《Journal of Orthopaedic Science》：Varus thrust is a multiplanar dynamic phenomenon: Evidence from three-dimensional gait analysis in a population-based cohort
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背景：本研究旨在利用松代膝骨关节炎流行病学调查（Matsudai Knee OA Epidemiological Survey）的三维（3D）步态分析数据，阐明健康个体及内翻型膝骨关节炎（osteoarthritis，OA）个体中与膝内翻冲击相关的详细膝关节运
背景：本研究旨在利用松代膝骨关节炎流行病学调查（Matsudai Knee OA Epidemiological Survey）的三维（3D）步态分析数据，阐明健康个体及内翻型膝骨关节炎（osteoarthritis，OA）个体中与膝内翻冲击相关的详细膝关节运动学特征。
方法：在2019年接受3D步态分析的459名参与者中，纳入资料完整的383名参与者（女性218名，男性165名；平均年龄68 ± 13岁）；所有参与者均分析右下肢。运动学采用两个参考坐标系表示：Grood坐标系（小腿相对于大腿）与世界坐标系（节段的绝对空间取向）。由3名独立检查者将参与者分为冲击（?）、冲击（±）或冲击（+）。采用重复测量方差分析（ANOVA）结合Tukey事后检验比较支撑期6自由度（six-degree-of-freedom）运动学。另对负重反应期进行协方差分析（ANCOVA），并校正年龄、性别、体重指数（body mass index，BMI）、股胫角、Kellgren–Lawrence分级及步行速度。
结果：在负重反应期，冲击（+）组在Grood坐标系中表现出更大的小腿相对大腿内收和内旋（p < 0.001）；在世界坐标系中，同一运动对应为更大的小腿外侧倾斜、大腿内侧倾斜以及大腿外旋（均p < 0.001），与冲击（?）组相比差异显著。经ANCOVA校正后，小腿内收（Grood，p < 0.001）、大腿内侧倾斜（世界坐标系，p < 0.001）、小腿外侧倾斜（世界坐标系，p = 0.003）、大腿外旋（世界坐标系，p = 0.004）以及Grood坐标系中的内旋峰值（p = 0.013）仍具有统计学意义。
结论：据研究人员所知，这是首项采用3D步态分析表征与膝内翻冲击相关膝关节运动学的人群流行病学研究。视觉评估的膝内翻冲击与两个参考坐标系中一致的、具有节段特异性的运动学模式相关，且在校正主要混杂因素后仍然存在。其对于康复和OA进展的意义仍有待纵向研究与干预研究进一步验证。
该文发表于《Journal of Orthopaedic Science》，核心目的是在大样本人群基础队列中，用三维（3D）步态分析精细刻画膝内翻冲击（varus thrust）的真实运动学内涵。既往研究已指出，膝内翻冲击是在步态支撑期早期出现的膝关节突发性外侧偏移现象，并与膝骨关节炎（osteoarthritis，OA）进展有关，因此逐渐被视为潜在干预靶点。然而，既往证据多来自小样本、便利抽样研究，容易产生选择偏倚，且由于3D步态分析成本高、技术要求高，关于其三维运动学机制始终缺乏来自流行病学层面的高质量证据。研究人员依托自1979年持续开展的松代膝骨关节炎流行病学调查，将3D运动捕捉系统纳入社区体检，从而首次在基于人群的队列中系统分析膝内翻冲击相关的膝关节六自由度运动学模式。这项研究之所以重要，在于它不仅验证了膝内翻冲击并非单纯冠状面内翻变化，还提示其本质是涉及冠状面与横断面的多平面动态异常，为后续康复靶点筛选和OA进展机制研究提供了更可靠的运动学基础。
研究人员纳入2019年调查中459名接受3D步态分析的个体，最终分析资料完整的383名受试者，并统一选取右侧下肢作为分析单位。膝关节X线片采用Kellgren–Lawrence分级评价OA严重程度，3名检查者通过步行时的可视化观察将受试者分为Thrust（?）、Thrust（±）和Thrust（+）三组。步态采集使用VICON612系统，通过标准化反光标记点获取支撑期运动学数据，并分别在Grood坐标系和世界坐标系下描述膝关节与下肢节段运动。统计学上采用重复测量方差分析比较各组在支撑期及负重反应期的运动学差异，并通过协方差分析（ANCOVA）校正年龄、性别、BMI、股胫角、Kellgren–Lawrence分级及步速等混杂因素。样本来源为日本社区人群基础队列，这是本研究的重要方法学优势。
研究结果部分显示，三组在基线特征上存在显著差异。Thrust（+）组年龄更大，股胫角更大，步幅更短，步速更慢，且Kellgren–Lawrence分级更重，因此研究人员强调应结合校正后的ANCOVA结果理解运动学差异。这一结果说明，膝内翻冲击不仅与步态表现有关，也与结构性对线异常及OA严重程度相关，但是否独立于这些因素，仍需更深入统计校正。
Grood coordinate system (shank relative to thigh)
