膝骨关节炎关节镜微创治疗后步态参数特征与关节功能恢复的关系

doi:10.12307/2026.221

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

膝骨关节炎：是指由于膝关节软骨变性、骨质增生而引起的一种慢性骨关节疾患，是膝关节疼痛和致残的主要原因，其病变累及软骨下骨、滑膜和关节周围软组织，多发生于中老年人，可单侧发病或双侧发病。
步态分析：是运用生物力学方法及运动学知识，采集、分析行走过程中人体步态参数，从而客观、定量评价受试者步行状态的专门技术。

摘要
背景：微创关节镜术后改善膝骨关节炎的效果存在个体差异，且主观评分量表评价关节镜手术治疗膝骨关节炎的临床疗效存在偏颇。
目的：探讨膝骨关节炎患者关节镜微创术后步态参数与关节功能恢复的相关性。
方法：选择2023年10月至2024年10月武警重庆总队医院收治的膝骨关节炎患者98例，根据随访6个月的膝关节功能Lysholm评分分为优良组(n=63)和可差组(n=35)。收集患者性别、年龄、体质量指数、病程、呼吸、心率、Kellgren-Lawrence分级、吸烟史、饮酒史、高血压史、发病部位和术后并发症等临床资料，比较两组患者手术相关指标及术前术后不同时间膝关节功能评分及步态参数特征。多因素Logistic回归分析影响膝关节功能恢复的独立危险因素；分层回归分析治疗后不同临床病理特征对步态参数的影响；广义估计方程分析治疗后不同膝关节功能患者步态参数的差异；广义相加模型分析治疗后步态参数对Lysholm评分的影响。绘制受试者工作特征曲线，分析治疗后步态参数判断膝关节功能恢复情况的价值。
结果与结论：①优良组和可差组患者在年龄、病程、Kellgren-Lawrence分级和术后并发症方面差异有显著性意义(P < 0.05)；②可差组手术时间、术中出血量、术后肿胀消退时间、康复时间多于优良组(P < 0.05)；③术后可差组西安大略和麦克玛斯特大学骨关节炎指数和目测类比评分高于优良组，Lysholm评分、步频和步速均低于优良组(P < 0.05)；④Logistic回归分析结果显示，年龄、Kellgren-Lawrence分级、术后并发症、术后肿胀消退时间是影响膝关节功能恢复的独立危险因素(P < 0.05)；⑤分层回归分析结果显示，年龄、Kellgren-Lawrence分级、术后肿胀消退时间、术后并发症均对步频、步速产生负向影响(β < 0，P < 0.05)；⑥广义估计方程分析结果显示，膝关节功能恢复程度与步态特征存在关联(β > 0，P < 0.05)；⑦广义相加模型分析结果显示，治疗后步频和步速对Lysholm评分的影响表现为直线关系；⑧受试者工作特征曲线分析结果显示，步频与步速二者联合检测时预测效能更高(曲线下面积> 0.85，P < 0.05)；⑨提示膝骨关节炎患者关节镜术后可以改善膝关节功能，并通过动态追踪术后步态参数变化，结合功能评分量表，揭示了步频、步速与膝关节功能转归的关联性，进一步明确了其临床预测价值，为临床功能评估提供了新的量化工具，以实现更精准的术后康复指导。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 膝骨关节炎, 关节镜, 微创手术, 步态参数, 膝关节功能, Logistic回归分析

