缘受力后，压力转移的反应速度加快。这表明CAI患者的致伤因素与保护性因素共存，如何纠正致伤机制及机体出于保护目的而出现的代偿机制，将是恢复患者正常步态的关键。

除足底压力之外，地面反作用力的分析也为研究人员带来新发现。Bigouette等[13]对CAI患者跑步时所受垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,vGRF)的变化进行了一项队列研究。研究发现，与健康对照组相比，CAI组的冲击力峰值和主动峰力更高，负荷率增加，达到主动峰力的时间缩短。这种改变可能会使CAI患者更容易受到压力相关的伤害和反复扭伤。Watabe等[14]对于包括CAI、coper和对照组在内的外踝关节扭伤患者单腿着地情况进行了研究，发现CAI组内外侧达到稳定的时间显著长于另外两组，coper组前后压力中心稳定时间明显长于对照组。因此研究者认为coper组更长的前后摆动时间可能是一种保护机制，允许其在快速控制内外摆动和防止踝关节外侧扭伤的同时有更大的前后平面自由度。另一项研究表明[15]，coper组通过增加躯干屈曲角度和增加达到 vGRF 最小峰值的时间来有效吸收 vGRF。这些研究可能有助于临床人员从更多方面对CAI进行干预，如减少负荷率、对患者进行姿势训练等，从而预防踝关节外侧扭伤的复发。此外，Song等[16]研究表明动力载荷方案下CAI患者较小的静态背屈活动范围、较差的功能跳跃测试表现和跳跃生物力学与较大的距骨软骨变形有关。对于这些力学改变的及早干预将有助于减缓踝关节创伤后骨关节炎的进展，有利于患者的预后。

2.1.3肌肉活动改变：CAI患者的肌肉活动同样区别于正常人。Moisan等[17]发现站立相的前半段，CAI患者拥有更大的踝关节内翻角度。在站立相的后半段，较大的踝关节外翻力矩和腓骨长肌活动是纠正这种不适步态模式的有效机制，并允许在摆动前阶段减弱有缺陷的脚踝运动。因此医师需更加关注患者站立相前半段的生物力学缺陷并进行纠正。Tajdini等[18]也认为由于受损肢体肌肉活动增加和vGRF成分增加而发生的不对称是一种代偿性步态模式，可能允许患者增加肢体稳定性。然而这种不对称也可能会增加受伤肢体的腿部关节的负荷，从而潜在地增加再次受伤的风险。治疗干预应侧重于恢复行走过程中正常的神经肌肉功能，包括恢复vGRF对称性、减少腓骨长肌不对称和恢复臀中肌功能。Li等[19]发现，CAI患者在倾斜表面着地前阶段踝外翻活动减少。在着地阶段，CAI增加的胫骨前肌激活导致踝关节肌肉在矢状面和冠状面的共同收缩增加。更大的踝部肌肉协同收缩可以增加着地过程中的踝部稳定性，但可能会对膝部肌肉的激活产生不利影响。增加着地前的腓侧肌肉激活，优化股四头肌与腘绳肌的激活比率等相关的训练计划可以帮助CAI患者提高踝关节稳定性并减少着地期间的非典型膝关节负荷。Jeon等[20]也认为CAI患者着地前和着地过程中肌肉激活和地面反作用力的改变可能与复发性踝关节和前交叉韧带损伤以及关节退行性改变有关。杨绯等[21]发现踝扭伤恢复期患者背屈、跖屈关节活动度和肌力下降,跖屈末端关节僵硬度升高,且与本体感觉相关。踝关节生物力学和本体感觉定量测量将有助于定量指导踝关节康复策略。踝扭伤患者康复需加强关节周围肌肉力量、背屈和跖屈活动度训练,尤其要重视跖屈刚度改善,可能有助于本体感觉和运动功能恢复。Hyodo等[22]研究发现踝关节背伸和跖屈的最大伸趾/外展运动中，CAI患者患侧小趾外展肌电活动明显降低。踝跖屈并足趾最大伸展/外展时，患侧腓骨长肌活动明显增强；踝关节背伸时，患侧腓骨长肌和胫骨前肌活动明显增强。在无负荷的情况下，足部内外肌均存在肌肉失衡；而在载荷条件下，没有观察到显著的差异。对此，针对CAI的训练不应只停留在踝关节及小腿肌肉，足部肌肉的改变同样应引起重视并进行干预。周莉等[23-24]研究发现CAI患者健侧胫前肌和腓骨长肌肌电参数优于患侧，还发现量表评分与动态胫前肌和腓骨长肌的肌电图值有显著相关性。肌电图检查或可与踝关节稳定性量表进行联合分析，使得踝关节稳定性评价体系更加完善客观。

