矯形輔具治療膝骨關節炎的研究進展

張旻，龐堅，陳博，李莉，鄭昱新，詹紅生

作為膝骨關節炎(Knee Osteoarthrtis, KOA)發病的主要因素之一，膝關節力學環境的變化目前正受到越來越多研究人員及臨床醫師的關注[1]。已有大量研究表明[2-8]，KOA患者可通過佩戴矯正輔具改善其在步行過程中的關節受力狀況，從而改善受累關節力學環境，并藉此緩解臨床癥狀，提高生活質量。近年來眾多學者在先前的研究基礎上不斷對已有的矯形輔具進行改進并將其運用于KOA的臨床治療并取得了較好的臨床療效[2-8]，因此，該療法已成為KOA治療的有效手段之一。本文就矯形輔具治療KOA的臨床研究現狀進展等綜述如下。

1 不同的矯形輔具作用機理及其臨床效果

1.1 楔形角矯形鞋墊

1.1.1楔形角矯形鞋墊的作用機理 迄今為止已有諸多研究報道通過佩戴不同的矯形輔具來降低KOA患者在步行過程中的力學信號。其中，尤以外側楔形角矯形鞋墊(Lateral Wedges Insole, LWI)的相關研究最為多見[9-12]。有研究者發現KOA患者佩戴LWI后COP由內向外側發生偏移[13]，外偏的COP使地面反作用力與膝關節中心的垂直距離縮小，進而糾正患者在步行過程中膝關節的軸向對線，并藉此降低患者在運動過程中膝關節所承受的載荷，改善患者臨床癥狀。

1.1.2楔形角度的設定 有研究者發現[9]，膝關節在動態過程中所承受的應力大小與LWI楔形角的大小成反比，然而，當楔形角超過6°,膝關節所承受的壓力并不能進一步降低，且有部分患者在穿戴更大楔形角度的鞋墊后踝關節受力顯著增高，并在使用過程中有不同程度的不適感，甚至有部分患者因為無法忍受踝關節的不適感而最終放棄該治療方案。據此，楔形角設定以不超過6°為宜。

1.1.3材料工藝對矯形鞋墊的影響 除了角度大小的變化外，LWI制作過程中材質的運用以及外型的塑造還具有一定的爭議。Toda等[10]的研究發現，采用彈性模量相對較低的材質制作的LWI舒適度更加。然而，較低彈性模量的材質經長期使用極易產生形變，從而導致治療效果降低。而較高的彈性模量材質雖然不易發生形變，但患者使用體驗相對較差。因此，有研究者利用鞋墊內外側材料變形系數的差異來解決這一問題[8]，即鞋墊外側緣采用較硬材質維持其矯形效果，而鞋墊內側采用相對較軟材質增加其使用體驗，然而此類鞋墊缺乏高質量長時間隨訪研究，因此，其臨床療效還有待進一步的證實。

1.1.4矯形鞋墊外形的變化 相較于僅對后足進行矯形的傳統型LWI，全足長LWI可降低佩戴者在支撐相后期，即足跟離地但足尖仍與地面接觸這一時段所承受的壓力。研究者對LWI的中部進行改進后發現相較于傳統LWI[11]，增加足弓支撐除了能夠使患者能夠獲得更好的舒適性外，還能增加患者行走時候的下肢前進角度(Foot Progression，FP)，先前已有研究證實FP的增加與人體在步行過程中膝關節所承受的應力成反比關系，因而，這一設計不但能夠進一步幫助降低關節受力還能給患者帶來更好的體驗。由于LWI是通過對足踝的運動調節來達到對膝關節受力情況的改善，人體在運動過程中LWI與足部的耦合度顯得尤為關鍵，有部分患者因為佩戴不當等原因造成使用過程中LWI與足部耦合度降低，進而影響治療效果。因此，通過增加LWI對足跟部分的包裹或有助于解決該問題。

1.2 膝關節減壓矯形器

1.2.1膝關節減壓矯形器的作用機理 膝關節減壓矯形器(Knee Unloading Bracing, KUB)通過三點力學受力原理矯正受累關節在運動過程中產生的異常運動模式，降低膝關節在步行過程中的異常力學信號，進而改善關節力學環境。第一力經由固定在關節周圍的彈性繃帶產生，進而配合雙側鉸鏈產生的第二及第三力糾正膝關節的軸向對線，從而降低EKAM，減小膝關節內側間室在步行過程中所承受的載荷，減輕患者疼痛癥狀[14]。

