第四章 运动控制与步态 第三节 行走运动控制

第四章运动控制与步态内容第一节与运动相关的神经系统结构与反射第二节运动控制的调节第三节运动控制第三节运动控制姿势控制上肢控制行走运动控制一三二学习内容行走运动控制步态分析的时空参数身体重心的转移与控制关节运动学肌运动学步态控制机制步态异常步态分析的时空参数步态周期（gaitcycle）：行走最基本的组成单元始于一侧足跟与地的接触止于同侧足跟再次着地跨步长（stridelength）：是指同一足的足跟相继触地之间的距离步长（steplength）：是指不同足的足跟相继触地之间的距离步态分析的时空参数步宽（stepwidth）：是指两次连续的足触地时双侧足弓之间的距离，通常是7～9cm足角（footangle）：是身体前进的方向与足的长轴之间的夹角，正常人大约是7°步态分析的时空参数步频（striderate）：是对步态最基本的时间描述，即每分钟的步数步态周期：一个完整步态循环的时间步时：完成左或右足一步的时间通常情况下对称的步态其步时决定于步频，步时是步频的倒数。步态分析的时空参数站立与摆动阶段步态周期的阶段划分站立与摆动阶段的分期支撑阶段：足跟触地足平放中期支撑足跟离地足趾离地摆动阶段早期摆动中期摆动末期摆动站立与摆动阶段身体重心的转移与控制行走可被定义为一系列的失衡与恢复平衡。在行走初期身体是向前倾斜的，为了防跌，需要把另一只足向前移到一个新的位置而暂时的恢复平衡。一旦开始行走，身体向前的动力会使身体的重心向前越过足的位置，这样就迫使另一只足向前一步。通过双足连续的、交替的移动而使身体向前进。只要身体还在向前移动，这种流畅的、受控制的恢复平衡的行为会一直持续。当足的位置阻碍了身体向前移动的动力，并且在双足支撑的静止时期恢复平衡，行走就停止了。身体重心垂直的转移在垂直方向，每一个步态周期中身体重心可由两个完整的正弦波来描述身体重心的最低点发生于两侧下肢支撑期的中点（步态周期的5％和55％）身体重心的最高点发生于两次单下肢支撑期的中点（步态周期的30％和80％）身体重心的横向转移行走时身体重心的横向转移形成了在水平方向的正弦波身体重心在右侧的最远点发生于右下肢支撑阶段的中点（步态周期的30％）身体重心在左侧的最远点发生于左下肢支撑阶段的中点（步态周期的80％）。动能和潜能尽管从表面上看，步行以一个恒定的前进速度进行的，但事实上每一步的速度都在发生变化。当处于支撑阶段的下肢位于身体重心的前方时，速度就慢下来。相反，当处于支撑阶段的下肢位于身体重心的后方时，速度就快起来。因此，在支撑中期，一旦身体上移至支撑下肢，它就达到它的最低速度；在双下肢支撑期，一旦身体从支撑下肢下移并尚未上移至对侧下肢时，它就达到它的最高速度。最小运动能量在支撑中期（步态周期的30％～80％）动能和潜能最大运动能量在双下肢支撑期（步态周期的5％～55％）最小运动能量在支撑中期（步态周期的30％～80％），潜能是指地心引力作用于身体重量和身体重心的高度时所产生的能。而动能由潜能补给关节运动学矢状面：关节的角旋转主要发生在矢状面冠状面：重心旋转非常重要，特别是在髋关节和距下关节水平面：研究很有限关节运动学矢状面运动关节运动学——矢状面运动骨盆在矢状面的运动向前、后倾斜的范围是很小的（大约为2°～4°）发生在髋部（骨盆与股骨间的屈伸）和腰骶关节（骨盆与腰椎间的屈伸）骨盆在整个步态周期中的运动模式就类似两个完整波形的正弦波骨盆的运动范围会随着行走速度的增加而增加有屈髋关节肌明显挛缩的病人在支撑期的后半部分（步态周期的30％～60％）就会出现极其严重的