退化性膝關節炎患者的步態特性

從過去的文獻中我們可以知道：在運動學方面，正常老年人在走路 的速度上會比年輕人來的慢，步長(step length)會比年輕人短，步頻 (cadence)也會較年輕人減少。在關節角度的變化方面，Winter （1991）

16 指出在步態分析中，正常老年人在下肢關節角度的變化與年輕人比較，

存在著一些變異：老年人的踝關節動態關節角度活動範圍（dynamic range of motion）比年輕人小，但髖關節的動態關節角度活動範圍比年輕人大，

但並不是非常明顯；至於在膝關節角度的活動範圍則是最明顯的，他指出 在承重反應期（loading response），正常老年人的膝關節屈曲（knee flexion）角度要比年輕人來的少，因此造成老年人的步長比正常年輕人來 的短。在動力學方面，在 Winter 的文章中指出，正常老年人在踝關節蹠

屈力矩峰值（ankle plantarflexor peak moment）會比年輕人來的小。另 外，從站立期（stance phase）轉換到擺盪期（swing phase）時，正常老 年人走路時的膝關節屈曲力矩（flexion moment）要比年輕人小，這可能 和正常老年人膝關節所吸收的能量要比年輕人來的高有關係。至於在髖關 節的部份正常老年人與年輕人則是沒有很明確的差異。Prince等學者

（1997）¹⁷ 更指出老年人在步態上的改變是為了因應年齡的增長而出現在 神經肌肉骨骼系統上的一些生理變化，例如肌力變差、關節變得比較僵硬、

以及平衡變差等所做出的調整策略。這些策略包括了走路速度比年輕人來 的慢、步長比年輕人短、步頻也比年輕人小、關節角度減少、關節力矩出 現變化等等。

Stauffer 等學者（1977）¹⁸ 比較退化性膝關節炎患者和正常年輕 人在走路時的步態，發現退化性膝關節炎患者的膝關節活動角度、膝部等 長收縮的肌力（isometric knee strength）、以及地面反作用力峰值（peak ground-reaction force）都會比正常年輕人來的少。

Kaufman 等學者（2001）¹⁹ 收集了 139 位患者（47 位男性，92 位 女性），年齡介於 30 歲到 82 歲（平均年齡：57 ± 12.5 歲），退化性 膝關節炎程度在 Grade II 的患者，與 20 位正常人（9 位男性，11 位女 性），年齡介於 20 歲到 42 歲（平均年齡：57 ± 12.5 歲）做步態分析 比較，指出退化性膝關節炎患者的走路速度上比正常人來的慢，在擺盪期

（swing phase）時，有最大的膝關節屈曲角度（maximum knee flexion angle）。在平地走路（level walking）時，退化性膝關節炎患者的膝關 節最大活動度（peak knee motion）會比正常人小 6 度（54° 和 60°）。

在走路時，為了維持膝關節的穩定度，膝關節會先受到一個屈曲力矩

（flexor moment）的作用，然後才是伸展力矩（extensor moment）。和 正常人比較，退化性膝關節炎患者的膝關節伸展力矩峰值（knee peak extension moment）會減少，同時內翻力矩（varus moment）會明顯增加，

藉此來降低膝關節的承重，以達到減低步行時膝關節疼痛的效果。由 Kaufman 的研究中可知，退化性膝關節炎患者的走路步態，確實與正常人 有明顯差異的。另外，在 Kaufman 的研究中也發現性別差異和身體質量指 數（Body mass index （BMI） — kg / m²）對退化性膝關節炎的影響：

雖然兩性在步行速度上沒有明顯的差距，但女性受試者的膝關節屈曲和伸 展力矩峰值（peak knee flexion and extension moments）確實較男性患 者大，這可以解釋女性較容易罹患退化性膝關節炎；同時當身體質量指數

