步行的运动机能学及步态分析

步行的运动机能学及步态分析步行•步行（Walking）–通过双脚的交互动作移行人体的活动–从某一地方安全、有效地移动到另一地方步态•步态（Gait）–人类步行的行为特征，是步行运动状态的统称–正常步态：健康人用自我感觉最自然、最舒适的姿态行进时的步态步行的控制•正常步行并不需要思考•正常步态：有赖于中枢神经系统、周围神经系统以及肌肉骨骼系统的协调工作–中枢命令：皮层、脊髓、步行中–身体平衡和协调控制–足、踝、膝、髋、躯干、颈、肩、臂的肌肉和关节协同运动•任何环节的失调都可能影响步态，而某些异常也有可能被代偿或掩盖•行走及其步态是中枢神经系统的终极目标在生物力学水平上的体现神经学水平肌肉水平关节水平生物学水平生物力学水平步行的控制步行周期步行周期•一个步行周期（一复步）：一侧足跟着地，至该足跟再次着地•一单步：一侧足跟着地，至对侧足跟着地步行周期（Gaitcycle，GC）•步行周期–支撑相（Stancephase）–摆动相（Swingphase）支撑相（Stancephase）•下肢接触地面并承受重力的时相•从足跟着地到足趾离地的过程•约占60%GC•包含两个双支撑期和一个单支撑期10支撑相分期•早期（earlystance）–进入支撑相开始阶段的时间–包括首次触地和承重反应•中期(midstance)–支撑足全部着地，单足支撑全部重力，对侧足处于摆动相•末期(terminalstance)–下肢主动加速蹬离(pushoff)的阶段–开始于足跟抬起，结束于足离地支撑相•五个环节–足跟着地（Heelstrike，HS）–足掌着地（Footflat，FF）–支撑中期（Midstance，Mst）–足跟离地（Heeloff，HO）–足趾离地（Toeoff，TO）足跟着地（0%）•步行周期和支撑相的起始点•足跟接触地面的瞬间，使下肢向前运动减速，落实足进入支撑相的位置•异常–脑瘫：脚掌着地–足后跟疼痛患者：足底外侧缘或内侧缘着地足掌着地（0-10%GC）•整个足底着地的瞬间•首次着地至支撑腿于站立相过程中，膝关节达到最大屈曲角度的时期•承重反应：首次触地之后重心由足跟向全足转移的过程支撑中期（10-40%GC）•支撑足全部着地，单足支撑全部重力，对侧足处于摆动相•从对侧下肢离地到躯干位于支撑腿正上方足跟离地（40-50%GC）•支撑相中期过后，支撑腿足跟离地的瞬间•支撑相末期足趾离地（50-60%GC）•支撑腿足趾离地的瞬间•摆动相前期•标志着支撑相结束和摆动相开始摆动相（Swingphase）•从足趾离地到同侧足跟再次着地的过程•约占40%GC•右下肢摆动相时间=左下肢单支撑期时间•早期（Initialswing）–足离开地面早期的活动•中期（Mildswing）–足在迈步中期的活动•末期（Terminalswing）–迈步即将结束，足在落地前的活动摆动相分期摆动相•两个环节–经加速期至摆动中期，此时下肢处于垂直位–经减速期至足跟着地摆动相早期（60-70%GC）•足离开地面早期的活动•从支撑腿离地到该腿膝关节达到最大屈曲时•主要动作–足廓清地面•摆动相中，下肢适当离开地面，以保证肢体向前行进–屈髋带动屈膝，加速肢体向前摆动摆动相中期（70-85%GC）•足在迈步中期的活动•下肢向前摆动的动作过程中，从膝关节最大屈曲摆动到小腿与地面垂直的时期•主要动作–足廓清地面摆动相末期（85-100%GC）•迈步即将结束，足在落地前的活动•从与地面垂直的小腿向前摆动到该侧足跟再次着地之前•主要动作–小腿向前运动减速，准备足着地的姿势步行周期右足支撑相摆动相早期中期末期早期中期末期双支撑双支撑左足支撑相摆动相支撑相末期早期中期末期早期中期双支撑双支撑双支撑期（Doublesupport）•双脚与地面同时接触的时期•各占10%GC，共20%GC•步行的特征：双支撑期存在单支撑期（Singlesupport）•仅一侧下肢与地面接触的时期•各占40%GC•右下肢单支撑期时间=左下