膝内翻人群DIERS-步态分析及其对足踝的生物力学影响

林斌强，曾卫红，陈 彦，潘政炜，陈孝和，汤丽珠，李长辉,△

（1 福建中医药大学附属第二人民医院，福建 福州 350003 ；2 福建体育职业技术学院，福建 福州 350003；3 福建中医药大学，福建 福州 350122）

膝内翻是临床上常见的膝关节畸形之一，通常在自然站立位或是两腿伸直时，表现为双边足内踝可相互触及，但双膝无法收拢的腿形，且下肢负重力线应位于膝关节中心点内侧，同时力线与膝关节中心点距离应达到1.5cm 以上，满足以上条件即存在膝内翻[1-2]。相对于正常人的膝关节面受力状态而言，膝关节内翻者的膝关节由于长时间内翻，其体重所产生的压力往往会集中于膝关节内侧关节面上，膝关节内侧关节面的应力会加大，关节软骨间的摩擦力亦增大，从长远来看，膝关节内侧软骨面的损耗会逐步加剧，进而导致胫骨平台的凹陷，最终形成骨性关节炎。流行病学研究发现，除去运动员以外的普通人群存在膝内翻概率大约为25%，膝骨关节炎在膝内翻人群中出现的概率是正常人的两倍[3]。临床上多伴随有膝内翻、步态异常以及下肢负荷线的末端是脚踝和脚等情况，在膝骨性关节炎患者中尤其常见。膝内翻会显著增加脚踝的应力[4]，膝内翻程度越明显，踝关节的应力越不平衡，日臻形成慢性的关节损伤。故本研究通过借助DⅠERS-步态分析系统对膝内翻人群进行步态检测，观察膝内翻人群的步态情况，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 膝内翻组入组标准

1.1.1 膝内翻组纳入标准①年龄：40-60 岁；②膝关节内翻畸形[5]：被检测者采取自然站立位时，双边足内踝可相互触及，两膝内侧面无法完全收拢，并且其间距最小处仍能超过1.5 厘米；③膝关节各方向活动无异常，无明显疼痛不适感，诸如过伸过屈试验、抽屉试验、侧方应力试验、研磨试验等特殊查体皆为阴性。

1.1.2 膝内翻组排除标准①以往存在膝关节外伤史亦或是手术史；②患有诸如颈、腰椎以及运动系统等影响肢体行走的疾患；③以往存在可能导致实验结果偏倚的疾患，比如膝骨关节炎、类风湿性关节炎、肿瘤史、感染史等。

1.2 对照组入组标准

1.2.1 对照组纳入标准①年龄：40-60 岁；②膝关节外观无肉眼可见非正常形态，采取自然站立位时，双边足内踝相互触及时，双膝内侧面可收拢（其正常站立时两膝内侧间距小于1.5cm）；③无任何膝关节不适感等症状及特殊查体阳性情况。

1.2.2 对照组排除标准①以往存在膝关节外伤史亦或是手术史；②患有诸如颈、腰椎以及运动系统等影响肢体行走的疾患；③以往存在可能导致实验结果偏倚的疾患，比如膝骨关节炎、类风湿性关节炎、肿瘤史、感染史等。

1.3 一般资料

本研究通过福建中医药大学附属第二人民医院伦理委员会批准（伦理批号SPHFJPK2020014-02）。通过招募方法于2020 年7 月～2021 年12 月根据入组标准选择膝内翻者30 名纳入膝内翻组和健康志愿者30名纳入对照组。2组基线资料在性别、年龄、身高、体重方面比较，差异皆不存在统计学意义（P＞0.05），具有可比性（见表1）。

表1 两组人群一般资料的比较（f，± s）

表1 两组人群一般资料的比较（f，± s）

组别膝内翻组对照组样本量30 30性别男15 13女15 17平均年龄（岁）49.97±5.52 49.93±5.22平均身高（cm）164.83±8.77 162.6±7.79平均体重（kg）68.65±9.99 68.78±9.11

1.4 研究方法

1.4.1 实验仪器及相关设备DⅠERS 步态分析系统（DⅠERS pedogait 系统）。品牌名称：DⅠERS；产地：德国；型号：formetric；出产编号：20170923A10 33.

1.4.2 操作方法①准备活动：在DⅠERS pedogait跑台上，嘱受试者以自然放松的状态匀速缓慢行走大约10 分钟，让身体活跃起来，逐渐适应跑台的速度。 ②受试者赤足在DⅠERS pedogait 跑台上以自然放松的状态匀速缓慢行走，待逐步稳定行走状态后，所显示的速度就是目标速度，然后进行目标速度状态下半分钟的采集，共采集三次，且取其平均值作为最终结果，以提高结果可靠性。本实验以右侧足跟部触地为起始直至右侧足跟部第二次触地为结尾的过程为一个步态周期，所获得的测试数据皆是以半分钟内所采集的所有步态数据基础上的综合数值。

1.4.3 采集指标 时间参数：支撑相、承重反应期、单支撑期、摆动前期及步长时间；空间参数：步长、足偏角、步频及步宽。

1.5 统计学方法

采用SPSS 28.0 软件进行数据分析。计量资料以均值加减标准差（±s）表示，两组间均值比较采用两独立样本t/t′检验，治疗前后比较采用配对t检验。无序计数资料以频数（f）、构成比（P）表示，采用χ2检验。两样本等级资料比较，采用Ridit分析，由DPS 7.05 进行数据处理。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组人群步态的时间参数 两组人群在步态时间参数发现，膝内翻组与对照组在左右两脚步态的支撑相、承重反应期、单支撑期、摆动前期以及步长时间的比较无统计学意义（P＞0.05）。

