《Clinical Biomechanics》：Immediate effects of lateral wedge insoles on inter-joint coordination in women with knee osteoarthritis: A comparative study of footwear
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膝关节骨关节炎患者穿着侧楔鞋垫结合不同鞋类对下肢关节协调性变异及疼痛舒适度的影响研究。通过比较普通凉鞋与新型袜套鞋的干预效果，发现袜套鞋在髋膝踝关节耦合协调性变异方面更优，且与疼痛缓解和舒适度提升呈正相关。该研究为个性化鞋类设计在OA管理中的应用提供了新证据。
Fereshteh Sabet|Basílio Gon?alves|Mehrdad Anbarian|Hans Kainz|Juliana Exel
维也纳大学体育科学与大学体育中心，运动与人体运动科学系，奥地利维也纳
摘要
背景
膝关节骨关节炎是一种退行性疾病，其特征是疼痛和步态变异性的增加。侧楔形鞋垫被推荐用于减少膝关节内侧的负荷；然而，当与不同类型的鞋类结合使用时，其对下肢关节协调性、疼痛和舒适度的影响仍不清楚。本研究考察了患有膝关节骨关节炎的女性在穿传统凉鞋和研究人员制作的拖鞋袜时使用侧楔形鞋垫的效果。
方法
本研究采用受试者内设计，共有23名（年龄45-65岁）被诊断为双侧膝关节内侧间室骨关节炎（Kellgren-Lawrence II级和III级）的女性参与。参与者分别赤脚行走、穿着带有侧楔形鞋垫的凉鞋以及穿着带有侧楔形鞋垫的拖鞋袜。通过三维运动捕捉技术评估下肢关节间的协调性，并使用视觉模拟量表和李克特量表评估疼痛和舒适度。Mann-Whitney U检验比较了协调性的变化，Spearman相关性分析探讨了协调性、疼痛和舒适度之间的关系。
结果
在不同步态阶段和鞋类条件下，协调模式分布存在差异，但未观察到显著的成对差异。与凉鞋相比，穿着带有侧楔形鞋垫的拖鞋袜在髋-膝（P < 0.001）和膝-踝（P = 0.04）关节耦合方面的协调性变化显著降低。在凉鞋条件下，疼痛与协调性呈负相关，而拖鞋袜则降低了疼痛并提高了舒适度。
解释
在凉鞋中使用侧楔形鞋垫会增加协调性变异性和疼痛，而拖鞋袜则降低了变异性，从而改善了舒适度。鞋类设计在优化膝关节骨关节炎患者的步态稳定性和症状管理方面起着关键作用。
引言
骨关节炎（OA）是一种进行性的退行性疾病，常见于膝关节（Safiri等人，2020年）。膝关节OA在老年人中尤为严重，女性患病率是男性的两倍，并且疼痛和残疾程度更严重（Hunter和Bierma-Zeinstra，2019年）。膝关节OA的发展受多种因素影响，包括年龄、性别、肥胖、遗传、更年期状态、职业需求、既往损伤、炎症、体力活动和肌肉力量（Appleyard等人，2023年）。随着全球人口老龄化和肥胖率的上升，膝关节OA的患病率持续增加（Hunter和Bierma-Zeinstra，2019年）。疼痛是膝关节OA最常见的症状，也是评估疾病严重程度和进展的关键临床指标，这突显了研究其致病因素以改善症状管理和减缓疾病进展的重要性（Huang等人，2023年）。
膝关节OA患者常出现步态异常，这些异常被认为是导致膝关节疼痛和疾病进展的因素（Favre等人，2016年）。传统的膝关节生物力学分析通常关注单个关节的运动学，往往忽略了关节之间的功能相互作用，例如膝关节和髋关节的协调（Abid等人，2019年；Bouchouras等人，2015年；Heiden等人，2009年）。这种简化方法未能捕捉到神经肌肉控制的整体性，即多个关节需要协调以实现功能性运动（Turvey，1990年）。各种关节和肌肉的相互作用产生了多种运动自由度，导致运动协调性的变化。协调性变异性是指在执行任务时使用的运动模式的多样性，反映了运动系统的灵活性和适应性（De Villa等人，2019年；Hafer和Boyer，2017年），为研究这些相互作用提供了有价值的框架。尽管协调性变异性可能是下肢运动功能和健康的重要指标（Hamill等人，1999年），但在膝关节OA患者中，协调性变异性与症状之间的关系仍不甚明确。
先前关于膝关节OA患者下肢协调性变异性的研究结果并不一致且依赖于具体任务。一些研究报道，在行走和从坐到站的任务中，膝关节OA患者的协调性变异性高于健康对照组（Boonstra等人，2007年；Hafer和Zernicke，2021年；Pelegrinelli等人，2022年）；而其他研究则在更复杂的任务（如跨越障碍物）中未发现显著差异（Wang等人，2009年）。新的证据表明，随着疾病进展，协调性变异性可能会降低（Park等人，2021年），并且关节协调性变异性降低与膝关节内收和屈曲力矩增加以及关节冲击力增大有关（Samaan等人，2022年）。这些发现表明协调性变异性、关节负荷和疾病严重程度之间存在非线性关系，强调了在评估这一人群的运动控制策略时需要考虑症状表现。
