步态分析在足踝外科疾病中的应用进展

2022-08-13    点击量:891 我要说


来源:足踝外科电子杂志

作者:果森曲峰王智王路军张建中

摘要

人类的生存离不开步行,步态是步行的特征,临床上不同的疾病会出现不同的步态。步态分析是通过运动学的观察和动力学的研究对人行走时四肢和关节进行观察和分析,描绘出相应的几何曲线和数值,描述出人体步态异常的具体情况。在足踝外科范围内,步态分析方法可以对患者的步态异常程度和性质进行评价,为患者行走能力的评估、异常步态的矫正和相关的治疗方式提供重要依据。本文系统性地回顾了相关文献,阐述了关于正常步态、异常步态的临床共识,并对患有高弓足、扁平足、足内翻、足外翻、急性踝关节扭伤、外翻畸形等疾病的患者步的态特点进行了综述,从不同疾病的步态特点出发,希望为临床相关疾病的诊治及康复工作提供支持和参考。

关键词

步态分析;正常步态;异常步态;步行

步行与人类存在密不可分的联系,是人类生存所需,过程极为复杂,需要人体多个系统参与,如人体重心的移动、各个主要关节的旋转及屈伸运动、骨盆的旋转动作等,是一种随意运动,其中任何一个部位功能受损,都可能使人的步态发生质的改变。步态是人类步行的行为特征,受很多因素影响,如人的生活习惯、所参与的工作、受过的教育、性别、疾病等。步态分析是生物力学的分支,通过运动学的观察和动力学的研究对人行走时的四肢和关节进行观察和分析,并描绘出相关的几何曲线和相应的数值,以方便人们进行后续的统计描述。步态分析可以通过生物力学和运动学分析,描述出人体步态异常的具体情况,进而为临床相关疾病的诊疗提供指导

1 正常步态

正常步态,指的是一个无任何疾病的健康成年人,在行走时感觉最舒服、最自然的行走状态。

一般来讲,它有3个主要特征:①行走时躯体能够达到平稳的状态;②行走时跨步的幅度适中;③行走时所消耗的能量是相对较少的。健康人在正常行走时,一侧足跟着地到该足跟再次着地为1个步态周期。1个步态周期分为站立相和摆动相。站立相分为足尖着地、足跟离地、足尖离地、足跟着地等一系列的步态动作。摆动相分为加速期、摆动期和减速期。正常行走时,摆动相占整个步态周期的35%40%。正常行走时的步态是全身主要大关节的灵活随意运动,需要有良好的平衡能力和协调能力如果不具备这些必要条件,那么异常的步态就会随即而来。

2 异常步态

2.1摆动相障碍

在步态周期的摆动中,参与活动的各个关节可以有独立的姿势改变,但是这样的改变会造成另一侧肢体的代偿活动,会造成步态异常。摆动相障碍主要包括:①肢体进行中的障碍,如膝关节活动受限、髋关节屈伸受限等;②肢体的廓清障碍,如髋关节屈曲受限、足下垂畸形、膝关节僵硬等。

2.2支撑相障碍

在运动学上,人体步态周期中脚站立相所涉及的活动需要四肢、脊柱、骨盆、髋、膝、踝关节等共同参与,其中任何一个参与环节出现问题,都将会引起整个步态特征的改变。踝关节作为躯体最远端的参与者,对整个步态周期影响最大。支撑相障碍包括:①躯干不稳定,大多是髋、膝、踝关节活动异常所致;②支撑面异常,常见于马蹄内翻足、外翻足等疾病;③肢体不稳定,大多是由于肌力下降或关节异常而导致关节过度屈伸和旋转所引起的。

3 足踝疾病中步态分析的应用

3.1高弓足

高弓足是以足纵弓增高为主要特点的足部畸形,病因相对复杂,常常合并内翻、马蹄等畸形。根据既往学者的研究,发现人群中高弓足所占的比例为10%15%,其中60%的患者有疼痛症状,疼痛的原因可能与足底压力过高有密切联系。基于此,对于患者行走功能的定量评

