膝關節(jié)骨關節(jié)炎三維步態(tài)分析研究及其在運動醫(yī)學中的應用
本文關鍵詞:膝關節(jié)骨關節(jié)炎三維步態(tài)分析研究及其在運動醫(yī)學中的應用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
膝關節(jié)骨關節(jié)炎三維步態(tài)分析研究及其在運動醫(yī)學中的應用
李萍美 浙江工業(yè)大學體軍部(杭州310014) 骨性關節(jié)炎(OA)是中老年人群的多發(fā)病和高發(fā)病,
其中又以膝關節(jié)骨性關節(jié)炎(KOA)發(fā)病率最高[¨,其發(fā) 以減tb;q,力矩,從而減少患肢負荷;同時指出通過分析 ’步態(tài)變化可制定OA造成運動障礙的量化標準,并可以 此評價非手術治療計劃的療效。有研究[3]對比老年組、 患病組和對照組的各種步態(tài)指標時發(fā)現(xiàn):前兩組步速較 慢、節(jié)奏低、步長短、擺動時間長和雙肢支撐時間長,
病機理目前尚無定論,國內(nèi)外研究的重點多集中在分子
生物學和細胞生物學領域。而現(xiàn)代三維(three-dimen.
sional)步態(tài)分析系統(tǒng)的出現(xiàn)及應用,為KOA的生物力
學研究提供了先進的研究手段和科學可靠的運動學與動
同時中立位時足中部承受了更多的負荷。還有學眷41利用
步態(tài)分析結(jié)合表面肌電(EMG)對比患病組和對照組水平 步行時的膝關節(jié)運動學和動力學變化,結(jié)果顯示:膝關
力學數(shù)據(jù)。但目前相關研究方向分散,尚無統(tǒng)一評價標 準和操作規(guī)范。本文通過總結(jié)目前國內(nèi)外相關研究狀 況,以探討KOA三維步態(tài)分析的研究方向及其在運動
醫(yī)學中的應用前景。 1三維步態(tài)分析概述 步行是人類行動最主要的方法,也是肢體運動中重 復性最高的一種,神經(jīng)、骨骼、肌肉系統(tǒng)受損或病變?nèi)?/p>
節(jié)內(nèi)側(cè)松弛是延緩膝關節(jié)內(nèi)側(cè)面骨性關節(jié)炎患者病情發(fā)
展的重要手段。 Hurwitz[5]等通過膝關節(jié)內(nèi)收力矩評價關節(jié)內(nèi)側(cè)面的
動力性負荷,說明膝關節(jié)動態(tài)負荷與OA的臨床治療和 病情進展更為相關。Stephen【引等對KOA患者步行時膝
關節(jié)是否承受更大負荷進行了初步研究,綜合分析了下 肢髖、膝、踝關節(jié)的步態(tài)周期中的生物力學情況,研究 了膝關節(jié)病變時髖、踝關節(jié)的代償機制數(shù)據(jù),結(jié)果表明 患病組與對照組無顯著性差異,但卻有進一步對OA的 生物力學機制進行研究的必要。有研究[7]通過三維步態(tài) 分析技術分別測量其日常步速下下肢各關節(jié)的運動學和 動力學指標。得出結(jié)論:下肢負荷增加率可能導致 KOA的病情進展和膝關節(jié)相鄰關節(jié)的發(fā)病,治療KOA
易表現(xiàn)在步態(tài)上。因此,通過探討步態(tài)動作中包括關節(jié)
角度、力矩及功率等運動學與動力學相關變量,可以了
解機體各部位的受力情形,對病因的確認、發(fā)病機制的 研究、治療方法的選定以及療效的評估均有直接的幫助。
