步態分析在慢性踝關節不穩中的應用進展

孫京暢,馬 驍，2

1.內蒙古醫科大學,呼和浩特 010110; 2.中國人民解放軍第九六九醫院骨科,呼和浩特市 010051

踝關節扭傷是最常見的運動損傷[1]。這種損傷往往在經過早期及時的治療后可以獲得較為理想的療效。如果忽視或耽誤了踝關節病變治療的最佳時期，患者踝關節周圍的韌帶及軟組織損傷進一步加重，直至無法維持關節的穩定性，后期往往會發展為慢性踝關節不穩(chronic ankle instability,CAI)[2-4]。研究顯示踝關節疾病常常會影響到患者步態，而步態分析可通過提供運動學參數、生物力學參數和運動中骨骼肌的肌電活動參數的變化，揭示步態異常的關鍵環節及影響因素，從而指導康復評估和治療，也有助于臨床診斷、療效評估及機理研究等[5-6]。

1 步態分析的概念

影像學檢查對于骨骼肌肉運動系統疾病十分重要，其中MRI更是目前常用的軟組織檢查方法，其對于韌帶損傷非常敏感，常被應用于檢查足踝關節的損傷。但傳統的影像學檢查難以觀察患者的動態影像，因而難以對CAI患者的運動能力進行分析，而能夠動態監測患者步態正是步態分析的特點。

步態分析是評定運動器官系統功能的重要內容之一，也是矯形外科及肢體功能康復的重要輔助手段。可用視診、拍攝圖片、三維測力臺、高速攝像機及肌電圖等進行分析。步態分析以一個步態周期進行，即一側下肢足跟著地，到同側下肢足跟再次著地。在進行步態分析時需要注意的時間點有足跟落地、全足底落地、支撐中點、足跟離地前、足尖離地前、膝關節屈曲到最大限度、小腿與地面垂直、下一次足跟著地等[7]，主要分析各瞬間的動作特點，測量髖、膝、踝各關節的角度，由正、側、上三個不同角度分析上體、上肢、骨盆的運動，分析步速、步頻等時間變量，復步長、步長、步寬、趾外展角度等距離變量，主要肌肉活動時肌電圖變化等。

2 步態分析在CAI中的應用

2.1CAI患者的步態改變

2.1.1運動學改變:由于姿勢控制受損，踝關節外側扭傷和CAI患者在行走過程中的運動策略發生了改變。Fraser等[8]比較了急性外側踝關節扭傷、CAI、CAI適應者(coper)和對照組在步態啟動后站立階段的三維多節段踝足運動學。結果發現，與健康對照組相比，扭傷組與CAI組站立期后足內翻均增加。另一項研究中發現[9]，觀察組足關節松弛度增加，初始觸地后腓骨長肌活動延長且增加，很可能在后足更加內翻的情況下保持前足內側與地面接觸的必要補償。關節松弛和腓骨長肌的運動變化可能會導致中足和前足運動策略的不一致，并可能解釋一些實驗中觀察到的變化。由于此類踝損傷可能對后足和前足造成生物力學影響，醫者應檢查損傷后足部和腳踝的所有節段，結合步態評估對多節段足部進行全面的體檢。支撐或綁扎后足等限制步態中內翻運動的干預措施可能有益。受傷后也應考慮對中足進行關節保護，以減輕受傷初期可能出現的異常步態。步態訓練應包括在康復過程早期使用輔助設備和漸進式負荷。拉伸、強化、平衡訓練、足底按摩、后足和中足關節活動等神經運動策略，對糾正后足內翻和外側的足底進展等有效。使用矯形器可進一步防止后足內翻，從而降低外踝扭傷復發的風險。

2.1.2力學改變：在動力學方面，步態分析可通過足底壓力的監測為研究CAI提供一條新途徑。侯宗辰等[10-11]研究了CAI患者平地步行和單足站立的足底壓力特征，發現CAI患者在平地步行時患側足底壓力中心明顯向足外側偏移。單足支撐時，患側前后向及雙側的內外向姿勢控制穩定性均明顯弱于正常人，女性及伴有全身韌帶松弛癥的CAI患者內外向穩定性缺陷更明顯。這些改變或許是造成CAI患者容易反復扭傷的原因，也印證了運動學中的CAI更傾向于踝內翻。此外，他們認為壓力中心偏移速度、邊界時間內外向和前后向標準差3項足底壓力指標對于診斷CAI具有重要價值。該研究在損傷機制、診斷方面給予醫者新的啟發。趙建宇等[12]研究進一步發現，患側足外側在邊緣受力后，壓力轉移的反應速度加快。這表明CAI患者的致傷因素與保護性因素共存，如何糾正致傷機制及機體出于保護目的而出現的代償機制，將是恢復患者正常步態的關鍵。