1.2.2膝關節減壓矯形器的臨床效果 先前已有多篇研究報道通過佩帶KUB糾正KOA患者膝關節在步行過程中的軸向對線進而減輕疼痛并增加膝關節穩定性[3,4,2-19]，Lamberg等[19]研究發現長期佩戴KUB后，KOA患者EKAM的第二波峰值以及膝關節內翻角沖量(Knee Adduction Moment Impluse, KAAI)分別降低26%及34%。Arazpour[20]的研究也證實， KOA患者在佩戴KUB后步行能力及膝關節的異常受力模式均有顯著的改善。此外，Draper[17]還發現KOA患者長期佩戴KUB后步行時的時間空間參數以及HSS評分也均有顯著提高。然而，該治療方式價格昂貴且患者佩戴后美觀度較差，因而有部分患者不愿意采用該治療方案。

1.3 力學矯形鞋

1.3.1矯形鞋的作用機理 近年來已有越來越多的研究報道矯形鞋在治療KOA中的作用[21-23]。目前力學矯正鞋主要分為外置式矯形與內置式矯形兩種，前者通過半球形滾軸改變患者在步行過程中足部與地面的接觸點，使地面反作用力冠狀面分力降低，且垂直方向分力向膝關節的中心發生偏移[24],從而分解患者膝關節在運動過程中所產生的應力緩解疼痛。而后者將矯形鞋墊直接與鞋具結合，其作用機理與矯形鞋墊大致相同。

1.3.2力學矯形鞋的臨床效果 目前各類指南中都明確推薦力學矯形鞋作為KOA的保守療法[25-26]，而英國國家臨床規范研究院(National Institute of Clinical Excellence, NICE)推薦的指南中明確力學矯形鞋可作為KOA的保守治療方法之一。Elbaz等[7]對58名單側KOA患者跟蹤研究發現，佩戴Apos矯形鞋治療6個月后患者的步頻，步長及單側支撐相百分比分別上升15.9%，10.3%及2.7%,SF-36量表各項指數均有明顯改善。Jones等[8]的報道也證實早期KOA患者在使用APOS矯形鞋后EKAM顯著降低，患者步行功能及WOMAC評分得到提升。相較于APOS外置式矯形鞋，內置式矯形鞋雖然作用機理有所差異，但穿戴后也能有效的降低KOA患者的關節應力，并藉此改善患者的步行能力。

2 現有輔具治療所存在的問題

相較于傳統的保守治療方案[27-30]，矯形輔具可以糾正患者在步行過程中的受力異常，因此，該療法已受到越來越多的重視。然而，該療法在實施過程中依然面諸多問題。LWI雖然價格低廉且易于佩戴，但是有學者認為整個下肢在運動過程中是一個有機的整體，因而LWI增加了踝關節的外翻角度后可能會給鄰近關節帶來額外壓力因此并不適合長期佩戴[10,12,31]。雖然，Tezcan等[32]隨訪研究表明，相較于無楔形角的中性鞋墊，長期佩戴LWI并不會對髖關節及踝關節關節間隙造成額外的影響，然而，此類研究依舊較少，其相關結論還有待進一步的驗證。采用較低彈性模量材質制作矯形鞋墊雖然能夠給患者帶來相對舒適的使用體驗，但由于材料缺乏足夠的硬度因而容易產生形變無法長期使用，因此，未來在新型鞋墊的無論外型或材質等都還需要進一步改善以避免此類情況發生。KUB和力學矯形鞋雖然鮮有不良反應的報道，但相較于LWI后兩者價格相對昂貴[6]，故而如何切實有效的降低此類療法的價格成為研究人員所面臨的一道難題。

3 發展方向

當前的主要目標是使康復醫師及治療師進一步認識到力學因素在KOA發生及發展中所承擔的重要性以及如何通過選擇正確的矯形輔具幫助此類患者更好的進行治療，還需要通過醫工結合的模式對于力學矯正輔具治療KOA做進一步的改進研究，以期改善當前存在的某些顯著不足，如：輔具的材料選擇，下肢其他關節的異常受力增加及輔具本身價格過高等一系列問題。先前已有大量報道傳統治療方法可有效地改善KOA患者的臨床癥狀并提高其運動功能[27-30]，但是，患者在步行過程中的關節受力大小與其步行過程中的步速，步長，步頻等時間空間參數呈正相關，因此，單一的緩解疼痛而不進行力學矯正可能會導致該病的進一步發展，而如何將傳統的治療模式與矯形輔具治療有機的結合或將成為治療KOA的關鍵所在。

4 總結

相較于傳統的KOA治療方法輔具治療有著良好的療效，且該種療已經被各類指南推薦為有效治療方案[25-26]。然而該類療法在國內的推廣和普及仍存在一定的局限性，進而造成其臨床應用過程中出現各種的問題。但從生物力學角度來研究KOA的發病機制以及通過矯正患者受累關節的異常受力模式來治療該疾病值得進一步研究及推廣。

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