肢摆动相时间自然步态•自然步态的要点–合理的步长、步宽、步频–身体重心的转换–上身姿势稳定–躯干、骨盆的有效控制–下肢肌肉、关节协调的运动–最佳能量消耗–具有稳定性、周期性、节律性、方向性、协调性以及个体差异性自然步态的生物力学因素•具备控制肢体前向运动的肌力或机械能–控制身体的前向进程–在足触地时有效地吸收机械能，以减小撞击•支撑相–合理的肌力及髋膝踝角度(重力方向)–充分的支撑面(足的位置)•摆动相–足够的推进力–充分的下肢地面廓清–合理的足触地姿势控制步行中的肌群活动•肌肉活动是步行动力的基础因素•步态异常与肌肉活动有着密切的关联•动态肌电图或表面肌电图是步态分析不可缺少的组成部分30股四头肌股四头肌•跨双关节肌，屈髋伸膝•股四头肌有两处收缩活动•摆动相末期，首次着地至支撑相中期：伸膝•足跟离地至摆动相早期：屈髋、伸膝腘绳肌腘绳肌•腘绳肌：股二头肌（外侧），半腱肌、半膜肌（内侧）•跨双关节肌群，伸髋屈膝•摆动相末期：屈膝。腘绳肌离心性收缩，使向前摆动的小腿减速，为足跟着地做准备•足跟着地后：伸髋。协助臀大肌伸髋•站立中期后：伸髋。双下肢向前迈步，躯干前倾，为了防止过度前倾胫前肌胫前肌•踝关节背屈•首次触地至承重反应结束：足跟着地时，胫前肌离心性收缩，以控制踝关节跖屈角度，防止在足放平时出现足前部拍击地面的情况•足离地至再次触地：足趾离地时，胫前肌再次收缩，控制或减少踝关节的跖屈角度，使足廓清动作能够顺利完成小腿三头肌小腿三头肌•踝关节跖屈•踝关节负重并固定时，腓肠肌收缩可以牵拉股骨下端和胫骨上端向后，使膝关节被动伸直•支撑相中期至蹬离LEFTRIGHTRFHSATG/STO%strideRFHSATG/STO%stride10002550751000255075肌肉活动状态分析步行周期中骨盆及下肢关节角度的运动轨迹步行是平滑、毫不费力的移动•正常人群，步行速度80米/分的正常舒适步行，能量消耗为基础代谢的4倍•步行中，重心沿一条正弦曲线上下、左右移动，在单腿支撑期达到最高点、双腿支撑期达到最低点•减少行走过程中身体重心的位移可降低能耗骨盆的活动•为减少重心的上下及侧向移动，使运动更平稳，降低能耗，骨盆也配合步行周期做左右旋转、左右倾斜及侧向移动–最大前旋：同侧足跟着地时，幅度约8°–最大后旋：同侧支撑中期，幅度约8°–左右倾斜：右足及左足的摆动中期，幅度约5°–最大左右移动：同侧支撑中期，幅度约4.5cm•骨盆向前旋转时，同侧股骨和胫骨也分别内旋8-9°，使足跟着地时下肢内旋25°，支撑期结束时恢复外旋步行周期中下肢关节运动轨迹足跟着地•足跟着地（Heelstrike，HS）•站立的早期–骨盆：旋前5°–髋关节：屈曲30°–膝关节：0°（伸直位）–踝关节：0°（足跟着地）足掌着地•足掌着地（Footflat，FF）–骨盆：旋前5°–髋关节：屈曲30°–膝关节：屈曲15°-0°–踝关节：跖屈15°-0°（足完全接触地面）•从足跟接地到完全着地，足跖屈、足跟外翻，距舟、跟骰关节活动轴平行，足部活动度最大，但不稳定，以适应不平的地面，足部肌肉很少活动支撑中期•支撑中期（Midstance，Mst）•下肢承受最大的负重–骨盆：中立位–髋关节：屈曲30°-0°–膝关节：屈曲15°-0°•膝、髋关节均过渡到伸展位–踝关节：跖屈15°-背屈10°（足完全接触地面）足跟离地•足跟离地（Heeloff，HO）•为过渡到摆动期做准备–骨盆：后旋5°–髋关节：过伸10°-0°–膝关节：0°–踝关节：背屈10°-0°（足跟离地）–趾关节：过伸10°-0°•从支撑中期到足趾离地，足部完全负重到身体重心前移，足背屈、足跟内翻，距舟、跟骰关节活动轴不平行，足部活动度受限，稳定性增加，足弓得到加强，跖腱膜因跖趾关节过伸而被拉紧，足部形成坚强杠杆，小腿外旋。