除足底壓力之外，地面反作用力的分析也為研究人員帶來新發現。Bigouette等[13]對CAI患者跑步時所受垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,vGRF)的變化進行了一項隊列研究。研究發現，與健康對照組相比，CAI組的沖擊力峰值和主動峰力更高，負荷率增加，達到主動峰力的時間縮短。這種改變可能會使CAI患者更容易受到壓力相關的傷害和反復扭傷。Watabe等[14]對于包括CAI、coper和對照組在內的外踝關節扭傷患者單腿著地情況進行了研究，發現CAI組內外側達到穩定的時間顯著長于另外兩組，coper組前后壓力中心穩定時間明顯長于對照組。因此研究者認為coper組更長的前后擺動時間可能是一種保護機制，允許其在快速控制內外擺動和防止踝關節外側扭傷的同時有更大的前后平面自由度。另一項研究表明[15]，coper組通過增加軀干屈曲角度和增加達到 vGRF 最小峰值的時間來有效吸收 vGRF。這些研究可能有助于臨床人員從更多方面對CAI進行干預，如減少負荷率、對患者進行姿勢訓練等，從而預防踝關節外側扭傷的復發。此外，Song等[16]研究表明動力載荷方案下CAI患者較小的靜態背屈活動范圍、較差的功能跳躍測試表現和跳躍生物力學與較大的距骨軟骨變形有關。對于這些力學改變的及早干預將有助于減緩踝關節創傷后骨關節炎的進展，有利于患者的預后。

2.1.3肌肉活動改變：CAI患者的肌肉活動同樣區別于正常人。Moisan等[17]發現站立相的前半段，CAI患者擁有更大的踝關節內翻角度。在站立相的后半段，較大的踝關節外翻力矩和腓骨長肌活動是糾正這種不適步態模式的有效機制，并允許在擺動前階段減弱有缺陷的腳踝運動。因此醫師需更加關注患者站立相前半段的生物力學缺陷并進行糾正。Tajdini等[18]也認為由于受損肢體肌肉活動增加和vGRF成分增加而發生的不對稱是一種代償性步態模式，可能允許患者增加肢體穩定性。然而這種不對稱也可能會增加受傷肢體的腿部關節的負荷，從而潛在地增加再次受傷的風險。治療干預應側重于恢復行走過程中正常的神經肌肉功能，包括恢復vGRF對稱性、減少腓骨長肌不對稱和恢復臀中肌功能。Li等[19]發現，CAI患者在傾斜表面著地前階段踝外翻活動減少。在著地階段，CAI增加的脛骨前肌激活導致踝關節肌肉在矢狀面和冠狀面的共同收縮增加。更大的踝部肌肉協同收縮可以增加著地過程中的踝部穩定性，但可能會對膝部肌肉的激活產生不利影響。增加著地前的腓側肌肉激活，優化股四頭肌與腘繩肌的激活比率等相關的訓練計劃可以幫助CAI患者提高踝關節穩定性并減少著地期間的非典型膝關節負荷。Jeon等[20]也認為CAI患者著地前和著地過程中肌肉激活和地面反作用力的改變可能與復發性踝關節和前交叉韌帶損傷以及關節退行性改變有關。楊緋等[21]發現踝扭傷恢復期患者背屈、跖屈關節活動度和肌力下降,跖屈末端關節僵硬度升高,且與本體感覺相關。踝關節生物力學和本體感覺定量測量將有助于定量指導踝關節康復策略。踝扭傷患者康復需加強關節周圍肌肉力量、背屈和跖屈活動度訓練,尤其要重視跖屈剛度改善,可能有助于本體感覺和運動功能恢復。Hyodo等[22]研究發現踝關節背伸和跖屈的最大伸趾/外展運動中，CAI患者患側小趾外展肌電活動明顯降低。踝跖屈并足趾最大伸展/外展時，患側腓骨長肌活動明顯增強；踝關節背伸時，患側腓骨長肌和脛骨前肌活動明顯增強。在無負荷的情況下，足部內外肌均存在肌肉失衡；而在載荷條件下，沒有觀察到顯著的差異。對此，針對CAI的訓練不應只停留在踝關節及小腿肌肉，足部肌肉的改變同樣應引起重視并進行干預。周莉等[23-24]研究發現CAI患者健側脛前肌和腓骨長肌肌電參數優于患側，還發現量表評分與動態脛前肌和腓骨長肌的肌電圖值有顯著相關性。肌電圖檢查或可與踝關節穩定性量表進行聯合分析，使得踝關節穩定性評價體系更加完善客觀。