上世紀70年代發(fā)展起來的現(xiàn)代步態(tài)分析系統(tǒng)是以 紅外線高速攝影機為主的立體三維動作分析系統(tǒng),配合
計算機高速運算能力和相關分析軟件,以及測力板測得 之地面反作用力,計算出各關節(jié)的運動與受力情形,F(xiàn)
代三維步態(tài)分析系統(tǒng)結(jié)合紅外線高速攝影機、測力板和
應考慮下肢所有關節(jié)的影響。
近來,Deluzid8j等從F一角、膝關節(jié)彎矩、內(nèi)翻力矩 3個可能影響OA進程的生物力學參數(shù)出發(fā),分析了膝
計算機分析使精確測量下肢動態(tài)生物力學指標成為現(xiàn)
實,并且具備操作簡便、無創(chuàng)傷性和數(shù)據(jù)詳實的特點,
為骨科生物力學研究、普通人群的科學健身與KOA患
者的康復療效提供了可靠依據(jù)和工具。 雖然人體之內(nèi)力數(shù)據(jù)仍然無法直接測得,但隨著步
關節(jié)內(nèi)部的應力分布。Lewek等【9j除關注力的參數(shù)外,
還對患者的表面肌電進行了分析。研究發(fā)現(xiàn),股直肌一 腓腸肌共同收縮時相長于對照組。 2.2治療措施與療效評價的研究進展 Kawakami[m等對3位膝關節(jié)內(nèi)側(cè)面OA患者脛骨近 端截骨術(HTO)術后進行三維步態(tài)分析,結(jié)果表明:HTO 術后膝關節(jié)動力性負荷軸線軌跡由關節(jié)后內(nèi)面向關節(jié)面 中間移動,術后一年內(nèi)早期站立相負荷軸線的外向移位
態(tài)分析測量方法的發(fā)展以及各類疾病步態(tài)特征知識的累
積與建立,步態(tài)分析將在骨科生物力學、康復工程與醫(yī) 學工程等領域扮演重要的角色,其未來的發(fā)展也將對這 些領域產(chǎn)生積極的影響。 2膝關節(jié)骨關節(jié)炎的三維步態(tài)分析研究進展
2.1
發(fā)病機制的研究進展
減少。還有學群11】對比了HTO和UKA(單髁置換)兩種
手術術后的步速、步頻、步長和各下肢的單肢與雙肢站 立相的步態(tài)指標,對兩種手術的療效作了客觀比較,并 指出日常步行速度應推薦用于OA術后評價。 有的研究【挖】則對比止痛治療后KOA組和對照組的 步速、步行節(jié)奏、最大膝關節(jié)內(nèi)收外力矩和最大髖關節(jié) 內(nèi)收外力矩與踝關節(jié)外展力矩,結(jié)果表明,局部注射止 痛劑可顯著增強步行能力,而對蹬階能力影響不大。
利用步態(tài)分析對KOA的發(fā)病機制進行研究,是目 前國際相關領域的研究熱點。通過下肢受力來分析膝關
節(jié)動態(tài)負荷變化規(guī)律,有助于KOA患者的康復治療以
及療效評價。
有學者【2】在對139名膝關節(jié)OA患者步態(tài)特點的研 究中,將實驗對象分為正常組和患病組,運用三維步態(tài)
分析技術對水平及上下臺階時步速、步態(tài)周期變化、膝 關節(jié)屈伸度和關節(jié)力矩變化的研究發(fā)現(xiàn):患病組中體重
超標者膝關節(jié)負荷明顯高于正常組,患者通過改變步態(tài)
關于支具的研究b】中,對ll位使用治療性支具的OA 病人進行評價表明,可調(diào)外翻支具可有效減少關節(jié)內(nèi)側(cè)
通訊作者:李萍美,Email:stgx@_,263.net
萬方數(shù)據(jù)
?227?