Abstract: BACKGROUND: There are individual differences in the effectiveness of arthroscopic surgery in improving knee osteoarthritis, and subjective scoring scales may be biased in evaluating the clinical efficacy of arthroscopic treatment for knee osteoarthritis.
OBJECTIVE: To explore the correlation between gait parameters and joint function recovery in patients with knee osteoarthritis after arthroscopic surgery.
METHODS: A total of 98 patients with knee osteoarthritis admitted to Chongqing Armed Police Corps Hospital from October 2023 to October 2024 were selected as the research subjects. According to Lysholm knee function score after 6 months of follow-up, they were divided into the excellent group (n=63) and the fair group (n=35). Clinical data including gender, age, body mass index, disease duration, respiration, heart rate, Kellgren-Lawrence grade, smoking history, drinking history, hypertension history, location of onset, and postoperative complications were collected. The intraoperative and postoperative indicators, as well as the knee joint function scores and gait parameters at different times before and after surgery were compared between the two groups. Multivariate Logistic regression was used to analyze the independent influencing factors of knee joint function recovery. Stratified regression analysis was conducted to explore the impact of different clinical and pathological characteristics after treatment on gait parameters. Generalized estimating equations were used to analyze the differences in gait parameters among patients with different knee joint functions after treatment. Generalized additive models were used to analyze the impact of gait parameters after treatment on the Lysholm score. Receiver operating characteristic curves were drawn to analyze the value of gait parameters in predicting the recovery of knee joint function after treatment.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There were statistically significant differences in age, disease duration, Kellgren-Lawrence grade, and postoperative complications between the excellent group and the fair group (P < 0.05). (2) The fair group had longer operation time, more intraoperative blood loss, longer time for swelling to subside, and longer rehabilitation time than the excellent group (P < 0.05). (3) The fair group had higher Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index and Visual Analogue Scale scores, and lower Lysholm scores, step frequency, and step speed than the excellent group (P < 0.05). (4) Logistic regression analysis showed that age, Kellgren-Lawrence grade, postoperative complications, and time for swelling to subside were independent risk factors for knee joint function recovery (P < 0.05). (5) Stratified regression analysis showed that age, Kellgren-Lawrence grade, time for swelling to subside, and postoperative complications had negative effects on step frequency and step speed (β < 0, P < 0.05). (6) Generalized estimating equation analysis showed that there was a correlation between the degree of knee joint function recovery and gait characteristics (β > 0, P < 0.05). (7) Generalized additive model analysis showed that the impact of step frequency and step speed on the Lysholm score after treatment was linear. (8) Receiver operating characteristic curve analysis showed that the combined detection of step frequency and step speed had higher predictive efficacy (Area under the curve > 0.85, P < 0.05). (9) It suggests that arthroscopic surgery for knee osteoarthritis can improve knee joint function. By dynamically tracking changes in postoperative gait parameters and combining with functional scoring scales, the correlation between step frequency, step speed, and the outcome of knee joint function can be revealed, further clarifying its clinical predictive value. This provides a new quantitative tool for clinical functional assessment and enables more precise postoperative rehabilitation guidance.

Key words: knee osteoarthritis, arthroscopy, minimally invasive surgery, gait parameter, knee function, Logistic regression analysis

中图分类号:

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图/表（结果） 9

2.1 参与者数量分析 根据纳入排除标准，共98例患者入组，均为单人单膝，其中优良组63例，可差组35例。
2.2 试验流程图 见图2。

2.3 一般资料比较 表3结果显示，优良组和可差组在年龄、病程、Kellgren-Lawrence分级和术后并发症等方面，差异有显著性意义(P < 0.05)，其余指标两组相比差异无显著性意义(P > 0.05)。

2.4 两组患者手术相关指标比较 与优良组比较，可差组手术时间、术中出血量、术后肿胀消退时间、康复时间均显著增加，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表4。

2.5 两组患者手术前后不同时间膝关节功能评分的比较 结果表明，术后可差组西安大略和麦克玛斯特大学骨关节炎指数和目测类比评分显著高于优良组(P < 0.05)；Lysholm评分显著低于优良组(P < 0.05)，见表5。

2.6 两组患者手术前后不同时间步态参数特征比较 结果表明，两组患者术前步频、步长、步宽和步速比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，术后可差组的步频和步速均低于优良组，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表6。

2.7 影响膝关节功能恢复的多因素Logistic回归分析 将表7中具有统计学差异的因素作为自变量，将膝关节功能作为因变量(是=1，否=0)，纳入Logistic多因素回归分析模型，结果显示，年龄、Kellgren-Lawrence分级、术后并发症、术后肿胀消退时间均是影响膝关节功能恢复的独立危险因素(P < 0.05)，见表8。

2.8 治疗后不同临床病理特征步态参数分层回归分析 结果显示，年龄、Kellgren-Lawrence分级、术后肿胀消退时间、术后并发症均对步频、步速产生显著的负向影响(β < 0，P < 0.05)，见表9。
2.9 广义估计方程分析治疗后不同膝关节功能患者步态参数差异 膝关节功能恢复程度与步态特征存在显著关联。相较于膝关节功能恢复不良患者，当患者关节功能改善时，其步频与步速显著升高(β > 0，P < 0.05)，见表10。

2.10 治疗后步态参数影响Lysholm评分的广义相加模型分析 结果显示，治疗后步频和步速对Lysholm评分的影响表现为直线关系，步频和步速与Lysholm评分显著正相关(P < 0.05)，见图3。
2.11 治疗后步态参数判断膝关节功能恢复情况的价值分析 步频与步速单独预测时均具有良好的诊断价值(曲线下面积> 0.80，P < 0.05)，而二者联合检测时预测效能进一步提升(曲线下面积> 0.85，P < 0.05)，表明联合指标可更有效地区分膝关节功能恢复水平，见图4，表11。

