强直性脊柱炎胸腰椎后凸畸形患者的步态研究及其临床意义

强直性脊柱炎（AS）是一种主要累及中轴骨骼的慢性炎症性疾病，随着病程的进展，患者逐渐出现胸椎后凸增大、腰椎前凸减少，晚期会出现严重的矢状面失平衡[1]。为维持矢状面平衡与视线水平，患者需通过骨盆后旋、髋关节过伸及膝关节屈曲来代偿，从而引起背部肌肉张力增高、能量过度消耗，并导致腰背疼痛、躯干前倾和步态异常等，严重影响患者的生理功能和生活质量[2-3]。而现代步态分析为AS患者的下肢运动功能状态提供了多种有效的研究方法[4]，现就AS胸腰椎后凸畸形患者步态的相关研究及其临床意义综述如下。

本文作者为东南大学医学院潘涛，南京大学医学院附属南京鼓楼医院骨科钱邦平、邱勇。

一、步态分析及步态周期

1、步态分析的常用参数：

正常人行走时身体重心最小限度地定位于骨盆，同时需要适宜的关节运动和适宜的力量相配合。因此，正常步态是髋关节、膝关节、踝关节的灵活运动，身体良好的平衡能力以及头、躯干、四肢协调流畅的配合运动[5]。

步态分析中基本的参数包括[6]：①步幅；②步速；③步长；④步频；⑤步宽；⑥足偏角；⑦步态周期；⑧髋、膝、踝3个关节在水平面及矢状面上角度的周期性变化规律等。其中步幅、步速、步长是步态分析的3大要素，且相对容易获得[6]，目前这3个参数被广泛应用于评价AS患者手术治疗和康复治疗的效果。

2、步态周期的阶段划分：

步态分析时，将所观察的一侧下肢在步态周期中按功能可划分为8个阶段[7]：①开始触地期；②承重反应期；③站立中间期；④站立终末期；⑤摆动前期；⑥开始摆动期；⑦中间摆动期；⑧终末摆动期。前5个为站立期的连续5个不同阶段，后3个为摆动期的连续3个不同阶段。

正常步态时，骨盆在水平面、冠状面及矢状面内均有轻微运动[8]：中间摆动期和终末摆动期，摆动腿一侧的骨盆向前旋转，有助于增加步长；开始触地期，该侧骨盆又开始下降；承重反应期时，骨盆向后倾斜；站立终末期时，骨盆则向前倾斜。这些动作均为被动，并受髋部肌肉活动的控制，与躯干的动作一样是极细微的[7]。

二、患者步态的特征

1、患者步态的运动学特征：

目前研究认为，AS胸腰椎后凸畸形患者步态的一个基本运动学特征是步幅、步速都相对降低，步行中保持髋关节过伸、膝关节屈曲[9-11]，采取这样的步态方式是为了最大程度地在行走中维持身体平衡。Murray等[12]的研究发现AS胸腰椎后凸畸形患者的平衡能力显著低于正常人，一些学者研究了AS胸腰椎后凸畸形患者步行时髋、 膝、 踝关节在水平面、矢状面上角度的周期性变化规律[10,13-15]。Del Din等[10]和Aydog等[13]均指出，AS胸腰椎后凸畸形患者容易在行走等运动过程中跌倒或失去平衡，为了保持身体的平衡常采取髋关节过伸、膝关节屈曲伴踝关节跖屈明显减少的姿势。Guiotto等[14]的研究也表明 ，在一个步态周期中，AS胸腰椎后凸畸形患者表现为躯干前倾、髋关节平均屈伸角度减小以及膝关节平均屈伸角度增加；而在承重反应期，踝关节表现为跖屈的改变。Mangone等[15]开展的一项横断层面研究发现，AS胸腰椎后凸畸形患者在承重反应期和摆动前期表现出骨盆倾斜度和髋关节屈曲的增加。

AS胸腰椎后凸畸形患者步态的另一个运动学特征是步幅缩短、步速减慢。Helliwell等[16]观察到AS胸腰椎后凸畸形患者都“谨慎地行走”。Del Din等[10]将AS胸腰椎后凸畸形患者和正常人的步态进行对比，发现尽管步幅、步速及步频无显著性统计学差异，但AS胸腰椎后凸畸形患者表现出步幅缩短、步速减慢的倾向。Zebouni等[11]发现，与正常人相比，AS胸腰椎后凸畸形患者的步幅、步速相对降低，导致AS胸腰椎后凸畸形患者在行走过程中更容易出现肌肉疲劳[17]，从而使其不能长时间、长距离行走。目前，对AS胸腰椎后凸畸形患者步行速度的研究尚无统一标准，有研究采用设定患者步行速度的方法[12]，另一些研究则让患者选择最舒适的步行速度[10]。因此，如何在步态研究中合理设定步行速度或进行相应的校正，是未来研究中需要解决的问题。

