外翻支具降低内侧胫股软骨压力并使负重向外侧转移在膝内翻骨关节炎中的应用

亮点

– 在膝内翻畸形的内侧膝骨关节炎（OA）患者行走时的特定站立阶段，外翻支具显著减少了内侧胫骨、内侧股骨及合并内侧胫股软骨接触压力。

– 观察到的最大内侧胫骨软骨压力峰值减少2.0 MPa（12.5%下降），发生在站立期的87%。

– 支具还使早期和中期站立时内侧胫骨和内侧股骨软骨的压力中心（CoP）向外侧转移，但未检测到髌股软骨压力的变化。

背景

内侧间室膝骨关节炎常与膝内翻畸形相关联，这增加了内侧胫股软骨的机械负荷，并与疼痛和疾病进展有关。外翻膝支具旨在施加一个对抗膝内翻的外部力矩，是一种旨在减少内侧间室负荷和改善症状的保守治疗选择。

此前研究检查了支具对全关节动力学（如内侧间室接触力或外部膝内收力矩）的影响，报告的结果不一致或减少幅度较小。组织水平力学——特别是软骨接触压力的大小和软骨表面的精确加载位置——可能更好地解释支具如何减轻疼痛或减缓结构损伤。Starkey及其同事（Clin Orthop Relat Res. 2025）使用个体特异性的MRI几何结构结合EMG指导的肌肉骨骼模型和非线性弹性基础接触模拟，估计了膝内翻畸形的内侧膝骨关节炎患者在佩戴和不佩戴外翻支具时行走时的软骨压力。

研究设计

这项二次分析使用了2019年4月至11月在澳大利亚墨尔本招募的临床试验队列的基线数据。纳入标准包括胫股放射学OA、膝内翻畸形、年龄≥50岁，以及≥3个月的膝痛。最初入组的28名参与者中，有25名具有完整的MRI数据并被纳入分析（平均±SD年龄64±5岁；BMI 29.4±3.1 kg/m²；14名男性，11名女性）。

每位参与者完成了无支具和外翻支具条件下的行走试验。验证过的12自由度膝关节模型结合MRI衍生的软骨形态和韧带插入点，与校准的、EMG指导的神经肌肉骨骼模型相结合，以模拟组织接触力学。使用非线性弹性基础接触模型，在每个条件下的四次试验中进行了整个站立期的胫股和髌股软骨接触模拟。

主要结局回答了两个问题：(1) 外翻支具是否减少了站立时估计的最大和平均内侧胫骨、内侧股骨和髌骨软骨接触压力？(2) 支具是否改变了内侧胫骨、内侧股骨或髌骨软骨上的压力中心位置？结果以MPa表示压力，以软骨宽度/长度的百分比（标准化）表示CoP转移。使用统计参数映射（单因素重复测量方差分析）测试了整个站立期的时间变化差异；报告了整个站立期内最大的点对点差异及其均值和95%置信区间。

关键发现

压力大小

外翻支具在多个站立部分（7-15%，26-40%，65-90%的站立期）减少了最大内侧胫骨软骨接触压力。最大的组间差异发生在站立期的87%：无支具均值±SD 16.0±4.3 MPa，佩戴支具后为14.0±3.6 MPa（均值差异−2.0 MPa；95% CI −3.5至−0.6；p < 0.001），相当于峰值最大内侧胫骨压力减少了12.5%。

在相似的站立区域，观察到平均胫骨软骨压力以及最大和平均内侧股骨软骨压力的减少幅度相当。在整个站立期内，髌股软骨接触压力（最大和平均）在支具和无支具行走之间没有差异。

加载位置（压力中心）

在内侧胫骨软骨上，支具行走相对于无支具行走时，在早期至中期站立（0-54%的站立期）期间压力中心向后侧转移，且在早期站立（0-12%的站立期）期间更靠后。最大的内侧胫骨横向转移发生在站立期的4%：无支具−0.8%±2.1%，佩戴支具后为3.6%±3.8%（均值差异4.4%；95% CI 1.9%至6.8%；p < 0.001）。最大的后向转移发生在站立期的5%：无支具−5.0%±2.9%，佩戴支具后为−3.0%±3.5%（均值差异2.0%；95% CI 0.2%至3.8%；p < 0.003）。