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引言

膝骨关节炎是一种以关节软骨退变、滑膜炎症和骨赘形成为特征的慢性退行性疾病，是中老年人生活质量下降和医疗资源消耗的重要原因[1-3]，患者常因疼痛、关节僵硬和活动受限导致步态异常，表现为步长缩短、步速下降，进一步加剧软骨磨损和肌肉代偿，形成恶性循环[4-6]。尽管全膝关节置换术为晚期膝骨关节炎患者的主要治疗手段，其疗效已获临床验证，但存在手术风险大、易发生并发症的缺点[7-10]。关节镜微创手术因创伤小、恢复快，广泛用于早中期患者的症状缓解与功能改善[11-14]。近年来多项研究对其疗效提出质疑，指出关节镜手术会损坏患者关节腔内组织、造成术后炎症反应，影响患者恢复进程[15]，如何客观评估关节镜微创手术效果及预测功能恢复成为临床难题。
目前膝骨关节炎术后评估主要依赖主观量表，如西安大略和麦克玛斯特大学骨关节炎指数(The Western
Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，
WOMAC)、Lysholm评分和影像学检查，均存在局限性[16-17]。主观评分易受患者心理状态和回忆偏倚影响，影像学显示的解剖学改善与患者实际功能恢复常存在脱节[18]。近年来，步态分析技术因能够无创、定量捕捉运动生物力学特征，逐渐成为术后评估的研究热点。研究表明，术后步态参数的动态变化可能与疼痛缓解、肌力恢复及关节稳定性重建密切相关[19-22]。然而，现有研究聚焦于术后短期且多关注于单一的步态参数，同时对于关节镜微创手术后步态参数特征与关节功能恢复的关系尚未明确。
此次研究选择武警重庆总队医院2023年10月至2024年10月行关节镜手术的患者，通过随访分析术后步态参数特征与关节功能恢复的相关性探索不同临床特征患者的步态重塑路径差异，为临床优化膝骨关节炎微创治疗提供参考。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 回顾性病例分析。
1.2 时间及地点 试验于2023年10月至2024年10月在武警重庆总队医院骨科完成。

1.3 材料 所有缝合锚钉统一使用美国Smith & Nephew公司的产品，由锚钉、缝线和插入器组成，见表1。

1.4 对象 选择2023年10月至2024年10月武警重庆总队医院收治的因半月板撕裂、关节游离体、内侧滑膜皱襞引起的膝骨关节炎患者98例作为研究对象，其中男50例，女48例，男女比例为1.04∶1；年龄35-65岁。术后6个月随访评估中，采用Lysholm膝关节功能评分界定患者膝关节恢复情况，优为95-100分，良为85-94分，可为65-84分，65分以下为差，根据术后6个月Lysholm评分分为优良组(n=63)和可差组(n=35)。
纳入标准：①符合《骨关节炎诊疗指南(2018年版)》关于膝骨关节炎的诊断标准；②Kellgren-Lawrence分级选取Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级患者；③保守治疗失败，或虽未经保守治疗但因半月板撕裂、游离体等因素需行手术治疗的膝骨关节炎患者；④单侧膝骨关节炎；⑤病历资料完整的患者。
排除标准：①膝关节畸形；②存在膝关节感染或全身感染症状；③存在精神障碍患者；④存在严重创伤、重大膝关节手术史；⑤痛风类或类风湿等炎症性关节病。
此次研究经武警重庆总队医院医学伦理委员会批准[批件号：(2025)伦理临审第(WJ-250123)号]，患者及其家属均知晓并同意此次研究，签署知情同意书。
1.5 方法
1.5.1 手术方法患者仰卧位，全身或椎管内麻醉。常规采用前内、前外侧入路，必要时联合后侧或髌上入路辅助暴露。关节腔灌注生理盐水后，依次完成以下操作：①切除增生滑膜组织；②清除游离软骨碎片及活动性骨赘；③修整软骨缺损区；④处理症状性半月板损伤(切除或成形)；⑤针对髌骨轨迹异常者，行外侧支持带松解及去神经化，同期清除髌骨外缘增生骨赘及内侧滑膜皱襞。术毕彻底冲洗关节腔，切口加压包扎。
1.5.2 随访管理采用Lysholm膝关节评分系统量化评估患者术前术后膝关节功能状态。
1.6 主要观察指标
1.6.1 一般资料通过查询医院电子病历及问卷调查的形式，收集患者性别、年龄、体质量指数、病程、呼吸、心率、Kellgren-Lawrence分级、吸烟史、饮酒史、高血压史、发病部位和术后并发症等临床资料。
1.6.2 膝关节评分标准
(1)西安大略和麦克玛斯特大学骨关节炎指数：术前1 d及术后3，6个月分别收集西安大略和麦克玛斯特大学骨关节炎指数，该指数通过疼痛、僵硬及关节功能3个维度评估膝骨关节炎患者的关节功能障碍程度：疼痛维度检测日常活动及静息状态下的膝关节不适强度；僵硬维度检测晨起或久坐后关节初始运动的受限程度与持续时间；功能维度则通过行走、上下楼梯、下蹲等日常动作的执行能力反映关节活动受限水平。该量表采用240分制，评分升高与关节功能损伤程度呈正相关。
(2)目测类比评分：术前1 d及术后3，6个月分别采用目测类比评分评估患者的疼痛程度。使用10 cm可滑动标尺进行疼痛评估，标尺表面标注0-10刻度范围，两端分别标记“0”(无痛)和“10”(剧烈疼痛)，患者通过移动标尺游标至对应刻度值以量化主观痛感强度。
(3) Lysholm评分：术前1 d及术后3，6个月分别采用Lysholm评分系统评估患者的膝关节功能障碍程度。通过跛行(5分)、负重能力(5分)、关节交锁(15分)、疼痛(25分)、肿胀(10分)、上下楼梯(10分)、下蹲功能(5分)及关节稳定性(15分)8项维度量化膝关节功能，总分100分，优为95-100分，良为85-94分，可为65-84分，65分以下为差。