疼痛是连接协调性变异性和膝关节OA功能障碍的关键因素。下肢运动模式中的较高协调性变异性与更严重的疼痛相关，表明髋关节、膝关节和踝关节的力学问题会导致膝关节OA患者更大的不适（Pelegrinelli等人，2022年）。具体来说，行走时过度的矢状面协调性变异性可能表明关节控制不足，导致负荷重新分配到软骨较脆弱的区域，从而加剧疼痛（Andriacchi等人，2004年）。这些观察结果表明，能够改变运动协调性和变异性的干预措施可能在膝关节OA的疼痛管理中发挥作用。
尽管对膝关节OA相关的生物力学有了更多了解，但目前尚无成熟的干预措施可以预防或阻止膝关节OA的进展。已知步态过程中膝关节内侧负荷的增加会加剧膝关节疼痛和疾病进展（Astephen Wilson等人，2017年）。因此，侧楔形鞋垫（LWIs）被广泛用作膝关节内侧间室骨关节炎的保守治疗方法（Yasuda和Sasaki，1987年）。LWIs的设计目的是在承重活动中将膝关节负荷从内侧转移到外侧，从而减少内侧关节的压力（Xing等人，2017年）。虽然LWIs在某些膝关节OA患者中显示出良好的生物力学效果和症状缓解（Hinman等人，2008年；Ogata等人，1997年；Shaw等人，2018年），但其临床效果很大程度上受到舒适度、可用性和长期依从性的影响。重要的是，运动生物力学、运动控制以及感知到的舒适度和疼痛之间的相互作用仍不甚清楚。特别是，不同鞋类对LWIs的生物力学和感知效果的影响知之甚少。
膝关节OA患者通常不会持续穿着支撑性鞋类，尤其是在家中，因为大部分日常活动都在家中进行，而且家中发生跌倒的比例较高（Gelbard等人，2014年）。LWIs通常与鞋子或凉鞋一起使用；然而，它们的厚度和角度几何形状往往需要更大的鞋码，这带来了实际、舒适度和经济方面的障碍（Hinman和Bennell，2009年；Toda和Tsukimura，2008年）。尽管传统凉鞋在室内常用，但它们可能不稳定、不舒服，并且提供的踝关节支撑有限，可能会减弱LWIs的预期生物力学效果。为了解决这些问题，我们开发了一种新型的拖鞋袜鞋类系统，旨在提高稳定性、舒适度以及与LWIs的兼容性（Sabet等人，2025年）。将拖鞋袜与凉鞋进行比较，可以评估这种实用的、基于家庭的干预措施，可能有助于优化膝关节OA女性的步态协调性、减轻疼痛并提高安全性。
目前，关于室内鞋类如何影响这一人群的协调性变异性、舒适度和膝关节疼痛的了解仍然有限，因此这种比较具有临床意义。因此，本研究评估了1）LWIs在传统凉鞋或新设计的拖鞋袜中的急性效果，以及它们对步态过程中下肢关节协调性变异性的影响；2）协调性变异性与膝关节内侧间室骨关节炎女性的疼痛和舒适度之间的关系。我们假设穿着带有拖鞋袜的LWIs会降低关节间协调性变异性，使其接近健康个体的模式（Boonstra等人，2007年），并比穿着凉鞋的LWIs提供更好的舒适度和疼痛缓解。鉴于凉鞋相对较硬的结构，我们进一步假设凉鞋会增加协调性变异性，而拖鞋袜则能提供更稳定的支撑基础，促进更受控制的运动模式，降低协调性变异性并提高舒适度。
部分片段
参与者
本研究纳入了我们在早期工作中描述的预先定义的参与者子集（Sabet等人，2025年）。共有23名被骨科医生诊断为双侧膝关节内侧间室骨关节炎的女性参与者参与了本研究。纳入标准包括：1）年龄在45至65岁之间；2）双侧膝关节内侧间室骨关节炎（Kellgren和Lawrence II级或III级）；3）体质指数（BMI）< 30 kg/m2；4）能够独立行走10米距离。
耦合角度的协调模式频率
分析显示，在每种条件下所有步态阶段内的协调模式频率存在显著差异（P < 0.001）。然而，不同鞋类条件之间的成对比较（赤脚 vs. SAN，赤脚 vs. SOC，SAN vs. SOC）并未显示出任何分析关节耦合的协调模式频率的显著变化（P = 1.00；补充材料的图2和表4）。
对于髋-膝耦合，在初始接触和负荷响应期间的协调情况
讨论
本研究探讨了一种新型侧楔形鞋垫（LWI）设计的即时效果，该鞋垫集成在两种鞋类配置中——高刚度的传统凉鞋（SAN）和低刚度的拖鞋袜（SOC）——并与赤脚行走进行了比较，以评估其对轻度膝关节骨关节炎（OA）女性患者的下肢关节间协调性及其变异性的影响。此外，还研究了这些条件下协调性变异性与自我报告的疼痛和舒适度之间的关系
结论
本研究提供了关于LWI在不同鞋类类型中对膝关节OA女性患者关节间协调性变异性即时影响的新见解。穿着LWI的传统凉鞋会导致比拖鞋SOC和赤脚行走更大的协调性变异性，这可能增强了适应性，但与更高的疼痛水平相关。相比之下，穿着SOC的参与者表现出较低的协调性变异性，这与更高的舒适度和更低的疼痛相关。
作者贡献声明
所有作者都参与了研究方案的设计和数据收集，以及/或对最终手稿进行了严格审查和批准，以提高其学术严谨性。
作者贡献声明
Fereshteh Sabet：撰写——初稿、方法学、数据分析、概念化。Basílio Gon?alves：撰写——审阅与编辑、概念化。Mehrdad Anbarian：监督。Hans Kainz：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。Juliana Exel：撰写——审阅与编辑、监督、数据分析、概念化。资助
本研究未获得任何公共、商业或非营利组织的财务支持。
致谢
作者感谢所有研究参与者，以及伊朗哈马丹Bu-Ali Sina大学的运动生物力学实验室和维也纳大学的神经力学研究小组提供的支持。