同时小腿后侧肌肉收紧，足跟迅速离地，此后由于胫骨后肌、跟腱、腓骨长短肌、趾屈肌的共同作用，足跖屈、内翻，体重负荷分布于跖骨上并朝前推移，背伸肌也起作用，足离开地面足趾离地•足趾离地（Toeoff，TO）–骨盆：后旋5°–髋关节：过伸10°-0°–膝关节：屈曲35°-0°•关键点：膝关节被动屈曲–踝关节：跖屈20°-0°摆动相早期•摆动相早期（Initialswing）–骨盆：后旋5°–髋关节：屈曲0°-20°–膝关节：屈曲35°-60°–踝关节：跖屈20°-10°摆动相中期•摆动相中期（Midswing）–骨盆：中立位–髋关节：屈曲20°-30°–膝关节：屈曲60°-30°–踝关节：跖屈10°-0°摆动相末期•摆动相末期（Terminalswing）–骨盆：旋前5°–髋关节：屈曲30°–膝关节：屈曲30°-0°–踝关节：0°步行周期支撑相摆动相足跟着地足掌着地支撑中期足跟离地足趾离地摆动早期摆动中期摆动末期骨盆旋转旋前5º旋前5º0º旋后5º旋后5º旋后5º0º旋前5º髋关节屈30º屈30º屈30º~0º过伸10º~0º过伸10º~0º屈20º~0º屈30º~20º屈30º膝关节0º屈15º~0º屈15º~0º0º屈35º~0º屈60º~35º屈60º~30º屈30º~0º踝关节0º跖屈15º~0º跖屈15º~背屈10º背屈10º~0º跖屈20º~0º跖屈20º~10º跖屈10º~0º0º步态分析步态分析•步态分析（Gaitanalysis）–利用生物力学、运动学、人体生理学、人体解剖学、生物工程学、计算机学、电子学、精密机械工程学、自动化控制学及数字图像处理技术等多种跨学科知识–对人体行走时的肢体关节活动进行运动学观察和动力学分析，提供一系列时间、几何、力学等参数值和曲线–对人体行走的功能状态进行对比分析，研究步行规律的一种检测方法步态分析的目的•异常步态的诊断–是否存在异常步态、步态异常的性质及程度•分析异常步态的原因•为矫正异常步态、制订康复治疗方案提供依据•为康复疗效评估提供依据•比较不同种类的辅助具（含假肢）、矫形器、下肢矫形手术的作用以及对于步态的影响步态分析的适应症和禁忌症•适应症–中枢神经系统损伤：脑卒中、脑外伤后偏瘫、脑瘫、帕金森病、小脑及其传导通路病变–周围神经损伤：脊髓灰质炎、股神经损伤、腓总神经损伤等–骨关节、肌肉、韧带损伤：截肢、髋膝关节置换术后、关节炎、韧带损伤、踝扭伤、下肢不等长、关节松弛等–其它：疼痛等•禁忌症–严重心肺疾患、下肢骨折未愈合、检查不配合者步态分析•定性分析–通过目测观察病人行走过程，按照一定的观察项目，逐项评价得出结果，做出步态分析的结论•定量分析–通过器械或专门的设备获得的客观数据，对步态进行分析的方法–包括：运动学分析、动力学分析、表面肌电图等步态的定性分析分析内容•病史：判断步态障碍的前提–既往手术、损伤、神经病变等–有助于分析步态异常和改善步态的相关因素•体检：判断步态障碍的基础–肌力、肌张力、关节活动度–浅感觉、本体觉–腱反射、病理反射–压痛、肿胀、皮肤状况(溃疡/颜色)–视力、前庭功能、偏侧忽略等分析内容•观察步态–步行节奏、对称性、流畅性–身体重心的偏移、躯干在行走中的趋向性–上肢摆动，下肢诸关节的姿态与角度–行走中的神态表情–辅助器具（矫形器、助行器、假肢）的使用•识别步行周期的时相与分期特点•疼痛与步行的关系、鞋子的磨损情况等•在自然步态观察的基础上，可以要求患者加快步速，减少足接触面（踮足或足跟步行）或步宽（两足沿中线步行），以凸现异常；也可以通过增大接触面或给予支撑（足矫形垫或矫形器），以改善异常，从而协助评估分析内容•诊断性阻滞–为了鉴别肢体畸形的原因和指导康复治疗，对靶肌肉诊断性局部注射麻醉剂•关节动态畸形–肌肉痉挛或张力过高导致肌肉控制失去平衡，使关节活动受限，诊断性治疗可明显改善功能•关节静态畸形–骨骼畸形以及关节或肌肉挛缩导致的关节活动受限，诊断性治疗无变化步态内容步态临床观察要点1步行周期时相是否合理左右是否对称行进是否稳定和流畅2步行节律节奏是否匀称速率是否合理3疼痛是否干扰步行部位、性质与程度与步行障碍的关系发作时间与步行障碍的关系4肩、臂塌陷或抬高