1.6.3 影像学分级标准典型膝骨关节炎在影像学上呈现出一系列结构变化特征，主要有骨赘生成、关节间隙变窄、软骨下骨增厚以及囊肿形成等。根据 Kellgren-Lawrence分级法，术前1 d及术后3，6个月结合影像学资料将患者划分为 5级，分级标准见表2及图1。

1.6.4 步态参数术前1 d及术后3，6个月采用DVMC-8801三维光学运动捕捉系统(采样率60 Hz)测量患者步态参数。实验室四周布设8台红外摄像头，受试者下肢及骨盆贴附10枚反光标记，定位双侧髂前上棘、大转子、股骨外髁、外踝及第二跖趾关节等解剖标志。试验时受试者先在指定区域自然行走2 min，随后沿固定路径进行标准化步态测试，同步记录步长、步速、步宽及步频参数，重复测量3次取均值。
1.7 统计学分析 应用SPSS 28.0软件对收集到的相关数据进行分析。对于计量资料采用x±s表示，两组比较用t检验。计数资料以例数(%)表示，组间对比运用卡方检验。将单因素分析中具有统计学意义的因素纳入二元Logistic回归模型中，计算优势比(OR)及其95%可信区间(CI)。分层回归模型评估临床病理特征对步态参数的影响；广义估计方程比较不同膝关节功能恢复水平患者的步态特征差异；广义相加模型分析步态参数对Lysholm评分的影响。绘制受试者工作特征曲线，分析治疗后步态参数对膝关节功能恢复的预测效能。P < 0.05认为差异有显著性意义。文章统计学方法已经武警重庆总队医院医院生物统计学专家审核。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