估就显得格外重要,而步态分析可以进行定量测量。安帅等利用一种便携式步态分析仪对高弓足步态进行了初步分析,发现高弓足患者与正常人比较,单腿支撑时间、双腿支撑时间、步态周期时间、肢体摆动时间、步幅持续时间明显延长,抬腿力量、蹬地力量、跖屈力量、步速、步频明显降低,而摆动力量、步长和步幅间的差异无统计学意义(P0.05),因此高弓足患者在行走时,存在行走时间延长、跖屈和蹬地力量降低的特点,这为临床诊治高弓足提供了数据支持。刘晓飞等对正常足与高弓足的足底压力分布特征进行了研究,发现与正常人相比,高弓足患者与地面的接触面积明显减少,与此同时,第14跖骨区域的压强明显升高,载荷主要向足部的内侧移动,但是足部跖骨区域内部的相对载荷分布比例差异无统计学意义(P0.05),因此认为高弓足人群足底压力步态分析参数特点阐释了足部运动损伤发生概率上升的发生原因,在临床工作中应该加强高弓足人群足底压力参数的检测、评估及早期矫正工作,以减轻相应区域疼痛及预防运动损伤的发生。毛晓锟等对高弓足跑步支撑阶段的动力学特征进行了相关研究,发现以下两点有意义的研究结果:①高弓足患者足部运动损伤的重要原因可能在于:高弓足患者受到较高的地面反馈来的冲击力(峰值)和载荷,足弓僵硬可能导致高弓足患者着地时足弓缓冲能力下降,从而进一步加重损伤;②高弓足患者与正常人在足前后和内外方向上的差异,可能是造成高弓足损伤的另一重要因素,这些差异可能与下肢肌肉活性差异、足弓僵硬以及肌肉在运动中的做功差异有关。笔者认为,高弓足患者在跑步支撑阶段对动力学控制能力较差,反映了高弓足患者与正常人在跑步时的力学控制机制不同。

3.2扁平足

扁平足是足踝外科中较为常见的足部畸形,可能与先天发育、后天创伤等多因素相关,表现为足弓的降低或者消失,青少年为多发人群。步态分析为扁平足的诊疗、术后康复提供了客观依据和支持。足底压力研究,作为步态分析的一部分,是既往学者研究的热门话题,也常被应用于扁平足的测量中。杜晓宁等利用足底压力分布测试系统(footscaninsole)对扁平足的步态进行测试,结果发现:

1)着地时相的差异性。正常人足前掌接触时相和整足接触时相均小于扁平足患者;而着地时相、离地时相均大于扁平足患者,差异有统计学意义(P0.05)。

2)足底接触面积的差异性。正常人足后跟以及前掌接触面积的比例均大于扁平足患者,而足弓接触面积的比例均小于扁平足患者,差异有统计学意义(P0.05)。

3)冲量的差异性。正常人足弓、前掌所受冲量占全脚掌的比例均小于扁平足患者;而后跟所受冲量占全脚掌的比例大于扁平足患者,差异有统计学意义(P0.05)。

扁平足患者的前脚掌接触时相、整足接触时相均大于正常足,着地时间相对较长,压力主要集中于前、后脚掌。足底压力测量在临床生物力学上的深入研究,揭示了人体运动过程中足的动力性特征。韩艳坤等对扁平足患者足型及步态特征进行了相关研究,发现扁平足患者足底接触面积、足弓部位的冲量和峰值压强增大,足部易产生结构性损伤。因此在临床工作中对扁平足患者需尽早开展矫正治疗,最大程度防止损伤的发生。

3.3先天性马蹄内翻足

先天性马蹄内翻足是最常见的一种先天性足畸形,主要表现有足的高弓、内收、内翻马蹄畸形,男性发病较女性多,单侧稍多于双侧,多见于运动神经元损伤的患者。因为患者在行走的过程中主要以足的外侧缘着地,所以会导致局部的压力急剧增高,进而发生局部疼痛,导致踝关节不稳定,影响全身平衡等。徐宏文等利用了运动高速摄像系统对先天性马蹄内翻足治疗的功能进行评价,发现经过治疗后的马蹄足Dimeglio评分为4分;相比于正常儿童,踝关节整体活动范围偏小,患足背伸应力下侧位X线片显示,跟距角为(23.4°±5.8°),与正常儿童比较,差异无统计学意义(P0.05)。因此马蹄足患儿经Ponseti治疗后仍会残留部分步态畸形,如马蹄步态、足下垂及足前进线内收;同时也会出现新的异常步态,如足背伸增加和跟性步态。步态分析可以为足内翻患者的足部诊断与康复评定提出建议。