骨盆前倾关节运动学——矢状面运动髋关节在矢状面的运动正常行走时，髋关节大约需要30°的前屈和10°的后伸运动幅度与行走速度呈正相关有髋部活动受限的病人在行走时也许不会出现步态的偏离，这是由于骨盆和腰椎的运动可对减少的髋部运动进行代偿关节运动学——矢状面运动膝关节在矢状面的运动当足跟触地时，膝关节大约屈曲5°在步态周期的前15％，再屈曲10°～15°之后膝关节逐渐伸直到几乎完全的伸直位一直到足跟离地（步态周期的40％）膝关节开始屈曲，到达大约35°的屈曲角度时，足趾离地（步态周期的60％）最大膝关节屈曲角度为60°，是发生在摆动中期开始时（步态周期的73％）关节运动学——矢状面运动踝关节在矢状面的运动当足跟触地时，踝关节处于轻度的跖屈（0°～5°）在足跟触地后不久，足平放于地面当胫骨前移越过支撑足时，踝背屈增加到10°（步态周期的8％～45％）在足跟离地不久（步态周期的40%），踝关节开始跖屈，最大到15°～20°，一直到足趾离地在摆动阶段，踝关节再次背屈到中立位以使足趾完全离地关节运动学——矢状面运动踝关节跖屈受限可能会导致前移推动力下降，也可能会导致步长缩短如果由于跟腱挛缩导致支撑期不充分的踝背屈，可能引起不完全的足跟离地，导致“跳跃”步态，限制了身体的前移，步长也会缩短患有马蹄足畸形的病人，以过度伸直的足趾行走，而足跟却不能触地，最常见于脑瘫患者踝背屈受限也会影响摆动阶段的足趾离地。为了代偿，就必须增加髋或膝关节的屈曲关节运动学——矢状面运动第一跗跖关节在矢状面的运动可进行轻度的跖屈和背屈，以便在行走时为足内侧纵弓提供灵活性。关节运动学——矢状面运动第一跖趾关节在矢状面的运动足跟触地时，第一跖趾关节呈轻度的过伸位从足跟触地后不久到足跟离地，第一跖趾关节处于相对的中立位从足跟离地到足趾离地前，第一跖趾关节处于45°～55°的过伸位在支撑阶段的后半期和摆动初期，该关节屈曲从而位回到中立位关节运动学——矢状面运动第一跖趾关节在矢状面的运动软组织的损伤，可导致第一跖趾关节过伸受限，例如关节的扭伤或退形性改变，均可引起明显的“外八字”步态。导致不能有效地前移，还会增加膝关节和足内侧结构的压力关节运动学——冠状面运动骨盆在冠状面的运动从前方或后方观察髂嵴的升降在支撑下肢的骨盆―股骨间总的内收和外展幅度大约为10°～15°关节运动学——冠状面运动髋关节在冠状面的运动髂嵴的升降反映了髋部在冠状面上的运动在支撑阶段，髋部在冠状面的运动几乎完全源于骨盆与股骨间的运动在摆动阶段，骨盆和股骨的运动导致髋关节回到中立位关节运动学——冠状面运动膝关节在冠状面的运动膝关节在冠状面上是稳定的踝关节背屈时可伴随轻度的外翻和外展踝关节跖屈时伴随着轻度的内翻与内收关节运动学——冠状面运动距下关节在冠状面的运动旋前与旋后的三维运动是距下关节与横向的跗骨关节相互作用的结果旋前运动包含了外翻、外展和背屈旋后运动包含了内翻、内收和跖屈关节运动学——冠状面运动距下关节在冠状面的运动在足跟触地时，距下关节内翻的角度大约为2°～3°足跟触地后不久，跟骨开始快速外翻并一直持续到支撑中期（步态周期的30％～35％），最大外翻角大约为2°。与此同时，距下关节向相反的方向运动，开始向内翻关节运动学——冠状面运动距下关节在冠状面的运动在步态周期的40％～45％（接近足跟离地时），跟骨处于相对中立的位置从足跟离地到足趾离地这段时间，跟骨继续内翻直到大约6°的内翻角在摆动阶段，跟骨处于轻度内翻姿势，直到下一次足跟触地关节运动学——冠状面运动δ=冠状面的距下关节角测量后距下关节活动的方法。它的翻转角度δ是由两条线构成，分别是下肢的轴线和跟骨线。