（BMI）增加時，可以藉由降低膝關節伸展力矩（knee extension moment）

來減少膝關節的承重。

Al-Zahrani 和 Bakheit (2002)²⁰ 選擇了 58 名被認為需要接受膝 關節置換術的嚴重退化性膝關節患者（平均年齡：71 ± 8.4 歲；男性 14 名，女性 44 名；自覺膝疼痛指數（VAS） 介於 5.48 和 7.88 之間）與 25

名健康老年人（平均年齡：69 ± 7.29 歲；男性 10 名，女性 15 名）接 受測試，他們發現這些退化性膝關節患者確實在步行時比健康老年人有較 短的跨步長（stride length），較慢的步行速度（walking velocity），

以及較長的站立期（stance phase of the gait cycle）。更進一步，他 們發現這些退化性膝關節患者的踝關節，膝關節以及髖關節的動態關節角 度活動範圍（dynamic range of motion）比健康老年人減少；膝屈曲力矩

（knee flexion moment）增加但膝功率（knee power）並沒有增加，推測 可能是因為在站立期（stance phase）時，股直肌（rectus femoris）持 續收縮所造成的，至於在前擺盪期（pre-swing）的踝背屈力矩（ankle dorsiflexion moment）和踝功率（ankle power）則是同步減少，他們推 測應該是患者藉由走較慢的速度來達到動態穩定（dynamic stability）的 目的。

Baliunas 和 Hurwitz 等學者（2002）^21,22 探討退化性膝關節炎患 者在平地走路（level walking）時，膝關節的疼痛與關節受力的情形。他 們指出當膝關節疼痛上升時，膝關節的外部內收力矩峰值（peak external adduction moment）與外部屈曲力矩峰值（peak external flexion moment）

都會下降；反之，當膝關節疼痛下降時，膝關節的外部內收力矩峰值（peak external adduction moment）與外部屈曲力矩峰值（peak external flexion moment）都會上升。

林瀛洲等學者（2005）²³ 藉由步態分析來評估早期退化性膝關節炎 患者細微且臨床上不易觀察到步態變化。他們選擇了 26 位單側有症狀的退 化性膝關節炎患者（年齡：65.7 ± 8.5 歲）和 20 位年齡，身高，體重相 當的正常老人（年齡：63.6 ± 11.3 歲）作測試，確實發現了退化性膝關 節炎患者的骨盆上傾和下傾（pelvic tilt up & down），膝關節外翻（knee valgus），足踝背屈和旋轉（ankle dorsiflexion and ankle rotation）

的角度位移峰值（peak angular displacement）明顯低於正常老人；但膝 關節內翻（knee varus）的角度位移峰值則明顯高於正常老人。同時他們 也 發 現 退 化 性 膝 關 節 炎 患 者 的 髖 關 節 屈 曲 和 外 展 （ hip flexion and abduction），膝關節伸展和外翻（knee extension and valgus）以及足 踝蹠曲（ankle plantarflexion）的力矩峰值（peak moment）明顯優於正 常老人；而膝關節的屈曲和內翻（knee flexion and varus）的力矩峰值 則明顯低於正常老人。因此推論退化性膝關節炎患者藉著減少骨盆的上傾 和下傾來限制下肢活動；限制足踝背屈和旋轉以及膝外翻來減輕疼痛。因 為膝關節的內翻變形（varus deformity）以及韌帶鬆弛而造成膝內翻角度 增加，進而導致下肢承重力線內移而將過度的壓力集中在膝關節內側；隨 著內翻變形的惡化，為了要維持膝關節在步行中的穩定度，勢必要以增加 外翻力矩來達到此目的。

總結上述各學者對退化性膝關節炎患者不論在步態特徵，運動學

（kinematics）及動力學（kinetics）上的表現，與健康成年人比較確實 有極大的差異，這些差異都可能限制了老年人的日常生活能力，包括了行 走，上下樓梯，跨越障礙物，以及從坐到站等。