表2 两组人群步态的时间参数（± s，n=30）

表2 两组人群步态的时间参数（± s，n=30）

注：组间比较，*P＞0.05。

指标支撑相（%）承重反应期（%）单支撑期（%）摆动前期（%）摆动相（%）步长时间（s）膝内翻组对照组左脚64.33±2.40 15.73±1.85 33.86±2.08 15.82±2.03 35.71±2.40 0.57±0.88右脚64.93±2.53 15.95±2.26 34.38±2.18 16.16±2.16 35.07±2.53 0.58±0.83左脚65.37±2.61*16.59±2.22*33.15±2.48*12.69±2.55*34.63±2.61*0.59±0.96*右脚65.71±2.90*16.77±2.04*33.28±2.23*16.72±2.24*33.29±5.99*0.57±0.99*

2.2 两组人群步态的空间参数 两组人群在步态的空间参数比较发现，膝内翻组与对照组在左、右步长及步频的比较不存在统计学意义（P＞0.05），但膝内翻组的步宽比对照组宽，比较存在统计学意义（P＜0.05）；膝内翻组的左、右两脚的足偏角比对照组大，比较存在统计学意义（P＜0.05）。

表3 两组人群步态的时间参数（± s，n=30）

表3 两组人群步态的时间参数（± s，n=30）

注：两组间比较，*P＞0.05；两组间相比较，▲P＜0.05。

指标步长（cm）足偏角（°）步频（次/分钟）步宽（cm）膝内翻组左脚38.96±9.80 7.73±8.92 108.20±15.21 13.39±1.54右脚38.83±10.50 12.21±7.30对照组左脚40.19±6.98*3.48±9.08▲106.7±16.02*10.43±1.22▲右脚39.93±7.15*7.31±6.85▲

3 讨论

通常情况下，在行走时膝关节会承受相当于自身体重2 到4 倍的压力，而将近三分之二的压力都由内侧间室所承担[6]。一般情况下，膝关节更容易出现内翻畸形，目前有研究表明膝骨性关节炎患者合并内翻畸形的发病率是合并外翻畸形的10倍[7]。正常情况下肢有一条过髋关节中心和踝关节中心的力线，这条线同时也会穿过膝关节中心点。在膝关节出现内翻状态的时候，这条力线会移动至膝关节中心点内侧，形成膝关节内翻畸形，并导致膝关节内收力矩上升，施加在内侧间室的应力随之变大，下肢生物力线偏移，踝关节结构发生变化。周恩昌等[3]通过有限元分析，分析膝内翻对踝部各关节之间的应力特点所产生的作用，发现膝踝两个关节的应力接触面都受到来自膝内翻不同程度的影响，踝部的胫距关节的峰值应力由于膝内翻的作用，导致应力增加，向外位移以及足外翻，这会增加足部内侧纵弓的压力，有继发性扁平足的风险。丁浩[8]通过脚印法对膝内翻的足底受力接触面的系统研究分析，得出了足底内侧所承受的应力相对于外侧更大。故当发生膝内翻时，为了减轻内侧间室的应力，从而代偿性出现膝外摆步态，从而导致步宽增加，足偏角增大。本研究结果发现，膝内翻人群和健康志愿者在步态支撑相、承重反应期、单支撑期、摆动前期、步长时间、步长和步频的比较无明显差异，考虑可能原因为虽然膝内翻组人群膝关节出现内翻畸形，但还没有膝关节病理性损伤炎症，并无膝关节疼痛和活动受限，没有影响其步态周期和跨步运动，故两组人群在步态支撑相、承重反应期、单支撑期、摆动前期、步长时间、步长和步频的比较无明显差异；但膝内翻人群步宽较健康志愿者明显增宽，且足偏角较健康志愿者增大。

膝内翻影响足踝的结构、应力以及步态的变化，研究表明踝关节的功能也影响膝关节骨关节炎的发展[9]；在步行过程中，踝关节运动是整个步态周期中产生前进动力的重要组成部分。现在社会中，大部分女性都存在长期穿高跟鞋的情况，这可能会导致有限的踝关节背屈和步态变化，从而减少踝关节在步态周期中的运动范围，从而引起膝关节的受力状态改变，此外，踝关节疼痛、僵硬等症状常预示膝关节炎的发生和加重。膝关节与踝关节相互影响，“膝-踝”关节是人体运动链中一组联动关节。“膝-踝”联动关节是一整体[10]，具有相对整体性、稳定性和灵活性，踝关节的主要功能是灵活性，膝关节的主要功能是稳定性，各相邻关节功能是灵活性与稳定性交替主导。人体在行走过程中：膝踝协同运动至关重要，它能保证整条下肢的行走姿态以及其运动的顺畅程度，并在运动过程中保持稳定；下肢跟脚的行走姿态有赖于膝踝协同运动的控制，它能减少足部落地时引起的冲击，而摆动期能保证脚面不与地面发生碰撞。膝内翻后不仅引起膝关节结构力线变化[11]，内侧应力增加，加重关节磨损，导致膝关节骨性关节炎发生，也同时影响踝关节的结构力线变化，改变正常步态，步宽增宽，足偏角增大，足底内侧受力增加。

故在临床治疗膝内翻型骨关节炎患者时，我们不仅只治疗膝关节单关节，矫正膝关节力线，缓解平衡膝关节内侧间室的压力，减少膝关节面的磨损；还需要兼顾踝关节的治疗，纠正踝关节力线的变化，改变足底受力情况，调整步态，从“膝-踝”联动关节整体去治疗膝内翻型骨关节炎[12]。