这个测量可以作为足内旋角度的测量指标关节运动学——水平面运动骨盆在水平面的运动骨盆向每个方向旋转的角度为3°～4°。在步速和步长增加时，会出现较大的骨盆旋转股骨在在水平面的运动股骨向每个方向旋转的角度为6°～7°胫骨在在水平面的运动向每个方向旋转的角度大约为8°～9°关节运动学——水平面运动关节运动学——水平面运动髋关节在水平面的运动股骨与骨盆几乎同时发生旋转膝关节在水平面的运动在足跟触地时，膝关节处于大约2°～3°的相对于股骨的外旋位到足趾离地时，膝关节处于大约5°的相对内旋位踝关节和足在在水平面的运动运动范围很小，可以不用考虑关节运动学——水平面运动关节运动学——躯干与上肢躯干躯干的移动方式是在水平面上围绕垂直轴进行旋转肩带骨的旋转是与骨盆的方向相反的，平均旋转范围大约为7°行走时，躯干活动受限将导致能量消耗提高10％关节运动学——躯干与上肢肩关节在矢状面，肩关节呈现的是正弦的运动模式当股骨后伸时，同侧的肱骨就前屈在足跟触地时，肩关节处于最大的后伸位，从中立位测量大约为25°在步态周期的50％，肩关节逐渐旋前达到最大前屈角度，约为10°肩关节的运动幅度随着步速的增加而增加上肢的摆动不完全是被动的，有部分主动的成分关节运动学——躯干与上肢肘关节肘关节在足跟触地时大约处于20°的屈曲位在步态周期的前50％，肩关节前屈，肘关节也前屈到最大角度约45°在步态周期的后半段，肩关节后伸，肘关节回到20°的屈曲位减少能量消耗的关节运动学行走时的能量消耗是以每公斤体重行走每米消耗了多少千卡来计算，即kcal/m/kg。通常，能量消耗是直接通过耗氧量来计算的。行走时，身体尽力使能量消耗最小。能量节约是通过减少身体重心的转移幅度而获得的。节约能量最适的步速大约为1.33m/s，或80m/min。该速度不但可使身体最大效率地利用能量，同时也与人们在街上自由行走所采用的速度是完全一致的。大于或慢于最适速度都会增加行走时的能量消耗。减少能量消耗的关节运动学减少能力消耗的关节运动学减少身体重心水平转移的方法肌运动学在一个步态周期中，下肢的大多数肌肉都有一到两次电活动的爆发，持续约100～400ms（步态周期的10％～40％）。像所有其它步态的构成元素一样，肌肉的电活动形式在每一步都是重复的。假如临床医生通过肌肉的电活动对特定的肌肉在步行时的功能有全面的了解，那么步态异常将很容易的被人理解和得到很好的治疗。肌运动学右图为步态周期中下肢各肌群的肌电变化肌运动学右图为步态周期中下肢各肌群的肌电变化步态控制机制神经成分脊髓存在步态模式发生器，可产生原始的刻板的运动模式并且表现出特定的适应性高位中枢的下传通路和外周感觉反馈使得运动模式和环境适应性有广泛的变化非神经成分躯体感觉、视觉和前庭均在反应性和运动控制反馈中起作用步态异常减痛步态（antalgicgait）为疼痛引起的非正常步态模式主要表现为步长缩短、疼痛下肢的支撑时间和对侧下肢的摆动时间缩短步态异常神经系统疾病引起的步态异常在脑瘫和脑血管疾病患者，下肢伸肌肌张力增高，步态模式表现为下肢僵硬、划圈和拖步剪刀步态是由于髋关节的过度内收引起的慌张步态见于帕金森病步态失用主要表现为宽基底步态、步长缩短和拖步有感觉和平衡障碍的患者通常表现为步态不稳划圈步态步态异常肌肉骨骼系统疾病引起的步态异常不正常的关节运动范围通常会引起一个或更多周围关节的代偿任何原因的肌无力都最终会导致步态模式的异常踝跖屈挛缩所致的膝过伸和躯干前倾摆动中期垂足，反映了踝背伸肌的无力无力的股四头肌导致了躯干的前倾膝关节的屈曲挛缩导致了支撑腿的蹲伏步态