膝骨关节炎是一种以关节软骨退行性改变为主要特征的慢性骨关节病变，其病理特征主要表现为关节软骨异常代谢引发的骨赘形成及周围骨质结构改变[23-25]。流行病学数据显示，国内膝骨关节炎总体患病率约为15%，而60岁以上的老年群体发病率为50%左右[26-28]，临床表现主要为膝关节疼痛、晨僵、活动功能受限及关节腔积液等，这些病理改变不仅导致患者运动功能障碍，还极大降低其生活质量[29-31]。因此，必须采取有效的措施延缓膝骨关节炎的发生发展过程。
关节镜手术凭借可视化程度高、术后并发症发生率低及微创性优势，在膝骨关节炎治疗中具有重要临床价值，适用于具有保留自身关节需求且暂不具备关节置换指征的患者群体[32-34]。在膝骨关节炎治疗中，通过关节镜手术可完成关节腔探查、滑膜清理及修整受损的软骨组织，并且关节腔灌洗可有效清除炎性渗出液及软骨降解碎片[35-37]。然而，近年来多项研究对关节镜手术治疗膝骨关节炎的预后评估存在争议，指出术后关节功能转归存在异质性。目前，膝骨关节炎术后功能评估主要依赖主观量表[38-40]，此次研究表明，术后可差组WOMAC指数和目测类比评分显著高于优良组，Lysholm评分显著低于优良组，这反映了患者经治疗后膝关节疼痛、功能得到改善以及术后生活质量得到提升。
主观量表易受患者心理影响，存在偏倚，此次试验采用步态分析技术测量患者的步长、步速、步宽及步频等参数。已有研究表明，膝骨关节炎患者为了减轻行走过程中的关节疼痛，减少患肢负重，在步态分析中表现为步速减慢、步频降低、步长和步宽变短的特点[41-42]。此次研究发现，关节镜术后一段时间步频、步速增加，步长和步宽变长，且优良组的步频、步速、步长和步宽均高于可差组，说明关节镜术能够改善膝骨关节炎患者的步态，在缓解关节疼痛和改善膝关节功能疗效明显，这与李存祥等[43]的研究结果相似，治疗后步速、步频、步长、步幅均呈上升趋势。但此次研究中优良组与可差组患者步长、步宽相比差异无显著性意义(P > 0.05)，可能与手术效果对步态参数的影响机制不同有关，步长不仅依赖关节活动度，还受个体习惯、平衡能力的影响，而步宽主要反映行走稳定性，两组患者术后平衡功能恢复可能相近。同时，关节镜手术对关节内病变的改善可能更直接作用于步频、步速相关的动态功能，而步长、步宽的恢复可能需更长时间的康复训练或更综合的肌力、神经控制干预，因此短期内两组间未出现明显差异[44]。
此次研究还发现，与优良组比较，可差组手术时间、术中出血量、术后肿胀消退时间、康复时间均显著增加。手术时间延长反映手术复杂程度增加，患者可能存在关节内严重粘连、软骨损伤范围大等情况，这与此次研究中可差组Kellgren-Lawrence Ⅲ级占比率较高(19% vs. 43%)的发现相符[45]。白涛
等[46]的研究表明，关节镜手术能够改善炎性因子水平，而术后肿胀消退时间是炎症反应的直观体现，此文结果支持了关节镜手术能够降低患者炎性因子水平，但同时也提示可差组患者术前的炎症负荷或术后残留炎症可能高于优良组；康复时间越长，可能意味着术后恢复越慢，对膝关节功能的影响也可能越大。FERRACINI等[47]研究表明年龄是影响膝关节功能恢复的危险因素，此次研究Logistic回归结果与其一致，可能是由于在老年患者中，脂肪体积增加促进炎症因子释放[48-49]，同时氧化应激的持续激活与游离脂肪酸浓度升高、血糖稳态失衡形成协同效应，通过激活基质金属蛋白酶等分解代谢酶系，导致细胞外基质生物力学特性异常，最终引发软骨组织损伤。同时分层回归分析结果显示，年龄、K-L分级、术后肿胀消退时间、术后并发症均对步频、步速产生显著的影响。分析其原因K-L分级较严重患者关节间隙明显狭窄，软骨下骨硬化，可能导致患者关节活动度范围减少，从而影响患者的步频和步速[50]；术后并发症可能会延缓肿胀消退时间，从而影响患者早期康复训练，导致患者预后较差。
此外，此次研究通过广义估计方程和广义相加模型分析，进一步揭示了步态参数与Lysholm评分之间存在相关性，且随着功能恢复，步频、步速同步提升。同时，受试者工作特征曲线分析结果显示，步频和步速判断膝关节功能均具有较高的准确性，两者联合准确性最高，这为利用客观步态参数作为膝骨关节炎关节镜术后功能评估的有效补充提供强有力的证据。相较于单纯依赖主观量表，步态分析提供了一种无创、定量、客观的评估维度，能更真实地反映患者在日常活动中的实际功能状态，这是此次研究的重要创新点之一。
综上所述，膝骨关节炎经关节镜治疗后能够缓解膝关节疼痛症状，改善膝关节功能，并通过广义估计方程、广义相加模型及受试者工作曲线分析了步频和步速作为客观指标在评估关节镜术后膝关节功能恢复中的有效性和区分价值，为临床评估提供了新的视角和工具。然而，此次研究仍存在一定局限性，样本量较少且地域分布呈现显著聚集特征，在一定程度上会影响此次研究的结果分析；同时，随访周期较短，远期治疗效果不明确。因此，在后期的试验研究中，应实施多中心研究、扩大样本容量、纳入多地区患者、加大随访周期。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程