面壓力。從而減輕疼痛并提高膝關節(jié)功能。Hewett【l卅曾
可行,通過運用步態(tài)分析技術觀察使用治療性支具后步 態(tài)改變。分析膝關節(jié)受力變化,可為支具研制提供量化 標準,為治療效果提供客觀評價,從而為非手術療法的 發(fā)展提供新穎的思路和客觀的量化數(shù)據(jù)。但國外對支具
的研究缺乏使用后患者下肢力線等指標的標準化規(guī)定和
對18位膝關節(jié)內(nèi)側(cè)面骨性關節(jié)炎患者使用外翻支具,
平均每天7小時、每周5天、共9周,進行步態(tài)分析后
顯示步行能力明顯提高,但使用支具時髖關節(jié)內(nèi)收力
矩、膝關節(jié)屈伸力矩和踝關節(jié)內(nèi)外旋力矩無明顯變化,
因此沒有足夠數(shù)據(jù)支持此保守療法。支具在步行中可以 提高髖關節(jié)的力矩,但會降低膝關節(jié)的力矩。在前向跑 動時,支具可減少膝關節(jié)屈曲角度和脛骨的旋轉(zhuǎn)角度,
但在跑步支撐期時不會影響脛骨內(nèi)旋。許多學者觀察到 在負重增加時,支具幾乎未起到控制脛骨前移的作用。 Branchtl5J發(fā)現(xiàn)運動中股四頭肌的活動下降18%,峰值下
髖、踝關節(jié)代償性改變的評價標翟a2-37]。同時還存在對
手術和保守治療效果的評價沒有步態(tài)分析方面研究成果
的狀況。相關研究還需深入。
3.3參與KOA患者健身與康復指導 為減少疼痛而進行的過度的步態(tài)適應會導致肌肉的
廢用性萎縮。有研究表咧,J:關節(jié)疼痛、炎癥和滲出可
抑制運動單位的激活,這種抑制又進一步加重肌肉力量
降14%,伴隨胭繩肌活動下降18%。他認為,支具不 會影響本體感覺,但會減少肌肉做功的速度和強度,并
起到機械保護作用。 Shimada等t16】評估KOA患者穿楔形鞋墊的效果發(fā) 現(xiàn),K—L分級1級中和2級的患者效果顯著,建議早、 中期患者使用楔形鞋墊。另外,還有人對簡易鉸鏈式支 具和外翻矯形支具進行了對比評估【17】。結(jié)果發(fā)現(xiàn):后者
和速度的喪失并增加疲勞。這些因素的結(jié)合導致關節(jié)制
動,進一步加劇功能的缺失。伴隨疼痛和功能的下降, 患者大腿前后肌群的力量、耐力和收縮速度也下降。因 此,股四頭肌無力和疲勞是膝關節(jié)OA患者的早期常見
并發(fā)癥。以上機制造成了KOA患者不同程度的減少了
運動甚至是日;顒,久之導致身體機能的減退而加重 病情,影響運動健身的發(fā)展。因此,引進先進的步態(tài)分 析系統(tǒng)為此人群的運動機能進行準確評估并制定有效的
在緩解疼痛、改善關節(jié)功能、減輕關節(jié)負荷和增加推動
力方面均明顯優(yōu)于前者。 2.3國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)對步態(tài)分析的基礎理論及應用方面的研究 已有報道【18.1引,而對KOA產(chǎn)生機制和臨床應用方面的 研究起步較晚。近年來,有少數(shù)學者開始了相關研究[20,21】。
康復計劃有重要的社會意義。 國內(nèi)有關KOA康復的研究中,步態(tài)分析的應用尚 未見研究性報道,F(xiàn)代步態(tài)分析系統(tǒng)可以測量膝關節(jié)的
運動學與動力學參數(shù),并配備精確數(shù)據(jù)分析軟件。同時
由于研究對象的限制和儀器軟件的不斷發(fā)展,國內(nèi)相關
領域的研究還不夠深入,且與國際水平還有相當?shù)牟?距,尚未引入運動健身領域。
3
可以整合肌力、平衡能力等方面的數(shù)據(jù)分析,因此在
KOA康復中的應用是全方位的。目前步態(tài)分析在功能 評估、支具評價、止痛藥物和手術效果的評價及假肢設
KOA三維步態(tài)分析在運動醫(yī)學中的應用
計等方面的應用越來越廣泛,必將推動KOA康復技術
的發(fā)展。 膝關節(jié)OA的病情不可逆轉(zhuǎn),但通過步態(tài)分析系統(tǒng) 的客觀評價,可以為不同病情的患者選擇恰當?shù)倪\動方
3.1建立步態(tài)分析數(shù)據(jù)庫 KOA病兇復雜,涉及多關節(jié)、多器官病變,同時 其退行性改變的程度存在顯著的性別、年齡以及個體生 理條件等方面的差異。目前,國際上相關研究領域缺乏正
常和患病人群的大樣本膝關節(jié)生物力學數(shù)據(jù)笠塌】,尤其是
不同實驗對象的選取條件下(如年齡、性別、BMI、病情程 度等)KOA的步態(tài)分析數(shù)據(jù)(包括髖、膝、踝關節(jié)的全部
式和運動量。避免廢用性機能損失和錯誤運動方式和方 法的選擇,可提高人們的生活質(zhì)量,從而促進我國運動 健身和醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展。
4參考文獻 [1]曲綿域,于長隆.實用運動醫(yī)學.北京:北京大學醫(yī)學出 版社,2003.500—911. [2]Kaufrnan
istics of KR,Hughes
數(shù)據(jù)),缺乏參照意義。同時各研究單位、研究設備及
參數(shù)分析標準不統(tǒng)一,造成相同研究方法的研究結(jié)果不 同甚至相反的現(xiàn)象,需要對實驗方法進行詳細說明,如
C,Morrey BF,et a1.Gait character-
所用系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集方法和分析軟件等。因此應該
建立~定規(guī)模的步態(tài)分析系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)庫,提供生物力
patiems
with
knee
osteoarthritis.J
Biomeeh,
2001.34(7):907—915.