在Grood坐标系下，负重反应期内Thrust（+）组表现出更大的小腿相对大腿内收，以及更大的小腿相对大腿内旋。由于该坐标系中内收为负向，因此Thrust（+）组表现为更负的平均值。此类差异主要集中于负重反应期，并在随后的支撑期延续为平台样或逐渐变化的模式。矢状面屈伸运动未见显著组间差异。该结果表明，视觉上识别到的膝内翻冲击，在关节相对运动层面主要体现为冠状面内收增加，并伴随横断面内旋增加，而非屈伸异常。
World coordinate system (absolute orientation of each segment)
在世界坐标系下，研究人员将同一物理运动拆解为各节段相对地面的绝对取向。结果显示，在负重反应期，Thrust（+）组具有更大的小腿外侧倾斜、更大的大腿内侧倾斜以及更大的大腿外旋。换言之，Grood坐标系中表现为“小腿相对大腿内收”的现象，在世界坐标系中可具体理解为“小腿向外侧倾斜，而大腿同时向内侧倾斜”；Grood坐标系中的“小腿相对大腿内旋”则对应于世界坐标系中的“大腿外旋增加”。这一发现是本研究的重要创新，因为它将既往较为笼统的“膝内翻冲击”具体化为节段特异性的多平面协同运动模式。
Sagittal-plane motion
矢状面分析未发现显著差异。无论在Grood坐标系还是世界坐标系，Thrust（+）组与其他组在屈伸或前后倾斜方面均无稳定统计学差别。这说明膝内翻冲击的主要生物力学特征并不位于矢状面，而是集中于冠状面和横断面。
ANCOVA-adjusted results
在校正年龄、性别、BMI、股胫角、Kellgren–Lawrence分级及步速后，负重反应期的主要差异仍然存在。Grood坐标系中，Thrust（+）组仍显示更大的小腿相对大腿内收，以及更大的内旋峰值；世界坐标系中，Thrust（+）组仍显示更大的大腿内侧倾斜、更大的小腿外侧倾斜和更大的大腿外旋。相比之下，Grood坐标系中的平均内旋、屈伸变化，以及世界坐标系中的小腿旋转在校正后不再显著。这说明膝内翻冲击最稳健的运动学特征，是负重反应期内小腿外倾—大腿内倾的冠状面耦合，以及与之伴随的大腿外旋，而部分旋转或速度相关指标可能受到年龄和步速等因素影响。
Discussion
讨论部分指出，本研究是全球首个在大规模基于人群队列中应用3D步态分析研究膝内翻冲击的工作，最关键的发现是：膝内翻冲击并非单一平面现象，而是一个在负重反应期最为突出的、具有节段特异性的多平面动态运动模式。在Grood坐标系中，它表现为小腿相对大腿的内收与内旋；在世界坐标系中，则表现为小腿外侧倾斜、大腿内侧倾斜和大腿外旋。且这些差异在校正主要混杂因素后仍保留，提示该模式并不能完全由年龄、性别、肥胖程度、下肢对线、OA严重程度或步行速度解释。
研究人员进一步指出，所有组在负重反应期都可见一定程度的小腿外倾，但Thrust（+）组幅度最大，因此仅凭胫骨取向并不足以解释膝内翻冲击；大腿节段的动态控制同样关键。尤其值得注意的是，只有Thrust（+）组在世界坐标系中出现大腿内倾，而其他组的大腿更倾向于外倾，这提示能否通过股骨节段姿态调节抵消胫骨外倾，可能是决定是否出现明显膝内翻冲击的重要因素。关于其背后的髋外展肌、髋旋转肌控制机制，文中仅基于既往文献进行讨论，并未在本研究中直接测量，因此未将其作为证实性结论。对于旋转运动学，研究人员也强调，仅凭步态运动学尚无法区分动态神经肌肉控制与静态骨性旋转失配，因为本研究未进行CT或MRI形态学评估。
本研究的新意主要有两点：第一，在基于人群的队列中首次明确了世界坐标系下的大腿节段运动学特征，即只有存在明确膝内翻冲击者才出现大腿内倾；第二，首次提出并证实了与膝内翻冲击相关的旋转特征，即世界坐标系中的大腿外旋以及Grood坐标系中的小腿相对大腿内旋。这些发现将传统上主要从冠状面理解的膝内翻冲击扩展为多平面动态异常，拓展了对其生物力学本质的认识。
研究局限性部分指出，本研究为横断面设计，不能进行因果推断；Thrust（+）组年龄更大，虽然已通过ANCOVA处理，但仍需谨慎解释；未采集症状评分，无法评估疼痛对步态的影响；未测量髋肌力、髋关节力矩、骨盆及躯干运动，因此关于近端控制机制的讨论仅具启发性；未使用测力台，故无法获得地面反作用力、关节力矩及膝内收力矩（knee adduction moment，KAM）；OA严重程度基于站立位膝关节正位伸直片判定，可能低估轻度内侧关节间隙变窄；未采用CT/MRI评估骨性形态及旋转对线；部分受试者因技术或临床原因被排除；统一分析右侧肢体虽可避免选择偏倚，但也限制了侧别分析；此外，膝内翻冲击的视觉评估仍具有一定半主观性。
研究结论部分可译为：总之，在基于人群的队列中，经视觉评估识别的膝内翻冲击，在负重反应期与一种一致的、节段特异性的运动学模式相关，并且该模式在两个参考坐标系中均可稳定观察到：在Grood坐标系中表现为小腿相对大腿更大的内收与内旋，在世界坐标系中表现为更大的小腿外侧倾斜，以及更大的大腿内侧倾斜和外旋。这些特征在校正年龄、性别、BMI、股胫角、Kellgren–Lawrence分级和步行速度后仍然存在。
总体而言，该研究通过人群基础队列与高精度3D步态分析相结合，证明膝内翻冲击是一个多平面动态现象，而非仅仅是步态中的单纯内翻摆动。论文为理解膝OA相关异常步态提供了更精细的节段运动学证据，也为未来围绕康复训练、力线控制和疾病进展监测开展纵向研究与干预研究奠定了运动学基础。