3.4足外翻

足外翻是脑瘫(cerebralpalsyCP)患儿常见的畸形表现,是足部呈外缘抬高、内缘降低、足底朝外的畸形表现。本病临床多呈马蹄、平足、前足外展与后足外翻的组合表现,常见于上运动神经元损伤的患者,对下运动神经元调节失控,导致小腿肌张力异常,给患者的站立和行走功能带来了极大的不良影响。刘奕等应用JPDl600型足底压力测试仪对足外翻脑瘫患儿步行时的足底压力特征进行分析,发现在自然行走时,正常足与外翻足在足底各区域接触面积占全掌的百分比、着地时相、足底各区域所受冲量占全掌比例均有显著的差异,因此足底压力测定对治疗效果的评估有实际参考价值,可以为患儿病情的严重程度及康复治疗的效果评估提供数据支持。

3.5急性踝关节扭伤

急性踝关节扭伤是运动员最常见的下肢运动损伤,占所有运动相关损伤的16%40%,在篮球、橄榄球和足球运动中最常见。据报道,踝关节扭伤的发生率为每1000h运动有0.3249次,其中77%为踝关节外侧副韧带损伤,而在外侧副韧带损伤中大多为距腓前韧带损伤。临床研究证实绝大多数侧副韧带损伤的患者能够通过保守治疗取得较好的疗效。目前急性踝关节扭伤的诊断主要是依据询问病史、细致查体及辅助检查,而对踝关节损伤的量化指标是相对匮乏的。朱渊等利用步态分析平衡测试系统对急性踝关节扭伤的患者进行测试,发现急性踝关节扭伤经过正规的RICE原则治疗2周后,患足的重心摆动距离仍然高于正常足,伤后6个月与2周比较,差异有统计学意义(P0.05),然而步态分析平衡测试关于伤后2个月和6个月的结果显示:患足与正常足的重心摆动距离差异无统计学意义(P0.05),患足平衡能力基本恢复至受伤前水平。步态分析平衡测试系统可以较为客观和量化地评价急性踝关节扭伤后的功能性踝关节不稳定,并可监测急性踝关节扭伤的恢复过程。

3.6外翻畸形

外翻畸形是指趾在第一跖趾关节处向外侧偏斜移位,可在趾跖趾关节内侧骨性凸起处形成疼痛性滑囊(囊炎),经常伴有其余足趾的畸形和前足痛等症状,如锤状趾、疼痛性胼胝、跖趾关节脱位等。外翻畸形在足踝外科门诊中比较常见,诊断与治疗面临着许多挑战,而步态分析正是对外翻患者进行诊断、治疗以及临床评估的新方法。MOERENTHOUT等在改良Lapidus手术治疗外翻畸形的术前及术后进行了步态分析,发现术后612个月时,步态分析的3个时空参数、2个运动学参数和7个足底压力参数有显著改善,进一步分析发现,改良lapidus手术后需要更长的康复时间。BALLASR等对外翻术后足底压力的改变做了一系列的研究,发现Scarf手术后的步态模式与未行手术治疗的步态模式相似,但是行第一跖趾关节融合术的患者的前足推进力不能够完全恢复。GENG等对外翻术后患者进行了足负荷模式的研究,发现外翻术后出现跖骨痛的患者,第一跖骨负荷功能受损,在行走过程中,剩余区域是否能够充分分担一定的负荷,是不可忽视的问题。

4 结论

综上所述,步态分析目前已经可以服务于临床,可以为相关疾病的诊断及治疗给予指导建议,为临床相关诊疗工作提供必要的客观依据。步态分析在足踝外科领域得到了很广泛的应用,如扁平足、高弓足、马蹄内翻足、踝关节扭伤、外翻畸形等研究,但是在其他疾病中的应用还是相对较少,可能的原因在于,步态分析仪器的操作难度较大,读取的数据相对抽象而不能够转化为临床的实际成果。希望将来的步态分析仪器的操作会更加便捷,数据处理能够更加简单,能够面向更多种类的疾病。当然,医疗技术的发展必须以服务患者为核心。因此,如何将这些技术用在疾病诊断以及治疗的规划与评估上,需要临床医师、康复医师与科研工作者的密切合作交流与共同努力。

参考文献:略


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