學量化指標,對步態(tài)分析系統(tǒng)本身的完善和發(fā)展以及相
關科研的可靠性和可行性的提高都有相當價值。
【3]Chen
CP.Sagittal plane loading response during gait in dif-
f毫陽m age groups and in people with knee J Phys
osteoarthr/tis.Am
3.2支具研發(fā)與療效評價
在KOA的治療方面,國際上研究的主流是外科手 術,并已形成較為成熟的治療方案,如HTO、UKA、
Med Rehabil,2003,82(4):307-312.
D.Control of frontal plane knee medial compartmem
[4]Michael
tients
laxity gait in pa-
osteoarthritis.Os-
wit|h
knee
n隊(全膝置換)等。尤其對于中晚期患者,臨床觀察顯
示手術效果顯著,但存在創(chuàng)傷大、造價高、并發(fā)癥多和 康復時間長等不足【30.31]。因此為達到延緩疾病的發(fā)展及 保護關節(jié)功能的治療目的,發(fā)展非手術治療方法很有必
teoarthritis and Cartilage,2004,12:745—751.
[5】Hurwitz DE.The knee adduction momem during gait in sub—
jects
with
knee osteoarthritis is more closely correlated with radiographic disease severity,toe
out
static alignment than
要,尤其是對于中度患者。其中治療性支具的使用切實
angle [6]Stephen PM.Do
and pain,J Orth Res,2002,20:101-107. older adults
wjth knee osteoarthritis place
萬方數(shù)據(jù)
?228?
生國運麴匡堂盤壺2鯉2璽3旦筮墊鲞筮2翅Q些。拥貐裁耍哄壑粒氧。巡:墊。叢Q:至
0n
greater loads Arch Phys
the knee during gait?A preliminary study.
Avon),2005。20(2):209.217.
Med Rehabil,2005,86:703?9.
A.Secondary gait changes in patients with me.
at
[23]Teichtahl AJ,Morris ME,wluka
AE。et a1.A comparison
[7]Mundermann
dial
of gait patterns between the offspring of people with medial tibiofemoral osteoarthritis and normal controls.Clin Exp
compartment knee osteoarthritis:increased load
hip during
the
ankle,knee,and
walking.Arthritis Rheum。
Rheumatol,2003,2l(4):421-423.
2005,52(9):2835.2844.
[24]Al Zahrani
KS,Bakheit
AM.A study of the gait character-
[8]Deluzio KJ,Astephen兒.Biomechanical features of gait
waweform plication data associated of principal with knee osteoarthritis:an analysis.Gait ap—
istics of patients with chronic osteoarthritis of abil
the knee.Dis-
Rehabil。2002。24(5):275-280.
J,Edmonds
component
Posture.
[25]Fransen M,Crosbie
surements in
J.Reliabil塒of
gait mea?
2007.25(1):86.93.
people with osteoarthr/tis of the
knee.Phys
【9]Lewek MD,Rudoith KS。Snyder-Mackler knee
L.Control
of
Ther,1997,,77(9):944—953.
frontal plane knee laxity during gait in patients
with medial Cartilage,
[26]Messier
SP。Loeser RF,Hoover JL,et a1.Osteoarthritis of
on
compartment
osteoarthritis.Osteoarthritis
the knee:effects Phys
gait。strength。and flexibility.Arch JL.Biomechanical features
2004.12(9):745.751。
Med Rehabil,1992,73(1):29—36.
