轻度膝骨关节炎患者三维步态生物力学特征及其临床意义研究

本研究针对早期膝骨关节炎(KOA)患者步态异常机制不清的问题，通过三维运动捕捉系统结合表面肌电技术(sEMG)，系统分析了24例Kellgren-Lawrence I-II级KOA患者的三维关节运动学(ROM)、动力学(如PADM、PERM)及肌肉激活模式(%MVIC)。研究发现患者存在步态周期延长、步宽增加、膝关节活动度下降(61.5°±5.1 vs 65.1°±2.8)及臀中肌(GMed)激活减弱(27%±23 vs 38%±19)等特征，为早期康复干预提供了重要生物力学依据。

　　

膝骨关节炎(KOA)作为困扰中老年人群的常见退行性关节疾病，全球患者已超5.95亿。随着人口老龄化加剧，这种以关节软骨退化、疼痛和功能障碍为特征的疾病，正成为影响生活质量的重要公共卫生问题。虽然非甾体抗炎药(NSAIDs)等药物能暂时缓解症状，但长期使用可能导致胃肠道出血等副作用，且无法逆转疾病进程。更棘手的是，当前研究多聚焦中重度KOA，对早期患者步态异常的认识仍存在显著空白——这正是广州体育大学潘静团队在《Scientific Reports》发表最新研究的突破点。

研究团队创新性地采用多模态检测技术：通过Vicon三维运动捕捉系统(100Hz)同步AMTI测力台(1000Hz)采集24例单侧轻度KOA患者的步态参数，结合Delsys无线表面肌电系统(sEMG，2000Hz)记录16块下肢肌肉激活时序。严格匹配12名健康对照，重点分析时空参数、关节活动度(ROM)、峰值力矩(PFM/PEM)及肌肉激活水平(%MVIC)的组间差异。

行走参数揭示KOA患者已出现显著代偿策略：步态周期延长(1.12±0.13s vs 1.10±0.07s)与步宽增加(0.09±0.03m vs 0.07±0.04m)形成"宽基底步态"，这种稳定性代偿可能通过增大膝内收力矩(KADM)加速软骨退化。

运动学参数显示典型"僵硬膝"模式：矢状面膝关节活动度(61.5°±5.1 vs 65.1°±2.8)和踝关节活动度(53.4°±8.1 vs 59.1°±6.5)显著降低，髋关节峰值角速度(188±26 vs 198±28°/s)下降提示能量消耗增加。值得注意的是，水平面出现矛盾现象——髋关节旋转ROM减小(11.8°±3.3 vs 14.4°±4.7)而膝关节旋转ROM增大，反映神经肌肉控制的代偿性重组。

动力学参数证实力矩分布异常：患侧膝关节峰值屈伸力矩降低，但外旋力矩(PERM)显著增高。这种改变可能与股二头肌(BF)激活增强(25.3%±9.3 vs 21.9%±15.5)和内侧腓肠肌(MG)激活减弱(41.3%±23.8 vs 62.4%±16.1)导致的肌力失衡有关。

表面肌电参数暴露时序紊乱：患侧臀大肌(GM)激活延迟(38.4%±32.3 vs 23.6%±26.8 gait cycle)，而对侧半膜肌(ST)和臀大肌却提前激活。这种跨肢体代偿虽维持短期步态对称性，但可能增加髋关节负荷，解释KOA常进展为双侧受累的临床现象。

该研究首次系统揭示了轻度KOA已存在的三维步态异常：矢状面运动受限导致关节负荷集中，冠状面步宽增大可能升高KADM，水平面力矩重分布形成"外旋代偿"。这些发现为早期康复提供精准靶点：通过臀中肌(GMed)强化训练改善近端控制，结合踝背屈肌(TA)激活训练调整压力中心，或能打破"疼痛-步态异常-软骨退化"的恶性循环。研究采用的实验室级运动分析方案，未来可简化为可穿戴设备监测指标，推动KOA的早期筛查和个性化运动处方制定。