2、患者步态的动力学特征：

步态分析的动力学参数主要包括关节活动度、重心转移值、关节力矩、地面反作用力等[4]。髋、膝、踝关节在步态周期中的角度时间变化关系是另一个重要的参数[6]，但单一的角度数值变化意义不大。步态的动力学分析可以反映步行时垂直、水平和侧向作用力，与步态的运动学参数结合可以求导出运动功量。

Del Din等[10]的研究发现，在承重反应期，AS胸腰椎后凸畸形患者步行时垂直、水平和侧向作用力的变化趋势与正常人相同，但关节的移动度与正常人相比有显著的差异，表现为髋关节屈曲程度增加，膝关节伸展运动功能明显降低，踝关节出现跖屈的改变，骨盆倾斜度也有所增加[14,18]，因此承重反应期是AS胸腰椎后凸畸形患者步态周期里值得关注的一个阶段。Sahin等[18]指出，AS胸腰椎后凸畸形患者躯干僵硬导致行走时必须更加谨慎，其步行时水平作用力比正常人有所增加，这使得各关节力矩增加，也更容易导致肌肉疲劳，这与Guiotto等[14]的研究结论相一致。

AS晚期患者由于腰椎生理前凸减小，胸椎后凸增加伴头、颈前伸而导致僵硬的胸腰椎后凸畸形，表现为固定的矢状面不平衡，患者站立时呈弯腰体位[9]。为维持躯干平衡，患者需增加髋关节外展及膝关节屈曲，导致其重心不能很好地固定于骨盆，表现为躯干重心前移，同时伴膝关节活动度减小，从而出现异常步态，并导致步速下降[11]。

地面反作用力[19]也是步态的动力学参数之一，是指步行者足蹬地时由地面反作用到其足的力，是一种分布力，作用于整个接触表面上；它是一个具有大小、方向和作用点的矢量，可以很好地反映出步态的具体情况。但地面反作用力在AS胸腰椎后凸畸形患者的步态研究中未见报道，如何在研究中利用地面反作用力更好地反映AS胸腰椎后凸畸形患者步态的动力学特征，是值得探索的研究方向[4,10]。

3、患者步态的特征性表现：

陈旧性胸腰椎骨折、骨质疏松症、陈旧性结核等患者也会出现胸腰椎后凸畸形[20-22]，但常为局部性改变，且不合并躯干僵硬，因此对步态的影响不大，仅有少数患者出现步速相对降低[23]。AS胸腰椎后凸畸形患者常出现躯干僵硬，Bot等[24]认为躯干在姿势和平衡的控制中起了很大的作用，随着胸腰椎后凸畸形的加重，会导致躯干僵硬并过度前倾，此时需下肢髋、膝、踝3个关节的功能代偿来维持平衡，从而出现步幅缩短、步速减慢、步行中保持髋关节过伸、膝关节屈曲的特殊步态特征[9-11]。此外，AS晚期患者常合并髋关节僵直[25]，此时其髋关节失去了代偿能力，更多地需要膝、踝关节的功能代偿来维持平衡。Guiotto等[14]指出，AS晚期患者髋关节平均屈伸角度明显减小，膝关节平均屈伸角度增加，踝关节平均跖屈角度减少。Sahin等[18]的研究表明，AS胸腰椎后凸畸形患者合并髋关节僵直后，其步幅、步速较前有所降低，膝关节屈伸程度增加，步行时水平作用力比正常人增加，更易导致肌肉疲劳。因此，AS胸腰椎后凸畸形与其它病因导致的后凸畸形相比，患者的步态存在着特殊性。

AS晚期患者还可能合并颈胸段后凸畸形[26-27]。Mehdian等[26]和Langeloo等[27]均指出，如AS患者合并颈胸段后凸畸形，为保持平衡必须采取颈胸段过度前倾的姿势，同时伴颈胸段疼痛，不能维持视线水平，晚期还会出现不能保持个人卫生，张口、吞咽和呼吸困难等并发症。但AS患者合并颈胸段后凸畸形的步态尚未见文献报道，也是今后值得研究的方向之一。