在内侧股骨软骨上，支具行走时压力中心也向后侧转移，但未观察到前后方向的一致差异。髌骨软骨上未观察到显著的压力中心变化。

临床和统计意义

观察到的内侧胫股软骨压力峰值减少幅度虽小但一致，且发生在临床上相关的站立部分（包括晚期站立）。峰值最大内侧胫骨压力12.5%的减少在生理上可能是改变软骨力学或感觉驱动的，尽管直接将其与症状改善或结构改变的联系尚未确定。

专家评论和解读

Starkey等人扩展了我们对外翻支具如何在膝内翻畸形的内侧膝骨关节炎中发挥作用的机制理解。之前的研究集中在全关节指标（例如，外部膝内收力矩或估计的内侧间室接触力）上，显示出可变的支具效果；本研究的组织水平模拟表明，支具不仅减少了内侧软骨压力的大小，而且使内侧间室内的负载向后侧转移。

这些发现符合外翻支具的机械原理：施加外部外翻力矩可以减少内侧间室的负荷，并改变接触力学。压力中心的后侧转移表明，负载从更集中的接触区域重新分配，如果这些区域对应于软骨侵蚀、骨髓病变或富含感觉神经末梢的软骨下骨，则可能与疼痛有关。

然而，几个因素限制了解释。该研究分析了基线时的短期、即时支具与无支具行走；它没有提供证据证明这些机械变化在日常活动中长期持续存在，或转化为疼痛、功能或结构结果的改善。模拟依赖于模型假设（弹性基础接触、材料属性、软骨厚度和软骨/软骨下骨行为）和准确的EMG指导的肌肉力量估计；这些输入中的错误会影响压力估计。样本量较小（n=25），反映了一项二次分析，参与者代表了特定表型（老年放射学内侧TF OA和膝内翻畸形），这提高了内部相关性，但限制了其在更广泛OA人群中的普遍性。

局限性

– 基线数据的二次分析，样本量较小，可能存在选择偏差。28名初始参与者中有3人因MRI数据不完整而被排除。

– 单一活动（行走）和短期支具暴露；未评估长期效应、支具依从性或与机械变化相关的症状结果。

– 模型假设：弹性基础接触模型和组成软骨属性是简化；组织异质性、深度依赖属性和半月板效应可能无法完全捕捉。

– 支具细节（类型、适合度、外翻力矩大小）在现实世界中可能不同；研究未报告长期佩戴、舒适度或患者偏好，这些因素影响临床采纳。

临床意义和下一步行动

对于管理膝内翻畸形的内侧膝骨关节炎的临床医生，这项研究提供了生物力学上合理的证据，即正确应用的外翻支具可以在行走时减少内侧胫股软骨接触压力并使负载向后侧转移。这些组织水平的变化为在寻求非手术策略的患者中选择性使用外翻支具提供了机制依据，尤其是在那些有症状的内侧间室OA和膝内翻对齐的患者中。

面向实践的研究的关键未解决问题包括：(1) 这些即时压力减少是否在长期支具使用和多样活动中保持不变；(2) 是否与临床上有意义的疼痛和功能改善相关；(3) 是否减少影像学上的结构性疾病进展。未来的随机试验应整合组织水平的生物力学终点、患者报告的结果和结构成像，并调查哪些支具设计、适应策略和患者表型能带来最大的临床益处。

结论

Starkey等人提供了个体特异性模拟证据，表明外翻支具在膝内翻畸形的内侧膝骨关节炎患者行走时减少内侧胫股软骨接触压力并使负载向后侧转移。这些发现为使用外翻支具提供了机制支持，但尚未证明其在缓解疼痛或结构改变方面的临床有效性。需要精心设计的前瞻性试验将生物力学变化与以患者为中心的结果联系起来，以将这些结果转化为治疗指南，并改进支具设计和患者选择。

资金和clinicaltrials.gov

资金和注册详情请参见Starkey SC等人的文章，Clin Orthop Relat Res. 2025。读者应查阅原始文章获取完整的试验注册号、资助者和利益冲突披露。

参考文献

1. Starkey SC, Esrafilian A, Saxby DJ, Diamond LE, Korhonen RK, Hall M. 外翻支具是否减少膝内翻畸形的内侧胫骨、内侧股骨和髌骨软骨接触压力的估计值？Clin Orthop Relat Res. 2025年10月1日；483(10):1969-1982. doi: 10.1097/CORR.0000000000003611. PMID: 40668179; PMCID: PMC12453385。

2. Felson DT. 骨关节炎作为力学疾病。Osteoarthritis Cartilage. 2013年1月；21(1):10-5. doi: 10.1016/j.joca.2012.09.012. PMID: 23098545。