2.2CAI治療及效果評價 目前對CAI的研究主要集中在肌肉力量、平衡功能、姿勢穩定性等生物力學機制方面。由于步態分析有助于客觀定量描述CAI患者的步態特征，定量分析踝關節的生物力學變化，因此將其應用于CAI的治療評估具有不可替代的作用。Song等[25]使用便攜式三維步態分析研究了醫學訓練療法治療CAI的效果，并同時對患者踝功能進行評分。在理療師的指導下，進行8周踝抗阻訓練、平衡訓練、運動訓練。然而，治療前后只有支撐期最大背屈角度有顯著差異，表明醫學訓練療法對CAI患者踝功能改善效果有限。盡管如此，這種步態分析聯合踝功能及穩定性評分的方式為今后CAI的治療評價提供了新方案。唐晨曦[26]通過對比CAI患者在肌內效貼處理前后的步速、步幅、步寬和步態變異性等指標,發現受試者的自然步行運動學特征沒有顯著性變化，需進一步檢驗肌內效貼對CAI患者的復雜步行任務的步態運動學是否具有改善作用。Tenenbaum等[27]使用無創生物力學裝置對CAI患者進行12周的擾動訓練后發現，患者的步速、步頻、雙側下肢的步長和有癥狀的肢體單肢支撐均有顯著改善。醫者可利用神經肌肉系統的可塑性，使用擾動訓練等方式增強患者的動態平衡、本體感覺、姿勢穩定性等，改善其神經肌肉控制。Koldenhoven等[28]對CAI患者采用為期4周的視覺步態生物反饋訓練后發現，患者在整個步態周期均顯著降低了踝關節內翻。此外，該方法可減少CAI患者對日常生活活動的恐懼，改善其整體生活質量，故而建議在傳統的康復方案中加入視覺生物反饋的步態訓練。施軼帆等[29]發現McConnell貼布貼扎方法可使CAI患者的足初次觸地前后踝跖屈與內翻的角度減小、步速增快,步態表現得到改善。Yalfani和Raeisi[30]研究顯示，系帶支撐和肌內效貼這兩種預防性支持對CAI患者疲勞前后側著地垂直穩定時間、vGRF峰值和達峰時間沒有積極的影響。需要進一步的研究來區分預防性踝關節支撐對CAI患者的心理和實際影響。

3 小結

踝關節扭傷后關節慢性不穩是足踝外科領域常見的問題。雖然病理基礎為距腓前韌帶、跟腓韌帶損傷后愈合不良，但疾病過程中本體感覺障礙出現的機制、原有足部力線異常(隱匿性高弓足和后足內翻)對疾病發展的作用仍然未知。步態分析通過多種通路、手段進行足踝的功能評估，有望為解決以上問題提供有益的思路。此外，目前的一些研究結果之間存在矛盾，所得結論不全一致甚至不一致。這意味著相關研究需要更多的重復、驗證，實驗流程及條件需要更加規范，非研究變量需要更加嚴格的控制。有關CAI的機體損傷及保護機制是交織混雜的，應在深入研究后對疾病擁有系統的認識，客觀評價各種療法的療效。要得到可靠的結論，仍亟待更多設計嚴謹的高質量研究證據進行循證支撐，注重其內部真實性、外部適用性，通過系統評價對一系列尚不明確的問題進行解答。

步態分析在運動系統方面的應用已經收獲許多成果，且前景廣闊。其對于CAI的理論研究、診斷、治療、療效評價等等方面都具有重要價值。與靜態的普放檢查、磁共振、實驗室檢查相比，動態監測踝關節的步態分析可實時描述正常步行模式，并且可以區分病變時的行走模式[31]。但目前由于設備較為昂貴，步態分析多仍是應用于研究，較難在臨床普遍開展。隨著步態分析技術的發展和推廣，醫者對于運動系統疾病的認識將更加全面、深刻，相應的治療方法也將得到升級，醫療服務將更加精準細致，患者身心遭受的痛苦都將進一步得到緩解。

作者貢獻聲明：孫京暢：資料搜集、文獻檢索、文章撰寫與修改；馬驍：研究指導、論文修改及審校