2.2CAI治疗及效果评价 目前对CAI的研究主要集中在肌肉力量、平衡功能、姿势稳定性等生物力学机制方面。由于步态分析有助于客观定量描述CAI患者的步态特征，定量分析踝关节的生物力学变化，因此将其应用于CAI的治疗评估具有不可替代的作用。Song等[25]使用便携式三维步态分析研究了医学训练疗法治疗CAI的效果，并同时对患者踝功能进行评分。在理疗师的指导下，进行8周踝抗阻训练、平衡训练、运动训练。然而，治疗前后只有支撑期最大背屈角度有显著差异，表明医学训练疗法对CAI患者踝功能改善效果有限。尽管如此，这种步态分析联合踝功能及稳定性评分的方式为今后CAI的治疗评价提供了新方案。唐晨曦[26]通过对比CAI患者在肌内效贴处理前后的步速、步幅、步宽和步态变异性等指标,发现受试者的自然步行运动学特征没有显著性变化，需进一步检验肌内效贴对CAI患者的复杂步行任务的步态运动学是否具有改善作用。Tenenbaum等[27]使用无创生物力学装置对CAI患者进行12周的扰动训练后发现，患者的步速、步频、双侧下肢的步长和有症状的肢体单肢支撑均有显著改善。医者可利用神经肌肉系统的可塑性，使用扰动训练等方式增强患者的动态平衡、本体感觉、姿势稳定性等，改善其神经肌肉控制。Koldenhoven等[28]对CAI患者采用为期4周的视觉步态生物反馈训练后发现，患者在整个步态周期均显著降低了踝关节内翻。此外，该方法可减少CAI患者对日常生活活动的恐惧，改善其整体生活质量，故而建议在传统的康复方案中加入视觉生物反馈的步态训练。施轶帆等[29]发现McConnell贴布贴扎方法可使CAI患者的足初次触地前后踝跖屈与内翻的角度减小、步速增快,步态表现得到改善。Yalfani和Raeisi[30]研究显示，系带支撑和肌内效贴这两种预防性支持对CAI患者疲劳前后侧着地垂直稳定时间、vGRF峰值和达峰时间没有积极的影响。需要进一步的研究来区分预防性踝关节支撑对CAI患者的心理和实际影响。

3 小结

踝关节扭伤后关节慢性不稳是足踝外科领域常见的问题。虽然病理基础为距腓前韧带、跟腓韧带损伤后愈合不良，但疾病过程中本体感觉障碍出现的机制、原有足部力线异常(隐匿性高弓足和后足内翻)对疾病发展的作用仍然未知。步态分析通过多种通路、手段进行足踝的功能评估，有望为解决以上问题提供有益的思路。此外，目前的一些研究结果之间存在矛盾，所得结论不全一致甚至不一致。这意味着相关研究需要更多的重复、验证，实验流程及条件需要更加规范，非研究变量需要更加严格的控制。有关CAI的机体损伤及保护机制是交织混杂的，应在深入研究后对疾病拥有系统的认识，客观评价各种疗法的疗效。要得到可靠的结论，仍亟待更多设计严谨的高质量研究证据进行循证支撑，注重其内部真实性、外部适用性，通过系统评价对一系列尚不明确的问题进行解答。

步态分析在运动系统方面的应用已经收获许多成果，且前景广阔。其对于CAI的理论研究、诊断、治疗、疗效评价等等方面都具有重要价值。与静态的普放检查、磁共振、实验室检查相比，动态监测踝关节的步态分析可实时描述正常步行模式，并且可以区分病变时的行走模式[31]。但目前由于设备较为昂贵，步态分析多仍是应用于研究，较难在临床普遍开展。随着步态分析技术的发展和推广，医者对于运动系统疾病的认识将更加全面、深刻，相应的治疗方法也将得到升级，医疗服务将更加精准细致，患者身心遭受的痛苦都将进一步得到缓解。

作者贡献声明：孙京畅：资料搜集、文献检索、文章撰写与修改；马骁：研究指导、论文修改及审校