KJ,Astephen of gait
[10]Kawakami
on
H.Change in the locus of dynamic loading axis after hiigh tibial osteotomy.Gait Posture,
[27]Deluzio
the
knee joint
waveform data associated with knee osteoarthritis:an appli— cation of principal
2005.21(3):271.278.
component
analysis.Gait
Posture,
[1 1]Borjesson M.Gait
and measurements in patients with
knee
2007。25(1);86.93.
osteoarthritis after surgery:a prospective 5-year follow-up
[28]Lewek MD,Rudolph KS,Snyder-Mackler
行ontal
L.Control of
study.The Knee,2005,12:12l一127.
plane knee laxity during gait in patients with medial
D2]Shrader Mw.Effects
of knee pain relief in osteoarthritis
on
compartment knee ogeoarthritis.Osteoarthritis Cartilage, 2004。12(9):745.751.
gait and stair-stepping.Clin Orthop Relat 188.193,
Res,2004,(421):
[29]Weidow J,Tranberg knee
R,Saari T,et a1.Hip and knee patients with medial and
joint
[13]Pollo
FE,Otis JC,Backus SI,et al。Reduction of medial
rotations differ between
lateral 15
con—
compartment loads with valgus bracing of the osteoarthritic
osteoarthritis:gait analysis of 30 patients
and
knee.Am
J Sports
Med,2002。30(3):414-421.
trols.J Orthop
Res。2006.24(9):1890-9.
JE。Feller
[14]英賽爾(美).膝關節(jié)外科學.北京:人民衛(wèi)生出版社,
2002.232-252.
[30]Webster l(E,Wittwer
analysis after medial
JA.Quantitative
gait
unicompartmental
knee arthroplasty
[15]Branch
T,Hunter R.Donath cruciate deficient Sports
M.Dynamic EMG analysis of
and without bracing
for osteoarthritis.J Arthroplasty,2003,1 8(6):75卜759.
anterior
during
legs with
[31]Berth
A。Urbach D,Becker R。et a1.Gait anlysis in pa- and after total
cutting.Am J
on
Med,1989,17:35,
of disease
tients with osteoarthritis of the knee be fore
[16]Shimada S,Kobayashi S,Wada M.Effects
severity
al response
to
knee replacement.Zentralbl Chir。2002。127(10):868.872. [32]Polio
FE.Bracing
lateral wedged shoe insole for medi-
and
heel wedging for J Knee
uincompartmental
Surg,1998,ll(1):
compartment knee
osteoart
hritis.Arch
Phys
Med Reha-
osteoarthritis of 47.50.
the knee。Am
bil,2006,87(1 1):1436.1441.
[17]Richards
JD。Sanchez.Ballester J,Jones ILK,et a1.A
corn.
[33]Krohn knee
K.Footwear alterations and bracing osteoarthritis.Curt Opin
as
treatments for
parison of
knee
braces
during walking for the treatment of the knee.J
Bone
Rheumatol,2005,17(5):
osteoarthritis of the medial compartment of Joint
653—656.
Surg Br,2005,87(7):937-939.
[34]Giori
the Res
NJ.Load-shifting brace minimum 2
treatment
for osteoarthritis of
[18]白躍宏.步態(tài)分析在臨床中應用.中國矯形外科雜志,
2006,14(10):787.789.
knee:A
l/2-year follow-up study.J Rehabil
Dev,2004。4l(2):187.194.
brac pro
[19]周敬濱,李國平.膝關節(jié)前交叉韌帶損傷與重建術后的 步態(tài)分析研究現(xiàn)狀.中國運動醫(yī)學雜志,2006,25(3):
323.326.
[35]Birmingh咖TB。Kramer JF,Kirkley A。et a1.Knee
ing for medial compartment osteoarthritis:effects
on
、prioception [36]Draper
and
本文關鍵詞:膝關節(jié)骨關節(jié)炎三維步態(tài)分析研究及其在運動醫(yī)學中的應用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號:154925
本文鏈接:http://www.sikaile.net/yixuelunwen/yundongyixue/154925.html