三、患者步态研究的临床意义

1、协助制定手术方案：

步态分析可以针对性地截取各个躯体运动节段的动态数据，对这些动态数据进行修订，可以模拟针对关键关节或肌肉进行手术治疗后的效果，从而有效地协助制定手术方案[28]。AS胸腰椎后凸畸形患者晚期易伴发髋关节畸形和功能障碍，严重影响日常生活[25]，步态分析可以早期发现AS胸腰椎后凸畸形患者合并的髋关节僵直，及时行人工全髋关节置换术重建髋关节[29]，从而能够缓解AS胸腰椎后凸畸形患者的髋关节非功能体位引起的肌肉萎缩、疼痛，并提高髋关节的活动度，恢复其功能[30]。

虽然步态分析可为AS患者协助制定其髋关节置换手术方案提供参考依据，但为该类患者协助制定其胸腰椎后凸畸形矫正手术方案却未见文献报道。因此，如何利用步态分析来协助AS患者胸腰椎后凸畸形矫正手术方案的制定，是未来研究中值得探索的方向之一。

2、评估矫正手术疗效：

诸多学者通过步态分析对AS胸腰椎后凸畸形矫正手术的疗效进行评估[1,2,31]。Brox等[31]的研究表明，AS胸腰椎后凸畸形患者矫正手术后，其活动、休息时疼痛及疲劳程度明显减轻，步速、步行持久力有所好转，生活质量较前显著改善。Kim等[1]对45例AS胸腰椎后凸畸形患者矫正手术后的随访发现，其矢状面参数较术前有所改善，术后调查问卷表明患者步行及户外活动能力明显增强。钱邦平等[2]指出，AS胸腰椎后凸畸形患者矫正手术后，骨盆由原先的后旋状态变为接近生理状态，其站立时无需通过骨盆和膝关节的过度代偿，使得肌肉能量消耗最低，缓解AS胸腰椎后凸畸形患者不经济的平衡调节模式引起的疼痛、疲劳感，符合生物力学上经济的姿势调节模式。由此可见，脊柱矫正手术不仅可以改善AS胸腰椎后凸畸形患者的外观、平视能力、肺功能及消化功能[32]，同时可降低患者行走时肌肉 的能量消耗、缓解疲劳程度、改善步态的运动学及动力学参数，使其由不经济的步态转变为经济的步态[1,2,31]，提高了患者的生活质量。

此外，对AS胸腰椎后凸畸形患者进行步态分析的临床意义，还表现在诸如评定康复治疗的效果方面[10]，步态分析是AS胸腰椎后凸畸形患者康复治疗后步行功能评价的最好方法，其作用不可替代；又比如在观察AS胸腰椎后凸畸形患者的自然史及进展方面，借助步态分析能更清楚地认识AS的发展过程，进而通过特定的治疗延缓AS的病情进展[33]。

四、患者步态研究的局限性及展望

目前，现代步态分析虽可对AS胸腰椎后凸畸形患者进行综合评价及指导制定个体化康复方案，但如何选取核心指标或合适的步态分析参数进行组合，以制定最佳的康复方案，是目前急需解决的问题[10,11,15]。

步态分析还包括步行过程中各肌肉肌电活动的监测和氧价分析等。Lam等[34]指出肌电图可用于检测步行时肌肉活动与步态的关系；氧价是步行时耗氧量和步行距离的比值，氧价越低说明步行运动的能量消耗越省[35]，任何步行训练效果评价的金标准就是降低氧价。目前，肌肉肌电活动的监测和氧价分析在AS胸腰椎后凸畸形患者的步态研究中还未见报道，因此，在AS胸腰椎后凸畸形患者的步态研究中对肌肉肌电活动进行监测和对氧价进行分析是今后研究的方向之一。

此外，步态分析系统和训练系统是两个独立的系统，是否能实现评估、训练的一体化也是值得关注的内容[15]。

总之，步态分析是提取与人体行走有关的活动信息、仿制人体行走功能不可缺少的一种整体分析评价手段[4]。运用步态分析对AS胸腰椎后凸畸形患者进行功能量化评价，可以更为准确地了解其下肢运动功能状态的变化，进而探索最佳的治疗手段和术后的康复方法。

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